CAPITOLO. 1 Gli strumenti di misura Gli errori di misura L incertezza nelle misure La scrittura di una misura 38

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1 Indice LA MATEMATICA PER COMINCIARE 2 LA MISURA DI UNA GRANDEZZA 1 Le proporzioni 1 2 Le percentuali 2 3 Le potenze di 10 3 Proprietà delle potenze 3 4 Seno, coseno e tangente 5 5 I grafici 6 6 La proporzionalità diretta 7 7 La proporzionalità inversa 8 8 La proporzionalità quadratica 9 9 Grandezze linearmente dipendenti 10 1 LE GRANDEZZE FISICHE 1 La natura della fisica 11 2 Le grandezze fisiche 12 Le unità di misura 13 Definizione operativa di una grandezza 13 3 Il Sistema Internazionale di Unità 13 Multipli e sottomultipli 14 4 La notazione scientifica 15 L ordine di grandezza 15 5 Le grandezze fondamentali 16 L intervallo di tempo 16 La lunghezza 17 La massa 18 1 Gli strumenti di misura 33 Strumenti analogici 33 Portata 34 Sensibilità 34 2 Gli errori di misura 35 Errori sistematici 35 Errori casuali 36 3 L incertezza nelle misure 36 L incertezza in una misura singola 37 L incertezza in una misura con più ripetizioni 37 4 La scrittura di una misura 38 Le cifre significative nella stima di una misura 38 5 Accuratezza e precisione di una misura 39 6 L incertezza relativa 39 7 L incertezza statistica 40 Istogramma dei dati 41 8 L incertezza in una misura indiretta 42 Le cifre significative nei calcoli 43 Il calcolo dell incertezza 44 9 Misure, incertezze e verifiche sperimentali 45 Accordo tra due misure 45 Verifica sperimentale di una legge fisica 46 I concetti fondamentali 48 Lo sai? 48 LABORATORIO Il pendolo 49 LABORATORIO Quattro metodi, un volume 50 Esercizi 52 SEI PRONTO PER LA VERIFICA? 60 6 Le grandezze derivate 19 L area 20 Il volume 21 La densità 22 7 Le dimensioni fisiche delle grandezze 23 I concetti fondamentali 24 Lo sai? 24 LABORATORIO Grandezze proporzionali 25 Esercizi 26 SEI PRONTO PER LA VERIFICA? 32 III

2 3 I VETTORI 4 E LE FORZE L EQUILIBRIO DEI SOLIDI 1 Scalari e vettori 61 2 Somma e sottrazione di vettori 62 Addizione di vettori 62 Moltiplicazione di un vettore per un numero 64 Sottrazione di vettori 65 3 Prodotti tra vettori 65 Scomposizione di un vettore 65 Proiezione di un vettore 66 Prodotto scalare di due vettori 66 Prodotto vettoriale di due vettori 67 4 I vettori in coordinate cartesiane 68 Componenti cartesiane di un vettore 68 I versori degli assi 68 Componenti cartesiane e modulo di un vettore 69 5 Operazioni con vettori dati in componenti cartesiane 70 Somma e moltiplicazione di un vettore per un numero 70 Calcolo del prodotto scalare 70 Vettori nello spazio e calcolo del prodotto vettoriale 71 6 Le forze 71 La misura di una forza 72 La somma delle forze 73 7 La forza-peso 73 Massa e peso 74 8 Le forze di attrito 75 Attrito radente statico 75 Attrito radente dinamico 77 9 La forza elastica 77 Il dinamometro 78 La legge di Hooke 78 Simulazione PhET Legge di Hooke 78 1 Il punto materiale e il corpo rigido 95 Punto materiale 95 Corpo rigido 96 Baricentro 96 2 L equilibrio del punto materiale 97 Vincoli e reazioni vincolari 97 Equilibrio su un piano orizzontale 97 Equilibrio su un piano inclinato 99 Equilibrio di un corpo appeso La somma di più forze su un corpo rigido 102 Forze che agiscono sulla stessa retta 102 Forze concorrenti 103 Forze parallele Il momento di una forza 104 Effetti di una forza sulla rotazione 104 Il modulo del momento di una forza 104 Momento di una forza e prodotto vettoriale 106 Il momento di una coppia di forze Corpi rigidi in equilibrio Le leve 108 Simulazione PhET Leve Baricentro ed equilibrio 109 Corpi appesi in equilibrio 110 Corpi appoggiati in equilibrio 111 I concetti fondamentali 112 Lo sai? 112 LABORATORIO Equilibrio su un piano inclinato ruvido 113 LABORATORIO Equilibrio di forze concorrenti 114 Esercizi 116 SEI PRONTO PER LA VERIFICA? 132 I concetti fondamentali 79 Lo sai? 79 LABORATORIO La forza di attrito radente 80 Esercizi 82 SEI PRONTO PER LA VERIFICA? 94 IV

