Le grandezze fisiche: grandezze fondamentali e sistema internazionale di unità di misura. La misura e le misure dirette ed indirette. Grandezze omogenee, multipli e sottomultipli. Esempi.

Qui puoi trovare gli appunti in pdf.

Le grandezze fisiche: esercizi.

La misura delle grandezze fisiche.

La misura e gli strumenti di misura. La portata e la sensibilità di uno strumento, la prontezza. L’incertezza (assoluta) della misura e la sua importanza.

L’incertezza delle misure in fisica. La propagazione delle incertezze dalle misure dirette a quelle indirette. Le cifre significative.

Le incertezze delle misure

La propagazione delle incertezze dalle misure dirette alle indirette: somma, differenza, multiplo, prodotto, rapporto, potenza. Esempi. L’incertezza relativa e la qualità di una misura.

Qui puoi trovare gli appunti in pdf   

Le misure ripetute

Gli errori casuali o statistici, la media e la semidispersione massima, la deviazione standard, la tavola di Galton e la deviazione standard. La simulazione del PhET della tavola di Galton. L’istogramma.

Qui trovi il video sulla tavola di Galton:

https://www.youtube.com/watch?v=6YDHBFVIvIs&t=47s

Qui trovi il link alla simulatione del PhET sulla tavola di Galton:

https://phet.colorado.edu/sims/html/plinko-probability/latest/plinko-probability_en.html

Le incertezze delle misure: esercizi ed applicazioni.

La propagazione delle incertezze, gli errori casuali e sistematici.

L’incertezza delle misure, esercizi.

L’incertezza delle misure.

Esempi ed esercizi, discussione sulla propagazione delle incertezze.

L’esperienza sull’isocronia del pendolo.

Una semplice legge fisica: l’isocronia del pendolo e la sua verifica in laboratorio. Alcuni passi importanti. Discussione.

La legge di isocronia delle oscillazioni: analisi dati.

L’analisi dei dati sulle oscillazioni di un pendolo semplice. Analisi dei dati e verifica sperimentale del modello di isocronia del pendolo. Uso del foglio di calcolo. Discussione.

La misura e l’incertezza della misura.

Correzione della verifica

I vettori.

Le grandezze fisiche scalari e vettoriali. Definizione e proprietà dei vettori. L’intensità (o modulo o lunghezza) di un vettore, la sua direzione ed il suo verso. La somma di vettori paralleli, il vettore unitario o versore. Vettori opposti.

Qui puoi trovare la simulazione del Ph.E.T. usata nel corso della lezione: https://phet.colorado.edu/it/simulations/vector-addition

Le operazioni con i vettori.

La somma con la regola del parallelogramma e il metodo punta-coda. La scomposizione dei vettori e la somma vettoriale. Esempi.

La scomposizione dei vettori.

I vettori in fisica, le component di un vettore, la relazione tra il vettore e le sue componenti. L’uso delle funzioni goniometriche. Angoli notevoli, esempi ed esercizi.

Esercizi sui vettori.

La scomposizione di un vettore, applicaizone alla somma di due vettori. Uso delle funzioni goniometriche.

Le forze.

Introduzione alle forze. La forza come vettore. L’unità di misura della forza. La molla ed il dinamometro. Il laboratorio virtuale del Ph.E.T. sulla molla. La legge di Hooke. La forza peso e la differenza tra massa e peso.

Laboratorio Virtuale (Ph.E.T.): la taratura della molla a la misura di alcune masse.

La forza elastica e la forza peso. Il funzionamento della molla, la taratura della molla e la misura della massa. Discussione.

Qui puoi trovare gli appunti in pdf.

Qui trovi il link al laboratorio virtuale del Ph.E.T.          

L’attrito.

Le forme d’attrito: radente e viscoso. L’attrito radente statico e dinamico, esempi.

Esercizi su vettori e forze.

Ripasso ed esercizi sulle forze come vettori. La composizione di un vettore, la somma di diversi vettori nel piano cartesiano. La forza risultante.

