OLIMPIADI DELLA FISICA

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1 INCONTRI DI PREPARAZIONE ALLE OLIMPIADI DELLA FISICA UN OPPORTUNITÀ DA COGLIERE PER TUTTI GLI STUDENTI DEL TRIENNIO

2 L A.I.F. (Associazione per l Insegnamento della Fisica) organizza per l Italia le Olimpiadi della Fisica, una serie di prove di Fisica per gli studenti del triennio di scuola superiore. Il Liceo Fermi partecipa da anni all iniziativa organizzando la prova locale, quest anno prevista per il giorno I primi 5 classificati passano alle selezioni di zona a cui segue la fase nazionale, i primi classificati formeranno la squadra nazionale per le Olimpiadi Internazionali della Fisica. Spesso gli studenti rinunciano a partecipare alla prova locale temendo di fare brutta figura. Invece la partecipazione costituisce un opportunità per mettersi alla prova in una gara in cui oltre alla preparazione specifica conta la capacità di ragionamento. Per fornire un supporto concreto quest anno si terranno 4 incontri pensati per presentare le Olimpiadi della Fisica, le sue regole e modalità di svolgimento, ma soprattutto presentare le prove e con esse alcuni argomenti parte integrante della preparazione del triennio di Fisica. Gli incontri, rivolti prevalentemente agli studenti di terza e quarta, si terranno presso il Liceo Fermi nelle seguenti date, con il programma indicativo riportato a fianco:

3 Che cosa sono Le Olimpiadi Italiane della Fisica e i Giochi di Anacleto sono competizioni a carattere individuale, riservate agli studenti delle Scuole Secondarie Superiori italiane, e connesse con le Olimpiadi Internazionali della Fisica. Chi partecipa Tutti gli studenti interessati allo studio della fisica: quelli che vogliono capire meglio che cos'è; quelli che vogliono avere una scusa per saperne di più; quelli che vogliono trovarsi con altri che vogliono le stesse cose. Come ci si iscrive Tutte le scuole secondarie superiori possono aderire alla manifestazione inviando una richiesta alla Segreteria delle Olimpiadi di Fisica. I dettagli su come iscriversi si trovano nella sezione Per iscriversi. L'iscrizione degli studenti avviene attraverso la scuola, è libera, e non c'entra con i risultati scolastici!

4 Come funziona Per gli studenti di "triennio" in tutte le scuole si tiene una Gara di Primo Livello in cui si chiede di rispondere a delle domande, naturalmente di fisica. Chi più ne sa ha maggiore probabilità di inserirsi fra i cinque vincitori della sua scuola. Questi potranno prendere parte alla Gara di Secondo Livello nella sede più vicina alla sua scuola e gareggiare con le squadre di tutte le scuole del territorio che aderiscono alle OLI-Fis. La gara si fa a colpi di soluzioni a problemi di fisica. In tutta Italia ci sono 40 sedi delle Gare Locali ed in molte di esse si organizzano corsi di preparazione alla gara e speciali premiazioni per i vincitori "territoriali". I 100 super che primeggiano nella classifica generale (i 35 vincitori delle sedi locali, i 15 studenti di terza e di quarta meglio classificati ed i rimanenti migliori fino ad completare il numero 100) partecipano alla Gara Nazionale di Fisica che tradizionalmente si tiene a Senigallia: qui si decidono i dieci vincitori delle OLI-Fis di quell'anno, ma devono vedersela con problemi a "rompicapo" e con prove sperimentali per abilissimi e astuziosi. Ma non finisce tutto qui, ci sono anche le...

