LICEO SCIENTIFICO “GUIDO CASTELNUOVO”
FIRENZE
Anno scolastico 2014/15
Programma di FISICA
per la classe 4ª sez. B
prof. IVAN CASAGLIA
1. FLUIDI
Richiami sui fluidi: il concetto di fluido, densità e pressione. Campo di pressione in un
fluido in equilibrio: la legge di Stevin. Fluido in moto: il moto stazionario. Il concetto di
portata e l’equazione di continuità per un liquido ideale in moto stazionario. L’energia e il
teorema di Bernoulli. Moto di un liquido in un condotto orizzontale ed effetto Venturi.
Cenni sulla portanza dell’ala di un aereo.
2. TERMODINAMICA
2.1 LA TEMPERATURA
La temperatura e la sua definizione operativa. Contatto termico, conduttori e isolanti,
equilibrio termico. Termometri a mercurio e termometri a gas. Le scale termometriche:
scala Celsius, temperatura assoluta.
2.2 I GAS
Introduzione alla termodinamica: sistema e ambiente, parametri di stato, equazione di
stato. Dilatazione termica volumica e lineare. L’equazione di stato dei gas ideali dedotta a
partire dalla legge di Boyle, dalla definizione di temperatura assoluta e dalla legge di
Avogadro. Il concetto di mole e il numero di Avogadro. Introduzione al modello cinetico:
ipotesi fondamentali. Pressione e urti. Relazione tra energia cinetica media delle molecole e
temperatura assoluta. Velocità traslazionale ed energia cinetica traslazionale.
2.3 L’ENERGIA INTERNA
Il concetto di energia interna. L’energia interna come funzione di stato. Il principio di
conservazione dell’energia. Variazioni controllate dell’energia interna: il mulinello di Joule.
Lavoro esterno e lavoro restituito. Variazioni dell’energia interna per un sistema non
isolato. Calore assorbito e calore ceduto.
2.4 IL PRIMO PRINCIPIO E IL CALORE
Primo principio della termodimanica. Energia interna, lavoro e calore nelle trasformazioni
isobare e isovolumiche di un gas ideale. Calore specifico a pressione costante e a volume
costante; confronto tra solidi, liquidi e gas. Il caso dei gas ideali: relazione tra calore
specifico a pressione e a volume costante; interpretazione microscopica; concordanza dei
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dati sperimentali per i gas monoatomici. L’esigenza di correggere il modello cinetico: cenni
sul principio di equipartizione dell’energia. Il calore specifico nei solidi: cenni sul modello del
reticolo cristallino. Le origini storiche del concetto di calore: dalla teoria del calorico
all’esperienza di Joule. Equivalente calore – lavoro. Calore nei passaggi di stato: difficoltà
del modello del calorico e spiegazione in termini di energia. Calore latente; interpretazione
microscopica. Schema di funzionamento del calorimetro di Bunsen.
2.5 LE MACCHINE TERMICHE E IL SECONDO PRINCIPIO
Introduzione storica alle macchine termiche: la macchina di Savery, la macchina di
Newcomen, la macchina di Watt. Il funzionamento di una macchina termica: termostati,
schema di funzionamento, bilancio energetico e rendimento. Macchine frigorifere. Il secondo
principio negli enunciati di Clausius e di Kelvin e la loro equivalenza. Trasformazioni quasi
– statiche e trasformazioni reversibili. Il teorema di Carnot. Trasformazioni di un gas ideale
e loro rappresentazione nel piano P –V (isobare, isovolumiche, isoterme ed adiabatiche).
Lavoro e sua interpretazione grafica. Rendimento di una macchina reversibile e
temperatura assoluta: il significato dello zero della scala termometrica assoluta. Secondo
principio e problema ecologico: considerazioni generali su qualità e pulizia dei diversi tipi di
energia. La macchina di Stirling.
