indice
La misura deLLe
grandezze fisiche
La rappresentazione
di dati e fenomeni
1
1 La fisica e il mondo
2 Le unità di misura
e il Sistema Internazionale
storia
Galileo, il padre della scienza moderna
3 La misura di spazi e tempi
4 La misura della massa
matematica
Le potenze di 10
5 La densità di una sostanza
2
2
4
6
8
12
14
16
Determinazione della densità di un materiale
matematica Le formule inverse
18
matematica L’arrotondamento
di un numero decimale
7 L’incertezza di una misura
laboratorio
Gli strumenti di misura
8 Cifre significative ed errori
sulle misure indirette
laboratorio
La deviazione standard
Esperimenti
Video Misura dell’accelerazione di gravità
Video Misura del periodo di un pendolo
In sintesi
Per risolvere i problemi
Problemi
Allenamento per la verifica
Le funzioni
44
46
2 I grafici cartesiani
48
3 Grafici a torta e istogrammi
52
54
matematica
Video
6 La notazione scientifica
1 Le rappresentazioni di un fenomeno
20
22
24
26
28
30
laboratorio
I grafici con Excel
4 Proporzionalità diretta
e correlazione lineare
matematica
Le proporzioni
56
58
5 Altre relazioni matematiche
60
6 Grafici ed errori
64
66
storia
Cartesio e la mosca
Esperimenti
Video Correlazione tra altitudine e pressione
In sintesi
Per risolvere i problemi
Problemi
Allenamento per la verifica
68
70
72
74
76
32
34
36
38
42
V
indice
i vettori
e Le forze
L’equiLibrio
dei corpi soLidi
3
1 Gli spostamenti e i vettori
Animazione
matematica
Come si sommano i vettori
Il coseno di un angolo
3 La scomposizione di un vettore
Animazione
78
Che cos’è un vettore
2 Operazioni con i vettori
Animazione
4
80
82
84
La scomposizione di un vettore
4 Le forze
88
5 Gli allungamenti elastici
92
Video
Il comportamento elastico di una molla
I dinamometri
laboratorio
6 Le operazioni sulle forze
storia
Hooke, le molle e... gli orologi
7 Le forze di attrito
tecNoloGia
La ricerca della forma perfetta
Esperimenti
Video Gli assi dello smartphone
In sintesi
Per risolvere i problemi
Problemi
Allenamento per la verifica
VI
94
96
98
100
102
104
106
108
110
112
1 L’equilibrio di un corpo
114
2 L’equilibrio e l’attrito
118
3 Il momento di una forza
122
124
storia
Leonardo da Vinci e le macchine semplici
4 Le coppie di forze
tecNoloGia
Il freno a disco
126
128
5 Le macchine semplici
130
6 Il baricentro
134
Esperimenti
Video Il piano inclinato
In sintesi
Per risolvere i problemi
Problemi
138
140
142
144
Allenamento per la verifica
148
indice
L’equiLibrio
dei fLuidi
iL moto
rettiLineo
5
6
1 La pressione
150
2 La pressione nei liquidi
154
156
sport
Le orecchie del sub
3 Il principio di Pascal
Animazione
tecNoloGia
Il principio di Pascal
Il circuito idraulico
4 I vasi comunicanti
I vasi comunicanti
Animazione La legge di Stevin
tecNoloGia La torre piezometrica
158
160
162
Animazione
5 La pressione atmosferica
tecNoloGia
Barometri e manometri
166
168
170
La legge di Archimede
Eureka!
172
Video
Esperimenti
Video La taratura del barometro
In sintesi
In 3 minuti La pressione
Per risolvere i problemi
Problemi
Allenamento per la verifica
tecNoloGia Come fa il GPS a calcolare
lo spazio percorso?
184
186
2 La velocità
188
3 Il moto rettilineo uniforme
192
Il moto rettilineo uniforme e la velocità
Video Il moto rettilineo uniforme
Animazione
4 L’accelerazione
L’accelerazione
Nel calcio conta di più la velocità
o l’accelerazione?