5 IPhO International Physics Olympiads Alle IPhO aderisce il Ministero dell'istruzione, dell'universtà e della Ricerca. Fra i dieci vincitori delle nostre OLI-Fis verranno selezionati cinque per costituire la squadra rappresentativa italiana che prende parte alla gara internazionale. Per far questo i "dieci" potranno prendere parte gratuitamente ad un seminario della durata di cinque giorni organizzato a Trieste presso il Dipartimento di Fisica dell'università e la Scuola Internazionale Superiore di Studi Avanzati. Al seminario partecipano anche gli studenti che non sono risultati vincitori della Gara nazionale, ma si sono classificati tra l'11-esimo ed il 20-esimo posto e che sono stati vincitori della Gara Nazionale l'anno precedente. Anche essi concorrono per la formazione della squadra italiana alle IPhO. Al seminario infine sono invitati anche i cinque migliori studenti di classe terza e quarta che non sono risultati vincitori alla Gara Nazionale. Questi non concorrono però per la formazione della squadra italiana alle IPhO.

6 E per migliorare la propria preparazione in Fisica c'è il Campeggio Estivo di Fisica L'ultima settimana di agosto viene organizzato un Campeggio Estivo di Fisica al quale sono invitati gli studenti di terza e di quarta che hanno ottenuto lusinghieri risultati alla Gara Nazionale di Fisica e nella altre Gare di Fisica organizzate nell'ambito del Progetto Olimpiadi dell'aif. La scuola propone attività serie ed amene nel campo della fisica e dintorni con lo scopo di offrire ai giovani interessati a questa disciplina di studio un incontro con i docenti meno formale di quello scolastico e momenti di attività e riflessione comune, con conferenze, attività di problem solving, esperimenti, osservazioni e giochi. E per chi sta facendo i primi passi nella fisica Gli studenti che non si arrischiano ancora ad iscriversi alle Olimpiadi di Fisica possono prendere parte ai Giochi di Anacleto all'interno della propria scuola. Ci sono due fasi: quella delle "Domande e Risposte" dove conta sapere di più e rispondere abbastanza rapidamente, e quella del "In Laboratorio" dove è necessario anche lavorare abilmente con le mani, prendere misure e saperle interpretare, facendo degli esperimenti.

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8 Prima della cura

9 Durante la cura

10 COSA SONO??? Durante la cura SPARAPATATA!!! PATATE!!!

11 Durante la cura

12 Alla fine della cura

13 Calendario incontri Corso avviamento alle Olimpiadi della Fisica Gli incontri si svolgeranno dalle alle ai laboratori di Fisica in aula Morroi (P310) Martedì 15 novembre 2011 Presentazione Olimpiadi della Fisica: cosa sono, come si svolgono, che tipo quesiti si incontrano e su quali argomenti, come vengono valutati Mercoledì 23 novembre 2011 Approfondimento Meccanica Mercoledì 30 novembre 2011 Approfondimento Termodinamica e Onde Lunedì 5 dicembre 2011 Simulazione ed autovalutazione

14 TABELLA COSTANTI

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16 Le seguenti pubblicazioni contengono materiale utile per la preparazione alle Olimpiadi di Fisica: LE OLIMPIADI DELLA FISICA Problemi dalle gare italiane e internazionali G. Cavaggioni, D.L. Censi, F. Minosso, P. Nesti, U. Penco Zanichelli Editore Proceedings of the International Physics Olympiad G. Cavaggioni A.I.F. Speciale Olimpiadi La Fisica nella Scuola Anno LIII n.1 Supplemento speciale, gennaio-marzo 2010 A.I.F. Speciale Olimpiadi La Fisica nella Scuola Anno I n.4 Supplemento speciale, ottobre-dicembre 2006 A.I.F. Speciale Olimpiadi La Fisica nella Scuola Anno VIII n.4 Supplemento, ottobre-dicembre 2005 A.I.F. Speciale Olimpiadi La Fisica nella Scuola Anno VI n.3 Supplemento, luglio-settembre 2003 A.I.F. Speciale Olimpiadi La Fisica nella Scuola Anno n.4 Supplemento, ottobre-dicembre 1997 A.I.F. Speciale Olimpiadi 1993 La Fisica nella Scuola Anno VIII n.3 Supplemento, luglio-settembre 1995 A.I.F. Speciale Olimpiadi 1992 La Fisica nella Scuola Anno VII n.2 Supplemento, aprile-giugno 1994 A.I.F. Speciale Olimpiadi 1991 La Fisica nella Scuola Anno V n.3 Supplemento, luglio-settembre 1992 A.I.F. Speciale Olimpiadi 1990 La Fisica nella Scuola Anno IV n.2 Supplemento, aprile-giugno 1991 A.I.F. Speciale Olimpiadi 1989 La Fisica nella Scuola Anno III n.1 Supplemento, gennaio-marzo 1990 A.I.F. Speciale Olimpiadi 1988 La Fisica nella Scuola Anno I n.4 Supplemento, ottobre-dicembre 1988 A.I.F.

