LA STORIA DELL AMALDI

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1 LA STORIA DELL AMALDI Questo libro è stato scritto nel ricordo di Ugo Amaldi ( ), illustre matematico, uomo di grande fede e magnifico didatta che nel 1904, presso la Zanichelli, pubblicò con Federigo Enriques ( ) gli Elementi di geometria, primo di una lunga serie di testi di geometria e analisi usati per più di ottant anni nelle scuole secondarie di tutta Italia. Cinquant anni dopo, Ginestra Amaldi ed Edoardo Amaldi pubblicarono, per la Zanichelli, il Corso di fisica ad uso dei licei scientifici che portava il sottotitolo rielaborato da un testo di Enrico Fermi, testo che era stato pubblicato, sempre dalla Zanichelli, nel Ginestra Amaldi ( ), astronoma, ha pubblicato diversi libri di divulgazione scientifica rivolti ai giovani. Uno di essi, Questo nostro mondo, è stato tradotto in cinque lingue. Edoardo Amaldi ( ), scienziato di fama internazionale, è stato collaboratore di Fermi nella scuola di via Panisperna. Nel dopoguerra ha ricostruito la fisica italiana. Edoardo Amaldi è stato uno dei padri fondatori del CERN (Conseil Européen pour la Recherche Nucléaire), il prestigioso centro europeo per la ricerca nucleare, e ha contribuito alla creazione dell ESA (European Space Agency), l ente spaziale europeo. Ha dedicato gli ultimi decenni della sua vita alla ricerca delle onde gravitazionali. Dagli anni Cinquanta a oggi il libro di Edoardo e Ginestra ha avuto numerose edizioni e rifacimenti completi; io ne sono il solo autore da più di vent anni. Più di due milioni di studenti hanno studiato fisica sulle pagine di questi testi. La nuova edizione presenta una fisica ricca di esempi, di esercizi e di risorse multimediali che parlano dell esperienza quotidiana, con particolare attenzione alle competenze fondamentali per vivere nel mondo di oggi. È una fisica che vuole stimolare i giovani cittadini ad acquisire una visione scientifica del mondo, attraverso le spiegazioni semplici ma rigorose che hanno contraddistinto la storia degli «Amaldi». Ugo Amaldi Ginevra, febbraio 2017 III

2 INDICE LE 10 COSE CHE DEVI SAPERE DI MATEMATICA per imparare la fisica 1 Calcolare un equivalenza 2 2 Risolvere una proporzione 4 3 Calcolare una percentuale 6 4 Leggere una formula 8 5 Leggere e disegnare un grafico 12 6 Riconoscere una proporzionalità diretta 16 7 Riconoscere una proporzionalità inversa 18 8 Riconoscere una proporzionalità quadratica 20 9 Risolvere un equazione a un incognita Fare i conti con le potenze di LE GRANDEZZE 1 2 LA MISURA FISICHE 1 Proprietà misurabili e unità di misura 30 2 La notazione scientifica 32 3 Il Sistema Internazionale di Unità 33 4 L intervallo di tempo 34 5 La lunghezza 35 6 La massa 36 7 L area 37 8 Il volume 37 9 La densità 38 La densità di un metallo 39 LA MAPPA DEI CONCETTI 41 1 Gli strumenti di misura 58 2 L incertezza delle misure 61 3 L incertezza di una misura singola 63 4 L incertezza di una misura ripetuta 64 5 L incertezza relativa 65 6 L incertezza di una misura indiretta 67 7 Le cifre significative 67 8 Le misure in un esperimento 69 LA MAPPA DEI CONCETTI 71 LE FORMULE 72 ESERCIZI 42 Un lavoro di pazienza 45 Occhio alle truffe 48 Aria di mare e aria di montagna 52 PROBLEMI GENERALI 53 TEST 55 SEI PRONTO PER LA VERIFICA? 57 ESERCIZI 72 Pronti, attenti, via! 73 Misura di una frequenza 78 Quando finirà il petrolio? 80 PROBLEMI GENERALI 84 TEST 85 SEI PRONTO PER LA VERIFICA? 87 IV