3 5 L EQUILIBRIO 6 DEI FLUIDI LA VELOCITÀ 1 I fluidi 133 Equilibrio dei fluidi La pressione 134 La pressione nei fluidi La legge di Pascal 136 Il torchio idraulico La pressione atmosferica La legge di Stevino 139 I vasi comunicanti 141 Simulazione PhET In pressione 142 L esperimento di Torricelli 143 Manometri Il principio di Archimede 144 Condizioni di galleggiamento 145 I concetti fondamentali 147 Lo sai? 147 LABORATORIO Densità e spinta di Archimede 148 Esercizi 150 SEI PRONTO PER LA VERIFICA? Il punto materiale e la traiettoria 165 Il punto materiale 165 La traiettoria Il moto rettilineo 166 Il sistema di riferimento 167 La posizione e l istante di tempo La velocità media 169 Metri al secondo e kilometri all ora 169 Velocità media e verso del moto 170 La velocità istantanea 171 La velocità nei percorsi obbligati e nei percorsi chiusi Il calcolo dello spostamento e del tempo Il moto rettilineo uniforme 174 La legge oraria del moto rettilineo uniforme Il grafico spazio-tempo del moto rettilineo uniforme 176 Pendenza e velocità Il grafico velocità-tempo del moto rettilineo uniforme 180 I concetti fondamentali 181 Lo sai? 181 In 3 minuti La velocità 181 Esercizi 182 SEI PRONTO PER LA VERIFICA? 196 V

4 7 L ACCELERAZIONE 8 IL MOTO IN DUE DIMENSIONI 1 Il moto rettilineo vario L accelerazione media 198 Il segno dell accelerazione 199 L accelerazione istantanea Il moto rettilineo uniformemente accelerato La legge velocità-tempo del moto uniformemente accelerato 201 Il grafico velocità-tempo del moto uniformemente accelerato 202 La pendenza del grafico velocità-tempo La legge oraria del moto uniformemente accelerato 204 Il grafico spazio-tempo del moto uniformemente accelerato 206 Grafico spazio-tempo e velocità istantanea La legge spazio-velocità Il moto di caduta libera 208 Caduta da fermo 209 Lancio verso l alto 210 Simmetrie del moto uniformemente accelerato I grafici del moto rettilineo 214 I concetti fondamentali 217 Lo sai? 217 In 3 minuti L accelerazione 217 LABORATORIO Moto di una biglia lungo un piano inclinato Spostamento, velocità e accelerazione nel piano 239 Il vettore spostamento 240 Il vettore velocità 240 Il vettore accelerazione La composizione dei moti 241 Composizione delle velocità Moto di un proiettile 244 Proiettile lanciato in direzione orizzontale 244 Proiettile lanciato in direzione obliqua 246 L equazione della traiettoria di un proiettile 248 Gittata massima 249 Simmetrie nel moto di un proiettile Il moto circolare uniforme 250 Periodo e frequenza 250 Misura degli angoli in radianti 251 La velocità angolare Accelerazione centripeta Il moto armonico 255 Lo spostamento nel moto armonico 255 La velocità nel moto armonico 256 L accelerazione nel moto armonico 257 I concetti fondamentali 259 Lo sai? 259 LABORATORIO Moto parabolico 260 Esercizi 262 SEI PRONTO PER LA VERIFICA? 282 Esercizi 220 SEI PRONTO PER LA VERIFICA? 238 VI

