Liceo Scientifico F. Lussana di Bergamo
Programma di FISICA svolto nella classe IV P
Testo: Romeni Claudio
anno scolastico 2015-2016
Docente: Maria Parimbelli
“Fisica e realtà ” vol. 1 e vol. 2, vol. “Campo elettrico”, Zanichelli.
1. Il moto dei pianeti e la gravitazione
Modelli cosmologici da Tolomeo a Copernico.
Leggi di Keplero e applicazioni.
Legge di gravitazione universale di Newton; la costante di gravitazione universale G.
Applicazioni della legge di Newton allo studio del moto dei pianeti e dei satelliti.
Energia potenziale gravitazionale (caso generale g = g(r) ). Conservazione dell’energia meccanica totale e
applicazioni: velocità di fuga e moto dei satelliti.
2. Dinamica dei fluidi
Portata idraulica; equazione di continuità.
Conservazione dell’energia per un fluido non viscoso in movimento: equazione di Bernoulli e applicazioni:
effetto Venturi e teorema di Torricelli.
Dinamica dei fluidi in presenza di attrito: viscosità; resistenza idraulica e legge di Poiseuille
→ Attività sperimentali e di laboratorio: Svuotamento di un serbatoio: relazione tra tempo e altezza del livello
dell’acqua nel serbatoio.
3. Corrente elettrica
La carica elettrica e le sue proprietà.
La forza elettrostatica di Coulomb: analogie e differenze con la forza di gravitazione universale di Newton.
L’energia potenziale elettrica; analogie e differenze con l’energia potenziale gravitazionale.
Esempio dell’atomo di idrogeno nel modello “planetario”: energia del sistema elettrone-protone
[analogia con il moto di un satellite in orbita]
La differenza di potenziale elettrico.
Il moto delle cariche elettriche nei conduttori; l’intensità della corrente elettrica.
Generatore ideale di tensione e suo ruolo nella conduzione elettrica
Prima e seconda legge di Ohm; la resistenza elettrica e la resistività elettrica.
Corrispondenze tra leggi di flusso in fluidodinamica (di Poiseuille), nella conduzione del calore (di Fourier),
nella conduzione elettrica (di Ohm).
Energia associata al moto delle cariche in un circuito elettrico; potenza elettrica; effetto Joule.
Collegamento di resistori in serie e in parallelo.
Resistenza interna di un generatore, generatore reale.
Principi di Kirchhoff; analisi di semplici circuiti.
→ Attività sperimentali e di laboratorio: verifica delle leggi di Ohm su fili conduttori.
4. Leggi dei gas e teoria cinetica
Revisione di alcuni contenuti trattati nel biennio: temperatura, equilibrio termico, scale Celsius e Kelvin.
Legge della calorimetria. Calore e temperatura nei passaggi di stato; il calore latente di fusione e di
evaporazione.
Leggi dei gas di Charles, Gay-Lussac, Boyle. Ipotesi di gas perfetto e legge dei gas perfetti PV = nRT.
Teoria cinetica dei gas: modello cinetico per un gas monoatomico; urti molecolari e ipotesi di Bernoulli;
relazioni tra grandezze macroscopiche (pressione, volume, temperatura) e microscopiche medie (velocità
quadratica media, energia cinetica media). Energia interna di un gas perfetto e calore scambiato dal gas a
volume costante. Principio di equipartizione dell’energia (qualitativo) e calori specifici molari a volume
costante per i diversi tipi di gas.
Evidenze sperimentali del modello: moto browniano, misure dei calori specifici molari a volume costante.
Distribuzione di Maxwell delle velocità molecolari.
5. Termodinamica
Equivalenza tra calore e lavoro: esperienza del mulinello di Joule e del calorimetro rotante; l'equivalente
meccanico della caloria.
Sistemi termodinamici che scambiano calore con l'ambiente; trasformazioni termodinamiche reversibili e
cicli termodinamici; primo principio della termodinamica e sue applicazioni.
Macchine termiche e rendimento; macchine frigorifere e coefficiente di prestazione.
Il ciclo di Carnot; trasformazioni termodinamiche reversibili e irreversibili; il teorema di Carnot.
Il secondo principio della termodinamica: enunciati di Kelvin e di Clausius.
Definizione macroscopica di entropia. Enunciato del secondo principio della termodinamica in termini di
entropia dell’”universo”. Applicazioni per trasformazioni reversibili e irreversibili: espansione libera,
riscaldamento-raffreddamento, passaggi di stato.
Interpretazione statistica dell'entropia: microstati e macrostati.
→ Attività di laboratorio: misura dell'equivalente meccanico della caloria con il calorimetro rotante.
6. Moti periodici
Il moto armonico semplice; esempi: il sistema massa-molla; il pendolo semplice.
