PROGRAMMA SVOLTO I moti oscillatori Il moto armonico semplice e le sue caratteristiche; il pendolo semplice; l oscillatore armonico.

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1 Anno Scolastico Classe 4DS DISCIPLINA FISICA DOCENTE Paola Cacano Libo di testo AMALDI PER I LICEI SCIENTIFICI BLU (L') 2ED - VOLUME 2 (LDM) / ONDE, CAMPO ELETTRICO E MAGNETICO Zanichelli PROGRAMMA SVOLTO I moti oscillatoi Il moto amonico semplice e le sue caatteistiche; il pendolo semplice; l oscillatoe amonico. I fenomeni ondulatoi Definizione di onda e classificazioni; equazione e paameti caatteistici di un onda amonica; pincipio di sovapposizione degli effetti; pincipio di Huygens; fenomeni ondulatoi (anche con tattazione matematica): iflessione e ifazione, intefeenza, onde stazionaie, battimenti, diffazione. Il suono Valoi dei paameti caatteistici; altezza, intensità e timbo; effetto Dopple La luce Valoi dei paameti caatteistici; intensità luminosa; espeimento di Young della doppia fenditua, diffazione da una singola fenditua. La caica e il campo elettico Elettizzazione dei copi, caica elettica e sue popietà, foza di Coulomb; Campo elettico (definizione e appesentazione attaveso le linee di campo); campo di una caica puntifome e pincipio di sovapposizione; campo di un dipolo elettico; flusso di un campo vettoiale e teoema di Gauss; applicazioni e calcolo del campo di un piano infinito, un filo infinito, una sfea caica con caica supeficiale e volumetica. Il potenziale e l enegia Consevatività della foza di Coulomb e del campo elettico; enegia potenziale e definizione di potenziale elettico; potenziale di una caica puntifome e di una distibuzione di caiche; legame ta campo elettico e potenziale; enegia elettostatica di una configuazione di caiche e densità di enegia. I Conduttoi in equilibio elettostatico Popietà dei conduttoi in equilibio elettostatico; capacità elettica di un conduttoe; condensatoi e popietà, capacità elettica, enegia immagazzinata, collegamenti in seie e in paallelo. Conduttoi e dielettici

2 COMPITI ESTIVI ualcosa di vecchio Ripassa il pogamma svolto quest anno e costuisci un fomulaio di elettostatica secondo un citeio che itieni utile pe il ipasso. Ad esempio puoi usae uno schema come quello ipotato qui di seguito in cui si distingue ta gandezze e teoemi Gandezza definizione fomula Campo elettico Rappoto ta foza elettica agente su una caica di pova q e la caica di pova stessa. E funzione del punto e dipende dalle caatteistiche della sogente E = F q Casi paticolai: geneato da una caica puntifome: E = k geneato da un piano infnito E = 2ε σ 0 2 ε E = k 3 Unità di misua N, C V m Enegia potenziale elettostatica. Caso paticolae: Teoema o popietà Enunciato Fomula Il flusso del campo elettostatico nel vuoto, Teoema di Gauss nel vuoto attaveso una supeficie chiusa è la somma delle (1 equazione di Maxwell) caiche intene fatto la costante dielettica del Φ Schiusa ( vuoto Teoema di Coulomb E ) = ε int ena 0 Completa il tuo lavoo di ipasso (che saà molto utile anche pe il possimo anno) svolgendo e commentando alcuni esecizi guida scelti ta quelli svolti duante l anno o nelle veifiche o quelli di seguito ipotati divisi pe agomenti. ESERCIZI DI ELETTROSTATICA ESERCIZI 1 e 2: campo elettico geneato da una caica puntifome: potenziale elettostatico geneato da una caica puntifome: pincipio di sovapposizione degli effetti 1) uatto caiche identiche di valoe + sono disposte ai vetici di un quadato di lato L. Detemina il campo elettico ed il potenziale da esse geneato: a) al cento del quadato b) nel punto medio di un lato del quadato

3 2) Due caiche + e sono poste a distanza 2d. Detemina il campo elettico ed il potenziale da esse geneato in un geneico punto P dell asse del segmento congiungente le due caiche, in funzione della distanza x dal segmento. Rappesenta in un ifeimento catesiano l andamento delle due funzioni ottenute P x + - ESERCIZI 3 e 4: Definizione di flusso di un campo vettoiale Teoema di Gauss pe il campo elettico 3) Una sfea di aggio R è caica con caica + unifomemente distibuita nel volume. Detemina il campo elettico da essa geneato in funzione della distanza dal cento. Rappesenta in un ifeimento catesiano il gafico della funzione ottenuta. 4) Una cilindo infinito di aggio R è caico unifomemente con densità supeficiale -σ. Detemina il campo elettico da essa geneato in funzione della distanza dall asse. Rappesenta in un ifeimento catesiano il gafico della funzione ottenuta. ESERCIZIO 5: Campo geneato da un piano infinito Linee di campo Pincipio di sovapposizione degli effetti Legame ta campo elettico e potenziale elettostatico +σ +2σ σ 5) Considea i te piani infiniti in figua. Detemina in funzione della posizione il campo elettico da essi geneato e ipota l andamento in un sistema di ifeimento catesiano. Ponendo come punto di ifeimento pe il potenziale il punto O, detemina il potenziale elettostatico in funzione della posizione e appesenta la funzione ottenuta in un ifeimento catesiano. O d 2d ESERCIZIO 6: Campo e potenziale in un condensatoe Foza elettica 2 pincipio della dinamica 6) Un condensatoe ha amatue quadate di lato L poste a distanza D (con D<<L). Detemina il campo elettico al suo inteno quando ta le amatue c è una diffeenza di potenziale V e appesentane le linee di campo. Considea e oa un elettone che enta all inteno del condensatoe con - una velocità oizzontale (come ipotato in figua), tascuando la foza peso detemina la taiettoia descitta Detemina inolte la minima velocità affinché la caica iesca ad uscie dal condensatoe senza utae conto le amatue (in funzione dei dati foniti e della massa e caica dell elettone). Cosa cambia se nel condensatoe si inseisce un potone? ESERCIZIO 7: Potenziale in una distibuzione di caica Enegia potenziale di una caica elettica Pincipio di consevazione dell enegia 7) Un anello di aggio R è caico unifomemente con una caica +. Ad una distanza 2R dal cento dell anello, pependicolamente al piano si tova una caica positiva +q di massa m. Detemina quanto 2R +q

