Liceo Scientifico F. Lussana Bergamo Programma svolto di FISICA A.S. 2014/2015 Classe 4 A P Prof. Matteo Bonetti. Meccanica

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1 Liceo Scientifico F. Lussana Bergamo Programma svolto di FISICA A.S. 2014/2015 Classe 4 A P Prof. Matteo Bonetti Meccanica MODULO 1. MOTI ROTATORI 1. Cinematica dei moti rotatori: periodo, frequenza, velocità angolare, accelerazione angolare. 2. Relazioni vettoriali tra grandezze fisiche rotazionali e lineari (con introduzione del prodotto vettoriale tra vettori). 3. Dinamica dei moti rotatori: momento delle forze (come prodotto vettoriale), momento di inerzia, equazione fondamentale. 4. Condizioni di equilibrio per un corpo rigido. 5. Energia cinetica rotazionale. 6. Rotazione attorno a un asse fisso; corpi che rotolano senza strisciare. 7. Momento angolare e sua relazione con il momento risultante delle forze esterne (nel caso di asse fisso). 8. Conservazione del momento angolare. TEMPO TOTALE DI REALIZZAZIONE: 20 ore MODULO 2. IL MOTO DEI PIANETI E LA GRAVITAZIONE 1. Modelli cosmologici da Tolomeo a Copernico. 2. Legge di gravitazione universale di Newton. 3. La costante di gravitazione universale G. 4. Leggi di Keplero; dimostrazione della terza legge mediante la legge di gravitazione universale nel caso di orbite circolari. 5. Concetto di campo in fisica. Campo gravitazionale generato da una massa e suo significato. 1

2 6. Applicazione della legge di Newton allo studio del moto dei pianeti e dei satelliti: velocità lungo un orbita circolare, messa in orbita dei satelliti, satelliti geostazionari. 7. Energia potenziale gravitazionale (formula generale). Energia meccanica lungo un orbita; relazione tra energia meccanica e energia potenziale gravitazionale. Velocità di fuga. Energia dei pianeti e dei satelliti. TEMPO TOTALE DI REALIZZAZIONE: 15 ore MODULO 3. DINAMICA DEI FLUIDI 1. Statica dei fluidi (richiamo dei contenuti trattati nel primo biennio): pressione, principio di Pascal, legge di Stevino, principio di Archimede. 2. Portata idraulica; equazione di continuità. 3. Conservazione dell energia per un fluido in movimento: equazione di Bernoulli; teorema di Torricelli. 4. Dinamica dei fluidi in presenza di attrito: viscosità; resistenza idraulica e legge di Poiseuille. Attività sperimentali e di laboratorio: Misura del tempo di svuotamento di un serbatoio e sua relazione con il livello dell acqua nel serbatoio. TEMPO TOTALE DI REALIZZAZIONE: 13 ore Corrente elettrica MODULO 4: LA CORRENTE ELETTRICA 1. Moto delle cariche elettriche nei conduttori solidi; intensità della corrente elettrica (analogia con la portata in fluidodinamica e con il calore per unità di tempo nei fenomeni di conduzione). 2. Il ruolo del potenziale elettrico nella conduzione elettrica (analogia con il ruolo della pressione in fluidodinamica e della temperatura nella conduzione del calore). 3. Prima e seconda legge di Ohm; la resistenza elettrica e la resistività elettrica. 4. Concetti di resistenza elettrica, resistenza idraulica e resistenza termica; analogia tra legge di Fourier, legge di Poiseuille e prima legge di Ohm. Nota Bene: La trattazione dell argomento è stata svolta solo in linea teorica per mancanza di tempo. Si rende necessario riprendere l argomento al quinto anno. TEMPO TOTALE DI REALIZZAZIONE: 2 ore 2