196
Animazione
164
6 La spinta di Archimede
storia
1 Lo studio del moto
174
176
178
180
182
sport
198
5 Il moto rettilineo
uniformemente accelerato
200
Il moto rettilineo uniformemente accelerato
Animazione Il moto uniformemente accelerato
Animazione La legge oraria del moto
uniformemente accelerato
storia La velocità istantanea
202
Video
6 Leggi orarie e grafici
Esperimenti
Video Il moto rettilineo uniforme
In sintesi
In 3 minuti La velocità
In 3 minuti L’accelerazione
Per risolvere i problemi
Problemi
Allenamento per la verifica
204
208
210
212
214
218
VII
indice
iL moto
neL piano
i princìpi
deLLa dinamica
7
8
1 Il moto circolare uniforme
220
2 La velocità angolare
224
3 Il moto armonico
228
230
tecNoloGia
Frequenza propria e risonanza
4 Il moto parabolico
232
5 La composizione dei moti
236
238
storia
Galileo, Aristotele e le armi
Esperimenti
Video La giostra
In sintesi
Per risolvere i problemi
Problemi
Allenamento per la verifica
240
242
244
246
248
1 Il primo principio della dinamica
Il primo principio della dinamica
La prima legge di Newton (ESA)
Animazione
Video
2 Il secondo principio della dinamica
252
Il secondo principio della dinamica
Video La seconda legge di Newton (ESA)
Animazione
3 Il terzo principio della dinamica
Il terzo principio della dinamica
La terza legge di Newton (ESA)
Galileo, Newton, Einstein
256
Animazione
Video
storia
258
4 Alcune applicazioni dei tre princìpi
260
5 Il moto oscillatorio
264
6 Le forze apparenti
268
270
tecNoloGia
La G–Force
7 La forza gravitazionale
storia
Newton e le leggi universali
8 Il moto dei satelliti
Esperimenti
Video La G–Force
In sintesi
In 3 minuti La forza
In 3 minuti F = m ∙ a
In 3 minuti La legge della gravitazione universale
Per risolvere i problemi
Problemi
Allenamento per la verifica
VIII
250
272
274
276
280
282
284
286
288
indice
energia
e Lavoro
i princìpi di
conservazione
9
1 Il lavoro
Animazione
10
290
Il lavoro
294
3 L’energia cinetica
298
300
Lo spazio di arresto di un veicolo
4 L’energia potenziale
302
5 Lavoro ed energia nei corpi elastici
306
308
storia
Il lavoro
6 I mille volti dell’energia
ambieNte
L’energia dell’acqua
Esperimenti
In sintesi
Il lavoro
In 3 minuti La potenza
In 3 minuti L’energia cinetica
In 3 minuti L’energia potenziale della forza-peso
In 3 minuti Il teorema dell’energia cinetica
Per risolvere i problemi
Problemi
Allenamento per la verifica
322
La conservazione dell’energia meccanica
La conservazione dell’energia meccanica
Il salto con l’asta
324
Video
2 La potenza
tecNoloGia
1 L’energia meccanica
310
312
313
314
In 3 minuti
Animazione
sport
2 Quando l’energia meccanica
non si conserva
tecNoloGia
Le montagne russe
3 La conservazione
della quantità di moto
tecNoloGia
Il rinculo di un’arma
4 La conservazione
del momento angolare
storia Conservazione della quantità di moto
o delle forze vive?
5 La conservazione
dell’energia nei fluidi
316
318
320
Esperimenti
Video L’accelerazione angolare
In sintesi
In 3 minuti La quantità di moto
Per risolvere i problemi
Problemi
Allenamento per la verifica
326
328
330
332
334
336
338
342
344
346
348
350
IX
indice
caLore e
temperatura
La
termodinamica
11
1 La misura della temperatura
12
352
tecNoloGia
La materia e lo spazio (ESA)
Video
2 La dilatazione termica
ambieNte
Il lago ghiacciato
1 L’equilibrio dei gas
356
358
Il compressore
2 Legami tra volume,
temperatura e pressione
storia
Il foglio Excel di Boyle
3 La legge fondamentale
della termologia
360
4 I cambiamenti di stato
364
3 La scala Kelvin e l’equazione
dei gas perfetti
366
4 La teoria cinetica dei gas
Temperatura e passaggi di stato
La sudorazione
Video
sport
5 La propagazione del calore
storia
Black e la capacità termica
Esperimenti
Video Temperatura e radiazione luminosa
In sintesi
In 3 minuti La temperatura
Per risolvere i problemi
Problemi
Allenamento per la verifica
X
368
370
372
374
tecNoloGia
386
388
390
392
Thompson e la crisi del calorico
394
396
5 Trasformazioni e cicli termodinamici
398
6 Il primo principio
della termodinamica
402
storia
7 Le macchine termiche
ambieNte
376
378
380
Il metro cubo più freddo dell’Universo
382
384
Il motore quattro tempi
8 Il secondo principio
della termodinamica
406
408
410
In sintesi
412
In 3 minuti Il primo principio della termodinamica
Per risolvere i problemi
Problemi
Allenamento per la verifica
414
416
418
indice
iL suono
La Luce
13
14
Le caratteristiche delle onde
Riflessione e rifrazione
Onde e sorgenti sonore
Riflessione del suono
La propagazione della luce
La riflessione della luce
Immagine formata da uno specchio
La rifrazione della luce
Lenti convergenti
Lenti divergenti
storia Roemer e la velocità della luce
Problemi
420
420
420
421
422
422
423
424
424
425
426
426
La versione completa delle unità 13 e 14 è disponibile nell’eBook.