5 9 I PRINCIPI 10 DELLA E LE LORO DINAMICA APPLICAZIONI LAVORO ED ENERGIA 1 Il primo principio della dinamica 283 Inerzia e massa 284 I sistemi di riferimento inerziali Il secondo principio della dinamica 286 Simulazione PhET Forze e moti: le basi 287 La forza peso e il secondo principio Il terzo principio della dinamica 288 La reazione vincolare e il terzo principio Le forze e il movimento 291 Il moto del proiettile Il moto lungo un piano inclinato 295 Moto lungo un piano inclinato in presenza di attrito La forza centripeta Il moto armonico di una molla Il pendolo 300 La misura dell accelerazione di gravità 302 I concetti fondamentali 303 Lo sai? 303 In 3 minuti La forza 303 F = ma LABORATORIO La misura di g 304 Esercizi 306 SEI PRONTO PER LA VERIFICA? Il lavoro compiuto da una forza costante 329 Forza nello stesso verso dello spostamento 329 Forza che forma un angolo con lo spostamento 330 Lavoro negativo Il lavoro compiuto da una forza variabile La potenza L energia cinetica Energia potenziale della forza-peso 337 Lavoro compiuto dalla forza di gravità 337 Definizione dell energia potenziale della forza-peso Forze conservative e forze non conservative L energia potenziale elastica La conservazione dell energia meccanica 342 Dimostrazione della conservazione dell energia meccanica 342 Simulazione PhET Energia con lo skateboard: concetti di base Il principio di conservazione dell energia 345 I concetti fondamentali 347 Lo sai? 347 In 3 minuti Il lavoro delle forze 347 La potenza L energia cinetica L energia potenziale della forza peso Il teorema dell energia cinetica Esercizi 348 SEI PRONTO PER LA VERIFICA? 364 VII

6 11 LA RIFLESSIONE 12 E DELLA LA RIFRAZIONE LUCE TEMPERATURA E CALORE 1 I raggi luminosi 365 La velocità della luce La riflessione della luce Gli specchi piani 367 Immagini reali e immagini virtuali 367 Distanza dallo specchio e dimensione dell immagine Gli specchi sferici 368 Specchi sferici concavi 368 Immagini prodotte da specchi concavi 369 Specchi sferici convessi 371 Immagini prodotte da specchi convessi 371 Specchi parabolici L equazione dei punti coniugati per gli specchi sferici L indice di rifrazione La legge di Snell per la rifrazione 375 Simulazione PhET Rifrazione della luce La riflessione totale La dispersione della luce 377 Simulazione PhET Visione dei colori 377 L arcobaleno Le lenti 378 Lenti convergenti e lenti divergenti 378 Immagini formate da una lente convergente 380 Immagini formate da una lente divergente Termometri e temperatura 405 Il termometro e la scala Celsius 405 La scala Kelvin La dilatazione termica lineare La dilatazione termica volumica 409 Lo strano comportamento dell acqua Calore ed energia 411 La caloria e il suo equivalente meccanico Capacità termica e calore specifico 412 Capacità termica 412 Calore specifico 412 Energia scambiata e variazione di temperatura Il calorimetro Calore e cambiamenti di stato 415 I cambiamenti di stato 415 Il calore latente La trasmissione del calore 418 Convezione 418 Conduzione 419 L irraggiamento 420 I concetti fondamentali 423 Lo sai? 423 In 3 minuti La temperatura 423 Esercizi 424 SEI PRONTO PER LA VERIFICA? L equazione delle lenti sottili L occhio 383 Miopia 384 Ipermetropia 384 Il potere diottrico di una lente e la diottria Lente d ingrandimento, microscopio, telescopio 385 La lente d ingrandimento 386 Il microscopio composto 386 Il telescopio 387 Indice analitico 439 I concetti fondamentali 389 Lo sai? 389 Esercizi 390 SEI PRONTO PER LA VERIFICA? 404 VIII