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18 Calendario delle Olimpiadi Italiane di Fisica novembre 2011 Termine di iscrizione alle gare 12 dicembre 2011 Gare di Istituto 10 febbraio 2012 Gare Locali aprile 2012 Gara Nazionale - Senigallia luglio 2012 LIII IPhO - Tallin (Estonia)

19 Sillabo delle Olimpiadi Internazionali di Fisica (Nella forma approvata a Groningen (NL) nel luglio 1990) Parte generale a) Tutti i problemi dovrebbero poter essere risolti usando solo occasionalmente il calcolo differenziale (derivazione ed integrazione) e senza far ricorso ai numeri complessi o alla soluzione di equazioni differenziali. b) I problemi possono riferirsi a concetti e fenomeni non previsti nel Sillabo che però dovranno essere descritti nel testo del quesito in maniera tale che non siano svantaggiati i concorrenti che non conoscano già tali argomenti. c) Nei problemi sperimentali non deve essere determinante l'uso di dispositivi complicati, probabilmente non noti ai concorrenti. Se si usano tali dispositivi, si dovranno fornire ai concorrenti accurate istruzioni. d) I concorrenti dovrebbero conoscere i temi trattati nei problemi proposti nelle passate Olimpiadi Internazionali di Fisica. Parte teorica (Approvata a Portorose (YU) nel giugno 1985) La prima colonna riporta gli argomenti che, ove necessario, sono commentati nella seconda colonna.

20 Parte teorica (Approvata a Portorose (YU) nel giugno 1985) La prima colonna riporta gli argomenti che, ove necessario, sono commentati nella seconda colonna. 1. Meccanica a) Fondamenti della cinematica del punto materiale. Espressione vettoriale della posizione, velocità ed accelerazione di un punto materiale. b) Leggi di Newton, sistemi inerziali. Possono venire proposti problemi con masse variabili. c) Sistemi chiusi ed aperti, quantità di moto ed energia, lavoro e potenza. d) Conservazione dell'energia, conservazione della quantità di moto, impulso. e) Forze elastiche, forze d'attrito, legge di gravitazione, energia potenziale e lavoro in un campo gravitazionale. Legge di Hooke; coefficiente d'attrito (F = k N); attrito statico e dinamico; scelta dello zero dell'energia potenziale. f) Accelerazione centripeta e leggi di Keplero.

21 2. Meccanica dei corpi rigidi e dei fluidi a) Statica, centro di massa e momento delle forze. b) Moto dei corpi rigidi, traslazione e rotazione, accelerazione angolare, conservazione del momento angolare. c) Forze esterne ed interne, equazione del moto di un corpo rigido attorno ad un asse fisso, momento d'inerzia, energia cinetica di un corpo in rotazione. d) Sistemi di riferimento accelerati, forze inerziali. Coppie, condizioni di equilibrio dei corpi. Conservazione del momento angolare solamente nella rotazione attorno ad un asse fisso. Teorema di Steiner; additività dei momenti d'inerzia. Non è richiesta la conoscenza dell'espressione della forza di Coriolis.