3 3 I VETTORI E LE FORZE 4 5 L EQUILIBRIO DEI SOLIDI L EQUILIBRIO DEI FLUIDI 1 Grandezze scalari e vettoriali 88 2 Le operazioni con i vettori 90 3 I vettori componenti lungo due direzioni perpendicolari 93 4 Le forze 95 5 La forza-peso 98 6 La forza elastica Le forze di attrito 102 LA MAPPA DEI CONCETTI Il punto materiale e il corpo rigido L equilibrio del punto materiale L equilibrio su un piano inclinato Gli effetti delle forze su un corpo rigido Il momento di una forza Il momento di una coppia di forze L equilibrio di un corpo rigido Le leve Il baricentro Solidi, liquidi e gas La pressione La pressione nei liquidi La pressione causata dal peso di un liquido I vasi comunicanti La spinta di Archimede Corpi che affondano o che galleggiano La pressione atmosferica 167 Il galleggiamento 170 LA MAPPA DEI CONCETTI 172 Equilibrio di una gruccia 138 LA MAPPA DEI CONCETTI 140 LE FORMULE 106 ESERCIZI 106 Indagine su un delitto 108 Giochi a molla 114 Cani da slitta 116 PROBLEMI GENERALI 117 TEST 119 SEI PRONTO PER LA VERIFICA? 121 LE FORMULE 141 ESERCIZI 141 Varo e tiro di un barca di pescatori 143 L auto in panne 146 Il manubrio asimmetrico 152 PROBLEMI GENERALI 154 TEST 155 SEI PRONTO PER LA VERIFICA? 157 LE FORMULE 173 ESERCIZI 173 Dal barbiere 175 Calcolo della profondità 176 Il dirigibile Hindenburg 179 Una zattera di fortuna 181 PROBLEMI GENERALI 184 TEST 185 SEI PRONTO PER LA VERIFICA? 187 V

4 6 LA VELOCITÀ 7 L ACCELERAZIONE 8 1 Il punto materiale in movimento I sistemi di riferimento Il moto rettilineo La velocità media Il moto rettilineo vario L accelerazione media Il grafico velocità-tempo Il moto rettilineo uniformemente accelerato 229 I MOTI NEL PIANO 1 Il vettore posizione e il vettore spostamento Il vettore velocità e il vettore accelerazione La composizione dei moti Formule inverse: quanta strada, quanto tempo Il grafico spazio-tempo Il moto rettilineo uniforme La legge oraria del moto rettilineo uniforme Grafici spazio-tempo e velocità-tempo 198 Il moto del supermagnete 202 LA MAPPA DEI CONCETTI Il moto uniformemente accelerato con velocità iniziale nulla Il moto uniformemente accelerato con partenza in velocità Il lancio verticale verso l alto Alcuni grafici spazio-tempo e velocità-tempo 239 LA MAPPA DEI CONCETTI Il moto circolare uniforme Le grandezze angolari L accelerazione centripeta Il moto armonico 268 Un vassoio girevole 271 LA MAPPA DEI CONCETTI 273 LE FORMULE 205 ESERCIZI 205 Viaggio in autostrada 207 Una corsa in bicicletta 210 Sorpasso in bici 214 Jogging per tutti 216 PROBLEMI GENERALI 219 TEST 220 SEI PRONTO PER LA VERIFICA? 223 LE FORMULE 241 ESERCIZI 241 La partenza dell autobus 244 Il tuffo dal trampolino 248 Se sale, scenderà 252 PROBLEMI GENERALI 254 TEST 255 SEI PRONTO PER LA VERIFICA? 257 LE FORMULE 274 ESERCIZI 274 La velocità di Giada 276 Vento in rotta 278 Un giro in giostra 282 PROBLEMI GENERALI 285 TEST 287 SEI PRONTO PER LA VERIFICA? 289 VI

5 I PRINCÌPI DELLA LE FORZE E IL DINAMICA 1 Il primo principio della dinamica I sistemi di riferimento inerziali Forza, accelerazione e massa Il secondo principio della dinamica Le proprietà della forza-peso Il terzo principio della dinamica 300 LA MAPPA DEI CONCETTI 302 MOVIMENTO 1 La caduta lungo un piano inclinato Il moto dei proiettili Il moto dei satelliti La forza centripeta La gravitazione universale Moti armonici: la molla e il pendolo 326 Il moto parabolico della pallina 329 LA MAPPA DEI CONCETTI 331 L ENERGIA 1 Il lavoro La potenza L energia cinetica L energia potenziale gravitazionale L energia potenziale elastica La conservazione dell energia meccanica La conservazione dell energia totale La quantità di moto L impulso di una forza e la variazione della quantità di moto La conservazione della quantità di moto Gli urti Il momento angolare La conservazione del momento angolare 362 LA MAPPA DEI CONCETTI 363 LE FORMULE 303 ESERCIZI 303 Calcolo dell accelerazione 305 Pesare di più o di meno, senza dimagrire né ingrassare! 308 Gara di pattinaggio artistico 310 PROBLEMI GENERALI 312 TEST 313 SEI PRONTO PER LA VERIFICA? 315 LE FORMULE 332 ESERCIZI 332 Un tiro a pallanuoto 333 Attenzione in curva! 336 L accelerazione di gravità su Marte 338 PROBLEMI GENERALI 340 TEST 341 SEI PRONTO PER LA VERIFICA? 343 LE FORMULE 364 ESERCIZI 364 Un mulo testone 365 Attenti al sasso 368 PROBLEMI GENERALI 374 TEST 375 SEI PRONTO PER LA VERIFICA? 376 VII