iL suono
La Luce
13
14
1 Le onde
2 La propagazione delle onde
ambieNte
Lo tsunami
3 Le onde sonore
tecNoloGia
Gli ultrasuoni
4 L’intensità dei suoni
storia
Antonio Garbasso e la fonotelemetria
5 L’effetto Doppler
Esperimenti
In sintesi
Per risolvere i problemi
Problemi
Allenamento per la verifica
1 La natura della luce
2 La propagazione della luce
3 La riflessione della luce
storia
Roemer e la velocità della luce
4 La riflessione sugli specchi curvi
5 La rifrazione della luce
6 La riflessione totale
tecNoloGia
La trasmissione dei dati
7 Le lenti
tecNoloGia
Le lenti per la miopia
Esperimenti
In sintesi
Per risolvere i problemi
Problemi
Allenamento per la verifica
XI
XI
indice
fenomeni
eLettrostatici
La corrente
eLettrica continua
15
16
1 Le cariche elettriche
E2
2 La legge di Coulomb
E4
E6
2 Le leggi di Ohm
E38
E8
3 La potenza nei circuiti elettrici
E42
E44
tecNoloGia
La gabbia di Faraday
3 Il campo elettrico
4 Diversi tipi di campo elettrico
tecNoloGia
Il moto di una carica
5 La differenza di potenziale
storia
La misura della carica dell’elettrone
6 I condensatori
tecNoloGia
Il touch screen
Esperimenti
Video Lo schermo misterioso
In sintesi
In 3 minuti La legge di Coulomb
In 3 minuti Il campo elettrico
In 3 minuti La differenza di potenziale elettrico
Per risolvere i problemi
Problemi
Allenamento per la verifica
XII
E12
E14
E16
E18
E20
E22
E24
E26
E28
E30
E32
1 La corrente elettrica
tecNoloGia
tecNoloGia
La battaglia delle correnti
L’elettricità e il corpo umano
4 Resistività e temperatura
storia
James Prescott Joule
5 L’effetto termico della corrente
ambieNte
Le lampadine
Esperimenti
Video Quanta corrente assorbe il tuo smartphone?
In sintesi
In 3 minuti Le leggi di Ohm
Per risolvere i problemi
Problemi
Allenamento per la verifica
E34
E36
E46
E48
E50
E52
E54
E56
E58
E60
E62
indice
i circuiti
eLettrici
iL campo
magnetico
17
18
1 Circuiti in serie
E64
1 Fenomeni magnetici
E94
2 Circuiti in parallelo
E68
2 Calcolo del campo magnetico
E96
storia
Thomson e le comunicazioni
transoceaniche via cavo
E70
3 La potenza nei circuiti
E72
4 La resistenza interna
E76
E78
ambieNte
L’auto del futuro
5 La corrente nei liquidi e nei gas
ambieNte
Batterie e celle a combustibile
Esperimenti
Video La ricarica di una batteria
In sintesi
Per risolvere i problemi
Problemi
Allenamento per la verifica
E80
E82
E84
E86
E88
E90
E92
3 Il campo magnetico nella materia
4 Forze su conduttori percorsi
da corrente
tecNoloGia
Il motore in corrente continua
5 La forza di Lorentz
storia
Oersted e il conflitto elettrico
Esperimenti
Video La misura del campo magnetico
In sintesi
In 3 minuti Il campo magnetico
In 3 minuti La forza magnetica di Lorentz
In 3 minuti La forza di Ampère
Per risolvere i problemi
Problemi
Allenamento per la verifica
E100
E102
E104
E106
E108
E110
E112
E114
E116
E118
XIII
indice
induzione e onde
eLettromagnetiche
19
1 Il flusso del vettore B
tecNoloGia
Il pickup della chitarra elettrica
E120
E122
2 La legge di Faraday-Neumann-Lenz
E124
3 Induttanza e autoinduzione
L’alternatore
E128
E130
4 I circuiti in corrente alternata
E132
5 Il trasformatore
Michael Faraday
E136
E138
6 Il campo elettromagnetico
E140
7 Lo spettro elettromagnetico
E142
tecNoloGia
storia
Esperimenti
Video Una mappa dell’illuminamento
In sintesi
Per risolvere i problemi
Problemi
Allenamento per la verifica
XIV
E144
E146
E148
E150
E152
Le equazioni
di maxweLL
20
1 Le equazioni di Maxwell
E154
2 Il flusso e la circuitazione
del campo magnetico
E156
3 La circuitazione del campo elettrico
E158
4 Le equazioni di Maxwell