3 Termodinamica MODULO 5. ENERGIA INTERNA E TERMODINAMICA 1. Equazione di stato dei gas ideali. 2. Teoria cinetica dei gas ideali. Potenzialità e limiti del modello cinetico. 3. Energia interna di un gas ideale. 4. Trasformazioni termodinamiche reversibili; cicli termodinamici; primo principio della termodinamica; grafico pressione-volume con interpretazione del lavoro come area sottesa al grafico. Trasformazioni isocore, isobare, isoterme e adiabatiche. 5. Macchine termiche e macchine frigorifere; la potenza e il rendimento di una macchina. 6. Il secondo principio della termodinamica (enunciati di Kelvin e di Clausius). 7. Macchine termiche e ciclo di Carnot; massimo rendimento di una macchina termica; enunciato di Clausius e di Kelvin; equivalenza degli enunciati di Clausius, Kelvin e Carnot. 8. Frigoriferi, condizionatori e pompe di calore. 9. Entropia; variazione di entropia nelle macchine termiche reversibili e irreversibili. 10. Ordine, disordine ed entropia; entropia dell Universo; morte termica dell Universo; sistemi viventi. 11. Terzo principio della termodinamica; conseguenze del terzo principio sul rendimento massimo di una macchina termica. TEMPO TOTALE DI REALIZZAZIONE: 23 ore MODULO 6. OSCILLAZIONI Fenomeni ondulatori 1. Il moto armonico semplice; il sistema massa-molla; il pendolo semplice; relazione tra moto armonico e moto circolare uniforme. 2. Conservazione dell energia nel moto armonico semplice. 3. Oscillazioni smorzate; tempo di smorzamento. 4. Oscillazioni forzate; risonanza. Attività sperimentali e di laboratorio: Visione di filmati: legame tra oscillazioni del pendolo e moto circolare uniforme. TEMPO TOTALE DI REALIZZAZIONE: 5 ore 3

4 MODULO 7. ONDE MECCANICHE 1. Onde longitudinali e trasversali. 2. Grandezze caratteristiche delle onde: ampiezza, periodo, velocità di propagazione, lunghezza d onda. 3. Principio di sovrapposizione per le onde e fenomeni di interferenza (costruttiva e distruttiva). 4. Le onde armoniche; rappresentazione matematica. 5. Energia trasportata da un onda. 6. Onde stazionarie; onde stazionarie su una corda con entrambi gli estremi fissati (dimostrazione matematica dell interferenza e approccio intuitivo con rappresentazione grafica di nodi e antinodi); onde stazionarie in una colonna d aria chiusa a un estremo e in una colonna d aria aperta a entrambi gli estremi; applicazioni agli strumenti musicali (chitarra e organo). 7. Riflessione e rifrazione delle onde. 8. Diffrazione delle onde, principio di Huygens. 9. Le onde sonore; intensità di un onda sonora; percezione umana del suono; livello d intensità e decibel; effetto Doppler e sue applicazioni (pistola radar, misurazione della velocità del flusso sanguigno, red shift delle galassie). Attività sperimentali e di laboratorio: Laboratorio in classe: onde su una corda per la visualizzazione dell onda nello spazio e nel tempo; onde stazionarie nella chiatarra. TEMPO TOTALE DI REALIZZAZIONE: 12 ore MODULO 8. OTTICA FISICA 1. Il dibattito sulla natura ondulatoria o corpuscolare della luce. 2. Fenomeni di ottica ondulatoria: riflessione, rifrazione, interferenza e diffrazione. 3. Esperienza di Young. 4. Diffrazione da una singola fenditura. TEMPO TOTALE DI REALIZZAZIONE: 8 ore 4

5 Ulteriori informazioni Testi di riferimento: Romeni C., Fisica e realtà Dinamica e Termologia, volume 1, Zanichelli 1. Romeni C., Fisica e realtà Principi della Termodinamica e Onde + Campo Elettrico, volume 2, Zanichelli. Walker J., Corso di Fisica Meccanica, volume 1, Linx 2. Walker J., Corso di Fisica Termologia, Onde, Relatività, volume 2, Linx 3. Walker J., Corso di Fisica Elettromagnetismo, Fisica atomica e subatomica, volume 3, Linx 4. Utilizzo della piattaforma Moodle raggiungibile dal sito del liceo oppure all indirizzo Bergamo, 6 giugno 2015 L insegnante Gli studenti 1 Già in possesso degli alunni 2 Testo non in possesso degli alunni. 3 Testo non in possesso degli alunni. 4 Testo non in possesso degli alunni. 5