3. ONDE E LUCE
3.1 LE ONDE MECCANICHE E IL SUONO
I fenomeni ondosi: onde impulsive ed onde persistenti. Onde trasversali, onde longitudinali,
onde di torsione. Richiami sul moto armonico: ampiezza, pulsazione, periodo e frequenza.
La dinamica del moto armonico. Energia nel moto armonico. Le onde armoniche: velocità di
fase e legge oraria. Lunghezza d’onda. Velocità di propagazione in relazione all’elasticità e
all’inerzia del mezzo. Fronti d’onda. Densità di energia e intensità. Relazione tra intensità e
ampiezza nelle onde armoniche. Principio di sovrapposizione. Le onde armoniche nello
studio dei fenomeni ondosi: cenni sul teorema di Fourier; il caso delle onde periodiche.
Onde acustiche e suono: altezza, intensità e timbro. Livello sonoro espresso in decibel.
Velocità del suono. Il fenomeno dei battimenti. L’effetto Doppler: caso di una sorgente in
movimento rispetto all’osservatore in quiete nel mezzo.
3.2 RIFLESSIONE, RIFRAZIONE, DIFFRAZIONE
Passaggio di un'onda da un mezzo ad un altro: riflessione, assorbimento e trasmissione
dell’energia. La riflessione. La rifrazione. La diffrazione. Interpretazione dei fenomeni in
termini di fronte d’onda (principio di Huygens).
3.3 INTERFERENZA
Sovrapposizione e interferenza. Il caso di due sorgenti di onde sinusoidali in fase.
Interferenza costruttiva e interferenza distruttiva. Distribuzione dell’energia nei fenomeni
di interferenza.
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3.4 LA LUCE
Richiamo sui principali fenomeni luminosi studiati nell’ambito dell’ottica geometrica. La
velocità della luce: misura di Roemer. Teoria corpuscolare e teoria ondulatoria:
interpretazione della riflessione, della rifrazione e della dispersione nell’ambito dei due
modelli. L’interferenza luminosa e gli esperimenti di Young. La diffrazione luminosa e
l’esperienza di Fresnel. La velocità della luce: misura di Fizeau e Foucault.
4. ELETTRICITÀ
4.1 FENOMENOLOGIA DELLE CARICHE ELETTRICHE
Le origini storiche degli studi sull’elettricità. Fenomeni legati all’elettrizzazione: conduttori
e isolanti. La teoria a due fluidi e la teoria ad un fluido. Cariche elettriche positive e
negative.
Le esperienze di Franklin e Priestley e le prime ipotesi sulla interazione elettrica.
L’induzione elettrostatica. Le macchine elettrostatiche. La produzione controllata di cariche
elettriche nell’esperienza di Coulomb. La legge di Coulomb. Costante dielettrica relativa e
costante dielettrica nel vuoto. La legge di Coulomb in forma vettoriale. Limiti di validità
della legge di Coulomb.
4.2 CORRENTE E FENOMENOLOGIA DEI CIRCUITI ELETTRICI
Le cariche in movimento e la corrente elettrica. Circuiti elettrici: generatori ed utilizzatori.
Conduttori elettrici di prima e seconda specie. Il fenomeno dell’elettrolisi. Una definizione
operativa di carica elettrica: macchina elettrostatica collegata ad una cella elettrolitica.
L’intensità della corrente elettrica: intensità media e intensità istantanea. Verso della
corrente e segno delle cariche. L’elettrodinamometro di Ampère e le definizioni di unità di
misura della corrente e della carica nel sistema internazionale.
Analogia tra circuiti elettrici e circuiti idraulici.
4.3 POTENZA E DIFFERENZA DI POTENZIALE
Circuiti ed energia: energia prodotta da un generatore ed energia assorbita dagli
utilizzatori.
Definizione di differenza di potenziale (caso stazionario). Differenza di potenziale nel caso
generale. Differenze di potenziale misurate rispetto alla Terra. Potenza e differenza di
potenziale. Resistività e resistenza elettrica. La legge di Ohm.
Firenze, 6 giugno 2015
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