22 3. Idrodinamica Non si porranno domande specifiche su questo argomento ma gli studenti dovrebbero possedere nozioni elementari sulla pressione, il galleggiamento e l'equazione di continuità. 4. Termodinamica e fisica molecolare a) Energia interna, lavoro e calore, primo e secondo principio della termodinamica. b) Modello di gas perfetto, pressione ed energia cinetica molecolare. Numero di Avogadro, equazione di stato dei gas perfetti, temperatura assoluta. c) Lavoro di espansione di un gas limitatamente alle trasformazioni isoterme ed adiabatiche. d) Ciclo di Carnot, rendimento termodinamico, processi reversibili (approccio statistico), fattore di Boltzmann. Equilibrio termico. Variabili di stato e variabili di processo. Approccio molecolare a semplici fenomeni come l'ebollizione, la fusione e simili. Non è richiesta la dimostrazione delle equazioni delle trasformazioni adiabatiche. Entropia come funzione di stato, variazioni di entropia e reversibilità, processi quasi-statici.

23 5. Oscillazioni ed onde a) Oscillazioni armoniche e loro equazioni. Soluzione dell'equazione del moto armonico; smorzamento e risonanza in forma qualitativa. b) Onde armoniche, propagazione; onde longitudinali e trasversali, polarizzazione lineare, effetto Doppler classico, onde sonore. c) Sovrapposizione di segnali armonici, onde coerenti, interferenza, battimenti, onde stazionarie. Spostamento in un'onda che si propaga, comprensione della rappresentazione grafica della onda, misure delle velocità del suono e della luce. Effetto Doppler, solamente in una dimensione. Propagazione delle onde in mezzi omogenei ed isotropi; riflessione e rifrazione. Principio di Fermat. Proporzionalità dell'intensità di un'onda al quadrato della sua ampiezza. Non è richiesta l'analisi di Fourier, ma i concorrenti dovrebbero sapere che un'onda complessa può essere espressa dalla somma di onde sinusoidali di diversa frequenza. Interferenza dovuta a pellicole sottili o ad altri sistemi semplici; sovrapposizione di onde emesse da sorgenti secondarie (diffrazione).

24 6. Carica elettrica e campo elettrico a) Conservazione della carica, legge di Coulomb. b) Campo elettrico, potenziale, teorema di Gauss. c) Condensatori, capacità, costante dielettrica, densità di energia di un campo elettrico. L'applicazione del teorema di Gauss è limitata a semplici sistemi dotati di simmetria, come sfere, cilindri, piani ecc. Momento di dipolo elettrico.

25 7. Corrente e campo magnetico a) Corrente, resistenza, resistenza interna di un generatore, legge di Ohm, leggi di Kirchhoff, lavoro e potenza di correnti continue ed alternate, legge di Joule. b) Induzione magnetica di un campo generato da una corrente, correnti in campo magnetico, forza di Lorentz. Semplici circuiti a componenti non ohmici con caratteristiche tensione-corrente note. Particelle cariche in un campo magnetico: semplici applicazioni, come il ciclotrone; momento di dipolo magnetico. c) Legge di Ampère. Campo magnetico di semplici sistemi simmetrici come fili rettilinei, spire circolari e solenoidi infiniti. d) Legge dell'induzione elettromagnetica, flusso magnetico, legge di Lenz, autoinduzione, induttanza, permeabilità, densità di energia di un campo magnetico. e) Corrente alternata, resistori, induttori e condensatori in circuiti a corrente alternata; tensione e corrente, collegamenti in serie e parallelo, risonanza. Semplici circuiti a c.a. Costanti di tempo. Non si richiedono le formule relative ai parametri di circuiti reali in condizioni di risonanza.

26 8. Onde elettromagnetiche a) Circuiti oscillanti, frequenza della oscillazione, generazione per risonanza e per retroazione. b) Ottica ondulatoria, diffrazione da una e due fenditure, reticolo di diffrazione, potere risolutivo di un reticolo, riflessione di Bragg. c) Dispersione e spettri di diffrazione, spettri a righe dei gas. d) Onde elettromagnetiche come onde trasversali, polarizzazione per riflessione e polarizzatori. Sovrapposizione di onde polarizzate. e) Potere risolutivo di sistemi ottici. f) Corpo nero, legge di Stefan-Boltzmann. E richiesta la formula di Planck.