Equazioni e grafici orarie. Conservazione dell’energia nel moto armonico semplice.
Oscillazioni smorzate; oscillazioni forzate; risonanza.
→ Attività di laboratorio: uso di Labtec per l’analisi del moto armonico semplice
7. Onde meccaniche
Onde longitudinali e trasversali.
Ampiezza, periodo, frequenza, velocità di propagazione, lunghezza d’onda.
Le onde armoniche; equazione dell’onda armonica e grafici temporali e spaziali.
Fenomeni ondosi: riflessione, rifrazione e diffrazione delle onde. Principio di Huygens.
Energia trasportata da un’onda. Intensità di un’onda nello spazio; caso di sorgente puntiforme.
Principio di sovrapposizione, interferenza e onde stazionarie.
Onde sonore: caratteristiche oggettive e soggettive: altezza, intensità e timbro;
L’analisi e la sintesi armonica (teorema di Fourier). Interferenza di onde sonore e battimenti.
Relazione tra intensità sonora espressa in W/m² e livello sonoro in decibel. Effetto Doppler.
→ Attività di laboratorio: visualizzazione dei fenomeni ondulatori con l’ondoscopio.
Onde stazionarie su una corda.
8. Ottica
Ottica ondulatoria. Sorgenti luminose coerenti e incoerenti.
Interferenza di luce monocromatica da due fenditure: esperimento di Young.
Diffrazione da una fenditura e da un’apertura circolare.
Bergamo, 4 giugno 2016
Gli studenti
L’insegnante
Maria Parimbelli
Lavoro estivo di FISICA
classe IV P Estate 2016
Per tutti
Conserva i volumi che hai usato nelle classi terza e quarta del testo C. Romeni Fisica e realtà Zanichelli
Consiglio la lettura dei seguenti testi : il 1° più propedeutico ai contenuti che affronteremo in quinta, il 2° a
tema ENERGIA e quindi rivolto agli studenti interessati a questo tema e che magari stanno pensando ad un
futuro di studi nell’ambito dell’ “Ingegneria energetica” o affini.
→
A. Einstein e L. Infeld “L’evoluzione della Fisica”, Boringhieri Si tratta di un testo “datato” ma di
grandissima pregnanza e capacità divulgativa; non presenta alcun formalismo matematico ed esprime in
modo sintetico alcune idee fondamentali della fisica e il loro sviluppo storico [alcune di queste idee le avete
già incontrate nel corso dei vostri studi, altre le incontrerete in quinta, altre spaziano oltre].
→
N. Armaroli, V. Balzani “Energia per l’astronave Terra”, Zanichelli E’ un libro non scolastico sull’energia;
con un linguaggio piano parla dei principi della termodinamica, delle fonti di energia, delle prospettive delle
nuove tecnologie, dei risvolti economici e sociali che le scelte energetiche, anche individuali, comportano.
Poco prima di tornare a scuola ripassa gli argomenti indicati, prerequisiti per la classe quinta.
Scrivi sintesi utili: definizione e significato di ogni grandezza, dimensione, udm, scalare o vettore? Se vettore,
direzione e verso. Relazioni tra le grandezze, significato, analisi delle dipendenze. Le leggi, l’ambito di validità, …
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Vettori: def, proprietà, operazioni Trovi una sintesi nell’Appendice dei volumi di Cinematica e Dinamica.
MECCANICA Vol “Cinematica” e Vol “Dinamica e …”
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cinematica: moto uniforme, uniformemente accelerato; moto circolare uniforme (definizione, grandezze
caratteristiche cinematiche e dinamiche e relazioni tra esse), moto del proiettile;
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forze e leggi della dinamica. Lavoro, potenza, energia meccanica e principio di conservazione;
quantità di moto e momento angolare e relativi principi di conservazione;
legge di gravitazione universale; energia meccanica totale per g non costante [ g = g(r) ].
ELETTROSTATICA e ELETTRODINAMICA Vol “Campo elettrico” vedi unità 3 del programma svolto
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Fenomeni elettrostatici e legge di Coulomb Cap 18 teoria § 1 e 2 pp. 796-808 Es. p. 830 n. da 1 a 10, n. 78.
Energia potenziale e potenziale elettrico (ddp) Cap 19 teoria § 1 e 2 pp. 844-52 es p. 879 n. 1, 2, 5, da 9 a 16.
Corrente elettrica, leggi di Ohm, … Cap 20 teoria § 1 e 2 pp. 892-916
Esercizi p. 922 n. 1, 2, 3, da 8 a 29, 31, 32, da 34 a 36, da 38 a 43
Riposate e arrivate “carichi”.
Buone vacanze
Maria Parimbelli