e il campo elettromagnetico
E160
Problemi
storia James Clerk Maxwell
Allenamento per la verifica
E162
E163
E164
indice
La reLatività
ristretta
La meccanica
quantistica
21
22
1 L’invarianza della velocità della luce
E166
2 La relatività della simultaneità
E168
3 La dilatazione degli intervalli di tempo E170
1 La quantizzazione
e l’effetto fotoelettrico
E182
2 L’atomo di Bohr e i livelli energetici
E184
E186
4 Altre previsioni
della relatività ristretta
E172
3 Lo spin e l’esperimento
di Stern e Gerlach
5 L’intervallo spaziotemporale
invariante
E174
4 La natura fisica
delle grandezze quantistiche
E188
6 La geometria dello spaziotempo
E176
5 Gli oggetti quantistici
e l’interferenza
E190
6 La sovrapposizione
degli stati quantistici
E192
Problemi
E = mc2
In 3 minuti Dilatazione del tempo e
contrazione delle lunghezze
storia Einstein e l’origine della relatività ristretta
Allenamento per la verifica
E178
In 3 minuti
E179
E180
Problemi
E194
E=h∙f
In 3 minuti Il principio di indeterminazione
storia Il dibattito tra Bohr e Einstein
Allenamento per la verifica
E195
E196
In 3 minuti
XV
indice
Le frontiere
deLLa fisica
23
1 Il principio di equivalenza e la relatività
E198
generale
2 La gravità e la curvatura
dello spaziotempo
E200
3 La fisica nucleare e la stabilità
dei nuclei atomici
E202
4 La radioattività e l’energia nucleare
E204
5 La fisica delle particelle e la ricerca
dell’unificazione
E206
Problemi
E208
La legge del decadimento radioattivo
Gli acceleratori di particelle
Allenamento per la verifica
E209
E210
In 3 minuti
storia
Physics in English
Indice analitico
XVI
APP1
APP8
La fisica con Lo smartphone
Alla fine di ogni unità, nelle pagine di ESPERIMENTI troverai una sezione dedicata agli esperimenti con lo smartphone.
Si tratta di esperimenti da fare, individualmente o in piccoli gruppi, sfruttando
i sensori (accelerometro, giroscopio, magnetometro...) presenti su quasi tutti gli
smartphone di ultima generazione.
Per effettuare questi esperimenti è necessario scaricare un’applicazione gratuita
che si chiama Physics Toolbox. Questa app è stata sviluppata da Vieyra software
negli USA: usarla sarà anche l’occasione per esercitarti con l’inglese.
La versione completa della app, Physics Toolbox Suite, è al momento disponibile solo per Android e comprende tutti i sensori. Per gli utenti di iOS esistono 3
app separate, anch’esse gratuite, chiamate Physics Toolbox accelerometer, Physics Toolbox gyroscope e Physics Toolbox magnetometer.
Questa applicazione permette di raccogliere dati utilizzando i diversi sensori
dello smartphone. A ciascun sensore è dedicata una schermata.
I dati acquisiti dal sensore possono poi essere salvati in un file in formato .csv,
compatibile con Microsoft Excel.
Infine sul PC dovrà essere installato Excel o un programma
equivalente, per esempio Calc di Open Office. Utilizzeremo
Excel per analizzare i dati acquisiti e creare tabelle e grafici.
2,5
2
accelerazione y (m/s2)
Devi disporre quindi di un sistema per trasferire file dallo
smartphone al PC: sono sufficienti un cavo micro USB oppure
una cartella Dropbox o anche solo una casella e-mail.
1,5
1
0,5
0
-0,5
0
2
4
6
8
10
12
-1
-1,5
-2
-2,5
tempo (s)
Per ogni esperimento trovi nell’eBook un breve video che ti spiega come realizzarlo.
Prima di cominciare, guarda il video introduttivo che abbiamo realizzato per spiegarti passo
passo come installare Physics Toolbox e come trasferire e visualizzare i file. Lo trovi nel sito del
libro online.scuola.zanichelli.it/ruffo-lezioni-azzurra
Buon lavoro!
XVII