I vettori e le forze: correzione della verifica.

L’equilibrio delle forze.

Il concetto di punto materiale. La risultante delle forze applicate ad un corpo. L’equilibrio delle forze. Esempi. I vincoli e le forze vincolari.

L’equilibrio del punto materiale:

L’equilibrio e le forze vincolari. L’equilibrio sul piano inclinato. Esempi ed esercizi.

L’equilibrio del corpo rigido: le leve

Introduzione all’equilibrio del corpo rigido. Le leve e l’equilibrio delle leve. Uso della simulazione del Ph.E.T. I tre tipi di leva. Il vantaggio meccanico. Il momento di una forza ed il prodotto vettoriale.

L’equilibrio del corpo rigido: il momento di una coppia di forze, il baricentro.

L’equilibrio dei solidi, il concetto di corpo libero. Il momento di una forza ed il prodotto vettoriale, l’equilibrio dei momenti. Le forze applicate ad un corpo rigido. Il momento di una coppia di forze, il baricentro.

L’equilibrio del corpo rigido: esercizi.

Alcuni esercizi sull’equilibrio del corpo rigido.

Esercizi sull’equilibrio dei solidi.

L’equilibrio del corpo rigido: alcuni esercizi.

L’equilibrio del corpo rigido: esercizi.

Alcuni esercizi di applicazione dell’equilibrio dei momenti  e delle forze applicate ad un corpo rigido.

L’equilibrio dei solidi: correzione della verifica.

Correzione della verifica sull’equilibrio dei solidi.

Qui puoi trovare gli appunti in pdf.       

L’equilibrio dei fluidi: la pressione.

Lo stato di aggregazione dei corpi. La massa, il volume e la densità. La forza distribuita su una superficie: la pressione. L’unità di misura della pressione. La pessione come scalare e il principio di Pascal. Applicazione: il torchio idraulico. Esempi ed esercizi.

Ecco il link ai video usati nel corso della lezione:

filmato 1: https://www.youtube.com/watch?v=14NdhbgwFvs

filmato 2: https://www.youtube.com/watch?v=j0v2mJr6GlU

L’equilibrio dei fluidi: la legge di Stevino ed il principio di Archimede (versione originale).

Il torchio idraulico come applicazione del principio di Pascal. La pressione dovuta al peso di un fluido e la legge di Stevino. La versione originale del principio di Archimede. I vasi comunicanti.

Esercizi.

La spinta di Archimede ed il galleggiamento.

Ripasso sul torchio idraulico come applicazione del principio di Pascal. La dipendenza della pressione dalla profondità (legge di Stevino e originale principio di Archimede) come motivazione alla forza di Archimede e condizione di galleggiamento dei corpi immersi. Esempi.

La spinta di Archimede, il galleggiamento, la pressione atmosferica ed il barometro.

Richiami di idrostatica: la relazione tra la pressione e la profondità in un liquido. La legge di Stevino ed il principio (versione originale) di Archimede come fondamento della spinta di Archimede. Il galleggiamento dei corpi e il calcolo della linea di galleggiamento. La pressione atmosferica e il barometro di Torricelli.

Laboratorio virtuale del Ph.E.T.: studio della pressione idrostatica. Uso dell’applicazione del PHET, discussione, proposta di misura di densità di liquidi ignoti.

Qui puoi trovare il link alla simulazione del Ph.E.T.

Esercizi di idrostatica

Introduzione alla cinematica: il moto e la velocità.

Il fenomeno del moto, il sistema di riferimento e le coordinate. La posizione, lo spostemanto e la distanza. La legge oraria del moto. Il grafico cartesiano della legge oraria. La velocità media. Il moto uniforme.

Qui puoi trovare gli appunti in pdf.   

La corrente elettrica. La prima e la seconda legge di Ohm. Un’esperienza in laboratorio virtuale (Ph.E.T.). L’interpretazione delle due leggi di Ohm.

