PROGRAMMA SVOLTO DI FISICA - 2As - a.s. 2013-2014 - prof. Luca Moroni Ripasso Grandezze fisiche del S.I. Differenza tra massa e peso. La forza gravitazionale e la forza peso. Unità di misura dell'accelerazione di gravità (9,8 N/kg=9,8 m/s2) Somma e differenza di vettori. La variazione di una grandezza. Costruzione del vettore ∆v (variazione della velocità). Componenti di un vettore. Uso di seno e coseno (piano inclinato). Scomposizione di un vettore nel piano cartesiano e somma di vettori tramite la somma delle componenti. Introduzione alle forze (effetti delle forze). Le forze fondamentali. La forza gravitazionale e la legge di gravitazione. Derivazione di g sulla terra dalla legge di gravitazione universale. La forza elastica e la forza di attrito. L'equilibrio. L'equilibrio sul piano inclinato. Le reazioni vincolari. Momento di una forza. Le condizioni generali per l'equilibrio di un corpo. Momento e coppia. Applicazione: l'equilibrio di un disco su cui agiscono 4 forze. Equilibrio rispetto alla rotazione e alla traslazione. L'equilibrio dei fluidi. La pressione e la legge di Stevino. Il principio di Pascal. Il sollevatore idraulico. La botte di Pascal. La pressione atmosferica. L'esperienza di Torricelli. Dimostrazione e calcolo della pressione atmosferica. Andamento della densità e della pressione con la quota. Non validità della legge di Stevino (la densità non è costante). Le diverse unità di misura della pressione bar, mbar, hPa, atm. Dimostrazione della formula della spinta di Archimede. Corpi che galleggiano e corpi che affondano. Calcolo della linea di galleggiamento. Cinematica Cosa studia la cinematica. Definizioni di movimento e di traiettoria. Definizione di variazione di una grandezza. Definizione di velocità media. Conversione della velocità da m/s a km/h e viceversa. La velocità istantanea come valore della velocità media per ∆t → 0 . Definizione di moto rettilineo uniforme (MRU). La legge oraria del MRU. Rappresentazione grafica del MRU. Il grafico spazio tempo nel MRU: esame e interpretazione dei possibili andamenti. Definizione di pendenza di una retta. Il grafico s-t (in generale) e la sua interpretazione. La velocità istantanea come pendenza della retta tangente alla curva del grafico s-t. Definizione di accelerazione. L'accelerazione di gravità e la caduta di un corpo. Calcolo della velocità finale nota l'altezza di caduta. Il grafico v-t e il moto rettilineo uniformemente accelerato (MRUA). Analogia tra il grafico v-t del MRUA e il grafico s-t del MRU. La legge della velocità e la legge oraria nel MRUA (caso con v0=0) 3 possibili giustificazioni della formula s = 1 2 a t 2 . La legge oraria nel caso di v0≠0: dimostrazione con l'area del trapezio. Costruzione del grafico s-t del MRUA. Caratteristiche e definizione del moto circolare uniforme (MCU). La velocità è costante in modulo ma cambia la sua direzione e verso. Il periodo e la frequenza. Formula della velocità con la frequenza. L'accelerazione centripeta. Costruzione del vettore ∆v . Verso e direzione dell'accelerazione centripeta. Dimostrazione della formula a = v 2 r . Definizione di velocità angolare (ω). L'angolo in radianti. Conversione tra gradi e radianti e viceversa. Relazione tra velocità e velocità angolare. La velocità angolare e l'accelerazione centripeta. La forza centripeta e la forza centrifuga. Definizione di moto armonico. Periodo e frequenza nel moto armonico. La pulsazione. La legge oraria. Il grafico s-t e il grafico v-t. Dimostrazione di a = −ω s 2 . Cenno alla relazione con la forza elastica e alla formula k m = ω 2 . Il moto armonico di una molla. Laboratorio: verifica della formula sul periodo di oscillazione ( T = 2π m k ) . Il moto parabolico con velocità orizzontale. Calcolo del punto di atterraggio. Esercizio sullo stuntman e calcolo della velocità minima necessaria a raggiungere un certo punto di atterraggio. Equazione della traiettoria. Il moto parabolico nel caso di velocità iniziale obliqua: scelta del sistema di riferimento e impostazione delle equazioni del moto per le componenti orizzontale e verticale. Equazione della traiettoria. Calcolo della gittata. Dimostrazione (geometrica) del fatto che la gittata massima si ottiene con un angolo di 45°. Come ricavare la formula per determinare la massima altezza in un moto parabolico. Problemi sul moto parabolico: il calcio di punizione con barriera; il salto dello stuntman con rampa inclinata di 30°. Dinamica Cosa studia la dinamica. Il primo principio della dinamica. Giustificazione di Galileo del primo principio. L'inerzia. I sistemi di riferimento inerziali (SRI) e non inerziali. Riformulazione del primo principio della dinamica come principio che stabilisce l’esistenza dei SRI. Il secondo principio della dinamica e il suo significato. La massa inerziale. Relazione tra massa e accelerazione a parità di forza. Problema del carrello di massa m1 su cui agisce la forza peso di una seconda massa m2 ( a = g m2 ( m1 + m2 ) . Relazione tra il primo e il secondo principio. Il secondo principio non vale per sistemi non inerziali (esempi). Il terzo principio della dinamica. Derivazione: cosa potrebbe accadere se il principio non valesse. Esempi. Analisi delle forze nel caso di un bambino che traina una slitta. Analisi delle condizioni di equilibrio di un libro appoggiato obliquamente contro una parete. Applicazioni dei principi della dinamica nello studio del moto dei corpi La caduta in un fluido: F = h v 2 . Giustificazione del raggiungimento di una velocità limite. Calcolo della velocità limite per la caduta di un corpo in un fluido. Il moto lungo un piano inclinato: formula e cenni storici su come Galileo studiò la caduta dei gravi e derivò la legge oraria del MRUA. Forza elastica e moto oscillatorio. Forza peso e moto del pendolo. Oscillazioni smorzate. Riepilogo su quali forze causano i diversi tipi di moto: MRU, MRUA, Moto parabolico, Moto armonico e MCU. La forza centripeta. Esempi: lancio del martello, moto orbitale, auto in curva. Analisi fisica della giostra girevole con seggiolini appesi. Testo in adozione: Giuseppe Ruffo: Fisica: lezioni e problemi – Zanichelli 02/06/2014 Prof. Luca Moroni I rappresentanti degli studenti _____________________ ____________________________________ ____________________________________