6 INDICE ANALITICO 1 La velocità A accelerazione, 224 accelerazione (vettore), 260 accelerazione centripeta, 267 accelerazione di gravità, 231 accelerazione media, 226 ampere, 34 Archimede, 165 area, 37 atmosfera, 162 attrazione gravitazionale, 323 attrito, 102 attrito statico, 102 attrito dinamico, 104 azione e reazione (principio), 300 B baricentro, 136 bilancia, 61 braccio di una forza, 131 C caduta libera, 229 calibro, 61 candela, 34 cifre significative, 67 componenti di un vettore, 92 composizione dei moti, 262 conservazione dell energia meccanica, 353 conservazione dell energia totale, 356 conservazione del momento angolare, 362 costante di gravitazione universale, 323 costante elastica della molla, 101 D densità, 38 distanza, 35, 89 E energia, 344 energia cinetica, 349 energia potenziale elastica, 352 energia potenziale gravitazionale, 351 equazione, 22 equilibrio del punto materiale, 123 equilibrio del corpo rigido, 134 equilibrio su un piano inclinato, 125 equivalenza, 2 errori casuali, 62 errori sistematici, 62 F forza, 95 forza di attrito, 102 forza di gravità, 99 forza elastica, 100 forza-peso, 98 frequenza, 263 G galleggiamento, 166 gas, 158 grafici, 12 grafici spazio-tempo, 198 grafici velocità-tempo, 200 grandezza, 30 grandezze angolari, 265 grandezze scalari, 88 grandezze vettoriali, 88 gravità, 99 gravitazione, 323 I impulso, 356 incertezza delle misure, 61 incertezza relativa, 65 incertezza relativa percentuale, 65 inerzia, 292 intervallo di tempo, 34 istante di tempo, 190 J joule, 345 K kilogrammo, 36 kilometro, 31 L lancio verticale, 236 lavoro, 344 legge di Archimede, 165 legge di Hooke, 101 legge di Pascal, 161 legge di Stevino, 162 legge fondamentale della dinamica, 297 legge oraria del moto, 195, 235 liquidi, 158 leva, 134 litro, 37 lunghezza, 35 M massa, 36 metro, 34 misura, 31 mole, 34 molla, 326 momento angolare, 360 momento di inerzia, 361 momento di una coppia di forze, 133 momento di una forza, 129 moto armonico, 268 moto circolare, 263 moto circolare uniforme, 263 moto dei proiettili, 318 moto dei satelliti, 321 moto rettilineo, 190 moto rettilineo uniforme, 195 moto rettilineo uniformemente accelerato, 229 moto vario, 224 N newton, 97 notazione scientifica, 32 O operazioni con i vettori, 90 ora, 35 ordine di grandezza, 33 P parallelogramma (metodo del), 91 Pascal, 161 pendolo, 327 periodo, 263 piano inclinato, 125 portata di uno strumento, 64 posizione (vettore), 258 potenza, 347 pressione, 159 pressione atmosferica, 168 primo principio della dinamica (principio di inerzia), 290 principio di azione e reazione, 300 proiettile, 318 proporzionalità diretta, 16 proporzionalità inversa, 18 proporzionalità quadratica, 20 punta-coda (metodo), 90 punto materiale, 122 Q quantità di moto, 355 quantità di sostanza, 33 S satelliti, 321 scalare, 88 scomposizione di un vettore, 92 secondo, 34 secondo principio della dinamica, 296 semidispersione massima, 65 sensibilità di uno strumento, 60 sistema di riferimento, 189 sistema di riferimento inerziale, 292 Sistema Internazionale di Unità, 33 solidi, 158 somma vettoriale, 90 spinta di Archimede, 165 spostamento (vettore), 89, 258 stevino, 162 strumento, 58 strumento analogico, 59 strumento digitale, 59 T tempo, 34 teorema dell impulso, 356 terzo principio della dinamica, 300 traiettoria, 188 U unità di misura, 31 urto, 358 V valore medio, 64 vasi comunicanti, 163 velocità istantanea, 224 velocità media, 191 velocità (vettore), 260 vettore, 88 vincolo, 124 volume, 37 W watt, 348 VIII