La corrente elettrica e l’effetto Joule.

I conduttori ohmici e non-ohmici: i diodi e la superconduttività. La potenza dissipata in una resistenza e l’effetto Joule. La relazione tra resistenza e temperatura.

I circuiti in corrente continua.

Le leggi di Kirchhoff, il collegamento in serie ed in parallelo. Laboratorio virtuale (Ph.E.T.): resistenze in serie ed in parallelo.

I condensatori in serie ed in parallelo. Il voltmetro e l’amperometro. Esempi ed esercizi.

La carica e scarica del condensatore.

Analisi del circuito di carica e scarica del condensatore con l’uso di una equaizone differenziale. Discussione.

Esercizi sui circuiti elettrici.

Applicazioni delle due leggi di Ohm, effetto Joule, leggi di Kirchhoff.

Il magnetismo

I magneti naturali e il campo magnetico terrestre. Il campo magnetico e le linee di campo. La natura dipolare del campo e il monopolo magnetico: confronto con il campo elettrico. La forza di Lorentz sulla carica in moto in un campo magnetico: definizione e caratteristiche. La traiettoria delle cariche in moto in un campo magnetico: moto circolare e moto elicoidale. Applicazioni: l’aurora boreale.

Qui puoi trovare la presentazione in pdf.

Il magnetismo (seconda parte)

Il moto delle cariche in un campo magnetico ed elettrico. Il selettore di velocità, lo spettrometro di massa,  l’esperienza di JJ Thomson e la misura di e/m dell’elettrone. L’effetto Hall. Gli acceleratori di particelle. Il motore a propulsione magnetica.

Il campo magnetico e la forza di Lorentz.

Esercizi sulle applicazioni della forza di Lorentz applicata a particelle cariche in moto in un campo magnetico. Discussione.

Il campo magnetico e la corrente elettrica.

L’interazione tra campo magnetico e correnti elettriche. L’esperienza di Oersted. Il campo magnetico prodotto da un filo rettilineo percorso da corrente e la legge di Biot-Savart. La forza che agisce su un tratto di filo percorso da corrente ed immerso in un campo magnetico. L’interazione tra due fili rettilinei paralleli percorsi da corrente. Il campo magnetico di una spira.

Il campo magnetico e le correnti elettriche: esercizi.

Alcuni semplici esercizi di applicazione della interazione tra correnti elettriche e campi magnetici.

Il motore elettrico.

L’interazione tra correnti elettriche e il campo magnetico. Il momento magnetico di una spira, il momento torcente applicato ad una spira percorsa da corrente immersa in un campo magnetico. Il motore elettrico e gli strumenti per misurare la corrente. Esempi.

La circuitazione del campo magnetico e la legge di Ampère.

La circuitazione nel caso del campo elettrico ed il suo significato fisico. La circuitazione del campo magnetico: la legge di Ampère. Applicazioni della legge di Ampère: il campo di un solenoide e di un toro. L’interpretazione microscopica del magnetismo naturale.

Il campo magnetico: correzione della verifica.

L’induzione elettromagnetica: introduzione e la legge di Fraday-Neumann-Lenz.

L’esperienza di Faraday sulla corrente indotta. Applicazione della legge di Lorentz. La f.e.m. indotta e la legge di Faraday-Neumann-Lenz. Il flusso del campo magnetico.

La legge di Faraday-Neumann-Lenz.

L’induzione elettromagnetica e la legge di FNL, il flusso del campo magnetico e la relazione con la forza di Lorentz. Applicazioni: le correnti parassite e il freno elettromagnetico.

Applicazione della legge di FNL: la caduta di una barra in un campo magnetico.

Integrazione di una equazione differenziale a variabili separabili. Discussione.

Il moto di una barra in campo magnetico: un’analogia meccanica.

Completamento dell’analisi del moto di caduta di una barra ceonduttrice in campo magnetico: la legge oraria, l’accelerazione in funzione del tempo. La costante temporale della legge della velocità. Il moto di un corpo in caduta in un fluido e il confronto tra le equazioni del moto. Discussione.

