Unità Didattica n 1: Onde, oscillazioni e suono. Prerequisiti. Forze e moto. Moto circolare uniforme.

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Fabiana Bossi
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1 PROGRAMMA PREVISTO Testo di riferimento: Fisica Percorsi e metodi Vol. 2 (J. D. Wilson, A. J. Buffa) Le unità didattiche a fondo chiaro sono irrinunciabili, le unità didattiche a fondo scuro potranno essere rinviate o trattate in modo molto sintetico in caso di necessità. Gli argomenti riportati in corsivo potranno essere saltati o non approfonditi. Unità Didattica n 1: Onde, oscillazioni e suono Forze e moto. Moto circolare uniforme. 1. Oscillazioni e onde: moto armonico (forza elastica, ampiezza, periodo, frequenza, equazioni, fase); il sistema massa-molla; il pendolo semplice; onde; grandezze che caratterizzano le onde; onde sinusoidali; tipi di onde. 2. Fenomeni ondulatori: principio di sovrapposizione; interferenza; riflessione delle onde; rifrazione e diffrazione; polarizzazione; onde stazionarie; teorema di Fourier. 3. Il suono: caratteristiche delle onde sonore; battimenti; effetto Doppler 1. Definire e descrivere le caratteristiche generali del moto armonico, descrivere la relazione tra moto armonico e moto circolare uniforme; descrivere il moto armonico dal punto di vista dinamico. 2. Risolvere problemi sul moto armonico. 3. Definire le caratteristiche delle onde; conoscere l equazione generale di un onda armonica; conoscere e utilizzare il principio di sovrapposizione. 4. Conoscere i fenomeni ondulatori. 5. Descrivere le onde stazionarie; ricavare le condizioni di stazionarietà. 6. Conoscere le caratteristiche delle onde sonore; descrivere l effetto Doppler e ricavarne le leggi. 7. Risolvere problemi su fenomeni ondulatori e suono. Moto armonico semplice: molla oscillante o pendolo. Tempi: settembre - ottobre Pagina 5

2 Unità Didattica n 2: Ottica Unità didattica Ottica geometrica: Riflessione della luce; principio di Huygens; rifrazione, legge di Snell, indici di rifrazione, principio di Fermat, riflessione totale; dispersione. 2. Specchi e lenti: specchio piano; specchi sferici, costruzione dell immagine ed equazione dei punti coniugati; lenti, equazione dei punti coniugati. 3. Comportamento ondulatorio della luce: Esperimento di Young; Interferenza da lamine sottili. Diffrazione, Reticolo di diffrazione; Polarizzazione. 1. Conoscere e descrivere la riflessione della luce; applicare le leggi della riflessione agli specchi. 2. Conoscere il principio di Huygens e utilizzarlo per interpretare la diffrazione e l interferenza. 3. Conoscere e descrivere la rifrazione; dedurre la legge di Snell e applicarla a risoluzione di problemi; conoscere ed interpretare la riflessione totale. 4. Conoscere le leggi che descrivono il comportamento delle lenti e degli specchi; saper costruire immagini. 5. Saper risolvere problemi sulle lenti e gli specchi. 6. Conoscere le leggi della interferenza da due fenditure e applicarle alla risoluzione di problemi. 7. Conoscere il funzionamento e l uso di alcuni apparati per diffrazione. 8. Conoscere e descrivere il fenomeno della polarizzazione. Ottica geometrica: specchi e lenti sottili. Tempi: novembre - dicembre Pagina 6

3 Unità Didattica n 3: La Temperatura e il calore La descrizione del moto e la dinamica: velocità, forze, quantità di moto. Energia cinetica. Conoscenze elementari su calore, temperatura, cambiamenti di fase acquisiti nel biennio. 1. Il gas ideale: temperatura ed energia interna, equilibrio termico, termometri, gas perfetto, leggi dei gas perfetti, temperatura assoluta ed equazione di stato. 2. Modello cinetico dei gas: modello molecolare, energia cinetica media e temperatura, energia interna, distribuzione di Maxwell. 3. Il calore: calore ed energia termica,unità di misura, calore specifico, calorimetria, equivalenza fra calore e lavoro, cambiamenti di stato, meccanismi di propagazione del calore. 1. Conoscere e definire operativamente il concetto di temperatura. 2. Conoscere il concetto di equilibrio termico. 3. Conoscere, saper ricavare e saper utilizzare nella risoluzione di problemi, le leggi di trasformazione dei gas ideali e l equazione di stato dei gas perfetti. 4. Conoscere e descrivere il modello molecolare del gas ideale; dedurre la relazione tra energia cinetica media e temperatura assoluta. 5. Conoscere e calcolare la velocità quadratica media; conoscere la distribuzione delle velocità. 6. Definire i concetti di calore, calore specifico ed energia interna. 7. Conoscere e saper utilizzare le leggi della calorimetria. 8. Conoscere i meccanismi di scambio di calore. Determinazione sperimentale delle leggi dei gas. Esperienze sulla calorimetria. Tempi: gennaio febbraio. Pagina 7