6 [LAVORO ESTIVO DI FISICA CLASSE 4 P] 2014/2015 Liceo Scientifico F. Lussana Bergamo Indicazioni per il lavoro estivo di FISICA A.S. 2014/2015 Classe 4 A P Prof. Matteo Bonetti Alunni con sospensione del giudizio o con l'indicazione studio estivo sulla lettera inviata a casa: 1) Per quanto riguarda il recupero delle conoscenze teoriche, si richiede agli allievi di integrare gli appunti presi a lezione durante l anno con i seguenti capitoli del libro di testo, corrispondenti al programma svolto in classe: VOLUME DINAMICA Capitoli: La dinamica dei corpi in rotazione. La gravitazione. I fluidi. VOLUME PRINCIPI DELLA TERMODINAMICA E ONDE Capitoli: Il primo principio della termodinamica. Il secondo principio della termodinamica. Oscillazioni e onde meccaniche. Il suono. Ottica fisica. 2) Si assegna la risoluzione di TUTTI i problemi presenti sul file Lavoro estivo 2014_15 scaricabile dalla piattaforma Moodle del Liceo Lussana, all indirizzo: L3O (in fase di login selezionare la voce login come ospite, non sono necessarie chiavi di attivazione; in caso si riscontrino problemi, contattare l insegnante all indirizzo mail teo.bonetti@gmail.com). Il file contiene esercizi di diverso genere, anche a risposta multipla; è richiesta la stesura, su quaderno, della risoluzione fisico-matematica dell esercizio o del ragionamento seguito; non saranno accettati compiti in cui compaiono solamente le risposte selezionate. Nelle ultime immagini del file sono riportate le soluzioni come strumento utile al fine di correggere i propri errori e eventuali ragionamenti scorretti. 1

7 [LAVORO ESTIVO DI FISICA CLASSE 4 P] 2014/2015 3) Si richiede di rivedere con accuratezza lo svolgimento degli esercizi assegnati durante l anno scolastico, sia quelli di fine capitolo sul libro di testo, sia quelli assegnati da fotocopie. 4) Si richiede inoltre di allenarsi a risolvere correttamente le esercitazioni e le verifiche assegnate negli anni precedenti in caso di giudizio sospeso. Le tracce sono reperibili sulla piattaforma Moodle (Area Fisica Corsi classi quarte). Alunni promossi senza lettera di aiuto: 1) Per quanto riguarda le conoscenze teoriche, si richiede agli allievi un ripasso serio e accurato del programma svolto. 2) Si assegna la risoluzione dei problemi presenti sul file Lavoro estivo 2014_15 scaricabile dalla piattaforma Moodle del Liceo Lussana, all indirizzo: L3O (in fase di login selezionare la voce login come ospite, non sono necessarie chiavi di attivazione; in caso si riscontrino problemi, contattare l insegnante all indirizzo mail teo.bonetti@gmail.com). Il file contiene esercizi di diverso genere, anche a risposta multipla; è richiesta la stesura, su quaderno, della risoluzione fisico-matematica dell esercizio o del ragionamento seguito; non saranno accettati compiti in cui compaiono solamente le risposte selezionate. Nelle ultime immagini del file sono riportate le soluzioni come strumento utile al fine di correggere i propri errori e eventuali ragionamenti scorretti. 3) Si richiede, come ulteriore strumento di ripasso, di allenarsi a risolvere correttamente le esercitazioni e le verifiche assegnate negli anni precedenti in caso di giudizio sospeso. Le tracce sono reperibili sulla piattaforma Moodle (Area Fisica Corsi classi quarte). Bergamo, 6 giugno 2015 L insegnante 2