Videoanalisi con Tracker del moto di un palloncino in caduta.

La forza d’attrito viscoso, analisi con Tracker del moto di un palloncino in caduta e stima del coefficiente d’attrito. Uso dei modelli in fisica. Discussione.

Applicazioni dell’induzione elettromagnetica.

La legge di Faraday-Neumann-Lenz e le applicazioni: le correnti parassite, il generatore di corrente alternata, la dinamo, le turbine, la tavoletta grafica e la chitarra elettrica.

La mutua induttanza e l’auto-induttanza. Il circuito RL.

Le interazioni tra circuiti diversi: la mutua induttanza. L’autoinduttanza: definizione e proprietà. L’induttanza di un solenoide. Il circuito RL: accensione e spegnimento, integrazione dell’equazione del circuito e discussione dell’evoluzione della corrente nel tempo. L’energia associata al campo magnetico, confronto con campo elettrico.

Laboratorio di informatica: realizzazione di una simulazione in java con EJS (parte prima)

Realizziamo passo-passo una simulazione in java con EJS( Easy Java Simulations) del moto di una barra conduttrice in un campo magnetico.  (parte prima)

Laboratorio di informatica: realizzazione di una simulazione in java con EJS (parte seconda)

Realizziamo passo-passo una simulazione in java con EJS( Easy Java Simulations) del moto di una barra conduttrice in un campo magnetico.  (parte seconda)

Applicazioni dell’induzione elettromagnetica: il trasformatore.

La legge di Faraday-Neumann-Lenz e il trasformatore: discussione sul principio di funzionamento e le reti ad alta tensione.

Esercizi riassuntivi sull’induzione elettromagnetica.

Esercizi e problemi sull’induzione elettromagnetica.

Correzione della verifica sull’induzione elettromagnetica.

La legge delle maglie di Kirchhoff generalizzata. La natura non conservativa del campo elettrodinamico. L’equazione del circuito RLC.

Qui puoi trovare gli appunti in pdf.               

I circuiti in corrente alternata. (parte prima)

Il circuito RLC: l’equazione del circuito come applicazione della legge delle maglie generalizzata. Il comportamento della resistenza, del condensatore e dell’induttore. La reattanza, lo sfasamento tra tensione e corrente. La relazione di Ferraris ed i valori efficaci. I vettori di fase.

I circuiti in corrente alternata: il circuito RLC, la risonanza e il circuito oscillante.

L’uso dei vettori di fase nell’analisi del circuito RLS in serie. Il circuito oscillante e la frequenza di risonanza.  Il circuito RLC in parallelo.

Le equazioni di Maxwell.

La sintesi dell’elettromagnetismo: le esperienze di Faraday e la sintesi teorica di Maxwell. Discussione delle quattro equazioni e loro significato fisico. Il legame tra i campi elettrico e magnetico. La legge di Ampere generalizzata e la corrente di spostamento. Le onde elettromagnetiche.

Qui puoi trovare la presentazione in pdf.       

Dalle equazioni di Maxwell alle onde elettromagnetiche.

Richiami sulle onde e l’equazione della funzione d’onda. Le equazioni di Maxwell e derivazione dell’equazione delle onde elettromagnetiche. La luce come onda elettromagnetica. La relazione tra il campo elettrico e magnetico in un’onda e.m.

Le onde elettromagnetiche.

Le equazioni di Maxwell e le onde elettromagnetiche. Lo spettro elettromagnetico, le proprietà delle onde elettromagnetiche: densità di energia, intensità dell’onda, vettore di Poynting, la pressione di radiazione e la polarizzazione.

Le equazioni di Maxwell e le onde elettromagnetiche.

Alcuni esercizi sulle equazioni di Maxwell e le onde elettromagnetiche.

Correzione della verifica sulle equazioni di Maxwell e sulle onde elettromagnetiche.