4 Unità Didattica n 4: I principi della termodinamica Unità didattica n Il primo principio della termodinamica: sistemi termodinamici e variabili di stato; trasformazioni termodinamiche; reversibilità e irreversibilità; primo principio della termodinamica; trasformazioni isobare; trasformazioni isocore; trasformazioni isoterme; trasformazioni adiabatiche; lavoro in una trasformazione termodinamica ciclica; calori specifici dei gas ideali; equipartizione dell energia. 2. Il secondo principio della termodinamica: enunciato; macchine termiche e macchine frigorifere; rendimento; formulazione di Kelvin e di Clausius e loro equivalenza; disuguaglianza di Clausius; entropia di un sistema; principio d entropia; entropia e probabilità; il ciclo di Carnot. 1. Enunciare e commentare il primo principio riconoscendone il significato di estensione del principio di conservazione dell energia 2. Caratterizzare le varie trasformazioni di un gas alla luce del 1 principio calcolando calori scambiati, lavoro prodotto, variazione di energia interna; 3. Applicare il 1 principio all analisi di trasformazioni cicliche e alla risoluzione di problemi. 4. Conoscere l irreversibilità delle trasformazioni spontanee e interpretarla in modo probabilistico. 5. Enunciare la 2^ legge (formulazione probabilistica, di Clausius, entropica, di Kelvin) e conoscerne il significato. 6. Definire di rendimento di una macchina termica e saperlo calcolare; riconoscere che una macchina termica ha bisogno di almeno due sorgenti per operare ciclicamente. 7. Introdurre la funzione di stato entropia e calcolarne la variazione in alcuni tipi di trasformazioni. 8. Risolvere problemi sul rendimento, sulle macchine termiche e sull entropia.. Tempi: marzo - aprile Pagina 8

5 Unità Didattica n 5: Forze e campi Gravitazione. Forze e dinamica. Energia e sua conservazione. 1. Il campo elettrico: Carica elettrica. Struttura della materia. Elettrizzazione. Legge di Coulomb. Campo elettrico. Campo elettrico di una carica puntiforme. Linee di forza. Flusso di un vettore. Teorema di Gauss. Applicazioni del teorema di Gauss. Conduttori carichi. 2. Energia e potenziale: Differenza di energia potenziale. Differenza di potenziale. Linee di forza e superfici equipotenziali. Circuitazione del campo elettrico. Moto di cariche in campo uniforme ed esperimento di Millikan Capacità. Condensatori piani. Densità di energia del campo elettrico. Collegamento in serie e parallelo di condensatori. 1. Enunciare ed interpretare la legge di Coulomb, confrontarla con la legge di gravitazione universale. 2. Definire il campo elettrico; conoscere e ricavare le espressioni per campi generati da sorgenti puntiformi. 3. Definire il flusso attraverso una superficie. Enunciare, dimostrare ed applicare il teorema di Gauss. 4. Ricavare il campo elettrico generato da alcune distribuzioni di carica particolari. 5. Descrivere il comportamento di un conduttore immerso in un campo elettrico. 6. Conoscere e ricavare l energia potenziale elettrostatica e l energia potenziale gravitazionale. Definire il potenziale elettrico. Conoscere le proprietà delle superfici equipotenziali e delle linee di forza. 7. Definire la capacità di un condensatore. 8. Definire e ricavare la densità di energia elettrostatica. 9. Risolvere problemi ed esercizi applicando la legge di Coulomb, le equazioni dei campi elettrici generati da diversi tipi di distribuzione di carica, la relazione fra campo elettrico e potenziale, il teorema di Gauss, le leggi dei condensatori piani. Esperienze da cattedra su carica elettrica e forze. Tempi: maggio Verona, 27/09/06 Il docente (prof. Paolo Gini) Pagina 9

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