4 deve valee la velocità v0 con la quale la caica viene lanciata veso l anello affinché iesca ad oltepassalo. Che tipo di moto desciveà la caica? ESERCIZI 8,9: Teoema di Gauss Popietà dei conduttoi Teoema di Colulomb 8) Una sfea conduttice di aggio R1 caica con caica + si tova all inteno di un guscio sfeico, anch esso conduttoe di aggi inteno ed esteno ispettivamente pai a R2 e R3. Detemina, in funzione della distanza dal cento, il campo elettico geneato da tale distibuzione e appesenta la funzione tovata. Detemina inolte le caiche indotte sul guscio sfeico. 9) Una sfea conduttice di aggio R è caica con caica +, tamite un filo conduttoe molto lungo, di capacità tascuabile viene collegata ad una sfea inizialmente scaica di aggio 2R. Dopo una fase tansitoia si stabilisce l equilibio. Detemina la caica pesente su ciascuna delle due sfee e il campo elettico in possimità di ciascuna delle due sfee. ESERCIZIO 10: Teoema di Gauss Capacità di un condensatoe 10) Un condensatoe sfeico si può pensae come costituito da due sfee concentiche di aggi ispettivamente a e b, caiche con caiche opposte. Detemina la capacità, in funzione della geometia. ESERCIZI 11, 12: Definizione di capacità Collegamenti ta condensatoi e capacità equivalenti 11) Te condensatoi di capacità ispettivamente C1=8 µf, C2=6 µf e C3=4 µf, sono collegati come in figua. C1 C2 A B Calcola la capacità equivalente del sistema. Detemina la caica pesente su ciascun condensatoe quando ta i punti A e B c è una diffeenza di potenziale V=12 V. 12) Te condensatoi di capacità ispettivamente C1=8 µf, C2=6 µf e C3=4 µf, sono collegati come in figua. C3 C1 C2 A B Calcola la capacità equivalente del sistema. Detemina la caica pesente su ciascun condensatoe quando ta i punti A e B c è una diffeenza di potenziale V=12 V. ESERCIZI 13, 14: Definizione di capacità Collegamenti ta condensatoi e capacità equivalenti C3

5 Polaizzazione e costante dielettica elativa 13) Un condensatoe piano ha amatue di supeficie S poste a distanza d ed è iempito pe metà di dielettico, come appesentato in figua. Calcola la capacità elettica del condensatoe, sapendo che la costante dielettica elativa del mateiale inseito è ε. Specifica le caatteistiche dei due condensatoi collegati in seie equivalenti al condensatoe in figua. 14) Un condensatoe piano ha amatue di supeficie S poste a distanza d ed è iempito pe metà di dielettico, come appesentato in figua. Calcola la capacità elettica del condensatoe, sapendo che la costante dielettica elativa del mateiale inseito è ε.. Specifica le caatteistiche dei due condensatoi collegati in paallelo equivalenti al condensatoe in figua. e qualcosa di nuovo Il pogamma di fisica del pentameste del possimo anno affonteà lo stano mondo della fisica modena che pesenteà qualche fatica. Il fisico Richad Feyman, così sciveva nel suo libo divulgativo ED La stana teoia della luce e della mateia : I fisici hanno impaato a convivee con questo poblema: hanno cioè capito che il punto essenziale non è se una teoia piaccia o non piaccia, ma se fonisca pevisioni in accodo con gli espeimenti. La icchezza filosofica, la facilità, la agionevolezza di una teoia sono tutte cose che non inteessano. Dal punto di vista del buon senso l elettodinamica quantistica descive una natua assuda. Tuttavia è in pefetto accodo con i dati speimentali. Mi auguo quindi che iusciete ad accettae la Natua pe quello che è: assuda [Richad Feyman ] Pe cominciae ad entae nell odine delle sconvolgenti idee di inizio novecento guada i seguenti mateiali. (Fuoi dalla nosta espeienza quotidiana) (Supeuak Relatività speciale 1 pate) (Supeuak Relatività speciale 2 pate) (E se la meccanica quantistica fosse divetente? Magheita Mazzea TEDxCesena) (Cos'è la Meccanica uantistica?) (spettacolo teatale Big bang di Lucilla Giagnoni)