27 9. Fisica dei quanti a) Effetto fotoelettrico, energia e impulso del fotone. b) Lunghezza d'onda di De Broglie, principio di indeterminazione. E richiesta la formula di Einstein. a) Principio di relatività, composizione delle velocità, effetto Doppler relativistico. b) Equazioni relativistiche del moto, momento, energia, relazione tra massa ed energia, conservazione dell'energia e del momento. 10. Relatività a) Semplici applicazioni dell'equazione di Bragg. b) Livelli energetici degli atomi e delle molecole (qualitativamente), emissione, assorbimento, spettro di atomi idrogenoidi. c) Livelli di energia dei nuclei (qualitativamente), decadimento alfa, beta e gamma, assorbimento di radiazione, vita media e decadimento esponenziale, componenti dei nuclei, difetto di massa, reazioni nucleari. 11. Struttura della materia

28 Parte pratica (Approvata a Londra-Harrow (GB) nel luglio 1986) La parte teorica del Sillabo costituisce la base per tutti i problemi sperimentali. I problemi assegnati nella gara sperimentale dovrebbero prevedere l'esecuzione di misure. Si richiede che: 1) i concorrenti si rendano conto del fatto che l'uso degli strumenti influisce sulla misura; 2) siano note le più comuni tecniche di misura delle grandezze fisiche menzionate nella parte teorica del Sillabo; 3) siano noti semplici e comuni strumenti e dispositivi sperimentali, come calibri, termometri, semplici voltohm-ampero-metri, potenziometri, diodi, transistor, semplici sistemi ottici e così via; 4) si sappiano usare, con l'aiuto di appropriate istruzioni, alcuni strumenti più complicati, come oscilloscopi a doppia traccia, contatori, frequenzimetri, generatori di segnali e funzioni, convertitori analogico-digitali collegati ad un computer, amplificatori, integratori, differenziatori, alimentatori e strumenti universali sia analogici che digitali; 5) si sappiano identificare in maniera appropriata le cause d'errore e stimare la loro influenza sui risultati finali della misura; 6) si sappiano trattare gli errori assoluto e relativo, la precisione degli strumenti di misura, l'errore di una singola misura, l'errore di una serie di misure, l'errore di una grandezza espressa in funzione di grandezze misurate; 7) si sappia trasformare in forma lineare una relazione tra due grandezze con una scelta appropriata delle variabili ed approssimare linearmente una serie di punti sperimentali; 8) si sappia fare un uso appropriato della carta millimetrata con scale differenti (per es. polare e logaritmica); 9) si sappiano esprimere i risultati finali e gli errori, correttamente arrotondati e col numero appropriato di cifre significative; 10) si conoscano le norme di sicurezza nel lavoro di laboratorio. (Comunque, se il sistema sperimentale pone problemi di sicurezza, appropriate segnalazioni dovranno essere incluse nel testo del problema.)

29 MECCANICA MECCANICA MECCANICA MECCANICA ONDE ELETTROMAGNETISMO MECCANICA ONDE MECCANICA MECCANICA MECCANICA TERMOLOGIA

30 ONDE MECCANICA ELETTROMAGNETISMO FISICA MODERNA MECCANICA TERMOLOGIA ELETTROMAGNETISMO MECCANICA ONDE

31 TERMOLOGIA MECCANICA MECCANICA ELETTROMAGNETISMO TERMOLOGIA FISICA MODERNA ONDE MECCANICA MECCANICA MECCANICA

32 MECCANICA MECCANICA ELETTROMAGNETISMO MECCANICA ONDE FISICA MODERNA MECCANICA MECCANICA FISICA MODERNA

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