Introduzione alla teoria della relatività: genesi del concetto di relatività (parte prima).

Introduzione alla teoria della relatività: genesi del concetto di relatività (parte seconda).
Genesi del concetto di moto relativo. Il principio di relatività di Galilei. Le trasformazioni di Galilei. Laboratorio: videoanalisi del moto relativo. La teoria elettromagnetica di Maxwell e la crisi della fisica classica. L’esperimento di Michelson e Morley.

Qui puoi trovare la presentazione in pdf.

Origini del principio di relatività di Einstein (parte terza).

La relatività di Galilei e la velocità della luce: formulazione del principio di relatività di A. Einstein. Una nota biografica su Albert Einstein, discussione.

La cinematica relativistica (parte prima)

Il principio di relatività di Einstein come estensione della relatività di Galilei. L’invarianza della velocità della luce (nel vuoto) e le sue conseguenze. La relatività della simultaneità, la dilatazione dei tempi. Applicazioni: il paradosso dei gemelli, i raggi cosmici, l’esperienza di Hefele e Keating, il GPS.

Qui puoi trovare la presentazione in pdf.       

La cinematica relativistica (parte seconda)

La dilatazione dei tempi: alcuni esercizi.

L’invarianza della velocità della luce e la contrazione delle lunghezze. Il comportamento delle lunghezze parallelamente e perpendicolarmente alla direzione della velocità relativa. Le trasformazioni di Lorentz e lo spaziotempo. Le trasformazioni di Galilei come caso limite di quelle di Lorentz per velocità molto piccole rispetto a quella della luce nel vuoto.

La composizione delle velocità e la dinamica relativistica.

La relatività della simultaneità analizzata con le trasformazioni di Lorentz. La legge di composizione delle velocità in ambito galileiano e in ambito relativisticol. La legge di composizione delle velocità e l’invarianza della velocità della luce. La dinamica relativistica: la legge di conservazione della quantità di moto totale e la definizione relativistica della quantità di moto. La massa a riposo e la massa relativistica. L’esperienza di Kauffmann e di Bucherer. La seconda legge della dinamica in ambito relativistico. Il lavoro e il teorema dell’energia cinetica in ambito relativistico. L’energia a riposo e l’energia totale relativistica. La distinzione tra materia e radiazione. L’equivalenza tra massa ed energia.

La dinamica relativistica

Il principio di relatività di Einstein e le sue conseguenze. L’estensione delle grandezze della dinamica al contesto relativistico: la quantità di moto, la massa relativistica e la massa a riposo. Il secondo principio della dinamica in ambito relativistico, il lavoro di una forza e il teorema dell’energia cinetica. L’energia relativistica, l’energia a riposo e l’equivalenza tra massa ed energia.  La distinzione tra materia e radiazione. Il meccanismo di produzione di energia delle stelle, la stima della durata della vita del Sole. La fusione e la fissione nucleare, discussione.

La relatività ed il campo magnetico.

La meccanica classica ed il principio di relatività galileiano. Il caso del filo carico e della carica puntiforme esterna al filo: il calcolo della forza di interazione. Lo stesso esempio, ma visto da un altro sistema inerziale: la violazione del principio di relatività galileiano. Le trasformazioni di Lorentz e l’interpretazione del campo magnetico come effetto relativistico del campo elettrico.

La fisica dello Spazio-Tempo.

Il diagramma di Minksowski e le trasformazioni di Lorentz. Lo spazio-Tempo relativistico. La separazione come invariante relativistico. La relatività della simultaneità interpretata in termini geometrici. Il cono di luce, il presente, il futuro e l’altrove. I sistemi non inerziali e il principio di equivalenza. La teoria della relatività generale. La massa inerziale e la massa gravitazionale. La gravitazione e la curvatura dello spaziotempo. I buchi neri. Il campo gravitomagnetico ed i test della teoria della relatività generale. La nascita della cosmologia scientifica.

Qui puoi trovare gli appunti in pdf.