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Mappa concettuale di fisica

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by

Hamrouni Ali

on 16 September 2013

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Transcript of Mappa concettuale di fisica

Mappa concettuale di fisica
Anticipo che a differenza della mappa di matematica sarò breve e coinciso.
Scopo della fisica è lo studio dei fenomeni naturali, ossia di tutti quei fenomeni che possono essere descritti attraverso grandezze fisiche opportune, per stabilire principi e leggi che regolano i rapporti tra le grandezze. Ciò si può raggiungere per mezzo dell'applicazione di un metodo rigoroso detto metodo scientifico.
La meccanica
Essa studia il movimento degli oggetti e si divide in statica (equilibrio), cinematica ( descrizione dei moti indipendenti dallle forze) e dinamica (relazione moto e sue cause).
Principi di conservazione

La gravitazione universale
Sin dai tempi dei Greci, o forse ancor prima, gli uomini cercarono di dare risposta sulla struttura dell'universo. Il primo che sembrò spiccare tra tutti gli "studiosi", fu Copernico e le sue ipotesi erano 3:
la terra ruota da Ovest verso Est attorno al proprio asse in 24 ore;
la terra non è il centro dell'universo, bensì il sole, e compie una rivoluzione attorno quest'ultimo in un anno;
i pianeti ruotano attorno al sole che è dunque il centro dell'universo.
Il contributo finale fu dato da Keplero con le sue tre leggi:
Le orbite dei pianeti sono ellissi e la posizione del sole coincide con uno dei due fuochi;
il raggio vettore (che congiunge un pianeta al sole ) descrive durante l'orbita aree uguali in tempi uguali;
il rapporto tra il quadrato del periodo di rivoluzione T e il cubo del semiasse maggiore a dell'orbita è costante con K= 2,96*10^-19 s^2/m^3

Termodinamica
Glossario
Punto materiale: modello semplificativo che permette di studiare il moto di un oggetto;
Legge oraria: è la relazione che permette di associare a ogni valore del tempo t il corrispondente valore della posizione s;
Traiettoria: è la linea che individua la successione delle posizioni assunte dal corpo al variare del tempo rispetto un sistema di riferimentoo;
velocità media: è il rapporto tra la distanza percorsa e l'intervello di tempo in cui avviene lo spostamento;
Velocità istantanea: è il limite del rapporto tra la distanza percorsa e l'intervallo di tempo t tendente a zero;
Accelerazione media: è il rapporto tra la variazione di velocità e l'intervallo di tempo in cui avviene la variazione;
Accelerazione istantanea: è il limite del rapporto tra la variazione di velocità e l'intervallo di tempo t tendente a zero.

I moti rettilinei
Moto rettilineo uniforme
Un punto materiale si muove di moto rettilineo uniforme quando percorre una traiettoria rettilinea con velocità costante.
Legge oraria: s=vt + So
la velocità corrisponde al coefficiente angolare che si riflette nella pendenza della retta
Moto uniformemente accelerato
Un corpo si muove di moto uniformemente accelerato se è caratterizzato da accelerazione costante, dunque acc. media = acc. istantanea.
Legge delle velocità: v= at + Vo
Legge oraria: 1/2 at^2 + Vo t
I moti non rettilinei
Moto circolare uniforme
Un moto è circolare se la traiettoria è una cirocnferenza e uniforme se il modulo del vettore velocità è costante.
Il periodo T è l'intervallo di tempo impiegato dal punto materiale per percorrere la circonferenza;
La frequenza f indica il numero di giri compiuti dal punto nell'unità di tempo.

Vettore velocità tangenziale
Modulo: 2 r/T;
direzione: tangente alla traiettoria;
verso: lo stesso del moto
Accelerazione centripeta
Modulo: v^2/r;
direzione: raggio della circonferenza;
verso: il diametro della circonferenza
Velocità angolare
è il rapporto tra l'angolo descritto dal raggio e il tempo impiegato a descriverlo.

Il moto parabolico
Un corpo si muove di moto parabolico se la traiettoria assunta dal corpo è costituita da una parobola.
Il moto parabolico deve essere studiato unendo il moto rettilineo uniforme sull'asse x e quello uniformemente accelerato sull'asse y.
Moto rettilineo uniforme asse x
Legge delle velocità: Vx=Vox;
Legge oraria: x= Vox t + Vox
Moto rettilineo uniformemente accelerato
Legge delle velocità: Vy= Voy -g t;
Legge oraria: y= -1/2g t^2 + Voy t
Hmax= Voy^2/2g;
Gittata= 2(Vox Voy/g)
I principi della dinamica e la forza d'attrito
I principio
: Ogni corpo non soggetto a forze persevera nel suo stato di quiete o di moto rettilineo uniforme ( anche Ftot=0);
II principio
: il rapporto tra la forza applicata e l'accelerazione è costante e tale costante si chiama massa inerziale m=f/a;
III principio
: a ogni azione corrisponde una reazione uguale in modulo e direzione , ma di verso opposto.
Ricorda: la massa è una grandezza scalare, ovvero una caratteristica invariante che non necessita di direzione e verso per essere determinata; la forza, grandezza vettoriale, necessita anche di direzione e verso ed è variabile.
La forza di attrito è quella di forza che si manifesta ogni volta che due materiali solidi sono a contatto tra loro e che si oppone al moto. Si distingue in attrito statico e dinamico, ottenendo Ks>Kd.
Fa= Ks/d * Fp
Il lavoro
Il lavoro è una grandezza scalare dato dal prodotto tra la forza e lo spostamento parallelo. Si parla di lavoro motore se l'angolo formato dalla forza e dallo spostsamento è acuto, nullo se è di 90°, Resistente se l'angolo è ottuso.
La forza elastica
si può dimostrare che è possibile rappresentare il lavoro anche nel caso in cui la forza è variabile. Un esempio ne è dato dalla molla.
Il lavoro della forza elastica nel caso di compressione s della molla dalla posizione di equilibrio è: Lfel= -1/2k(s^2) con k costante elastica.
Nel caso generale: Lfel=1/2k(Sa^2)-1/2k(Sb^2)
Energia cinetica, energia potenziale e lavoro
Partiamo dalle definizioni di ciascuna.
L'energia cinetica di un corpo di massa m e velocità v e data da: Ec=1/2m (v^2);
il lavoro totale compiuto dalle forze agenti su un corpo è uguale alla sua variazione di energia cinetica;
Se una forza è conservativa, esiste una grandezza U, chiamata energia potenziale, tale che il lavoro compiuto dalla forza quando il suo punto di applicazione si sposta da A a B e dato da: Lab= Ua-Ub;
L'energia potenziale gravitazionale di un corpo di massa m posizionato in un punto posto ad una altezza h rispetto a un livello di riferimento è data dal lavoro che la forza peso compie per spostare il corpo da tale punto al livello di riferimento: U=m g h;
L'energia potenziale elastica Uel di una molla è data dal lavoro che la forza elastica compie per riportare la molla nella posizione di equilibrio: Uel=1/2k(s^2)
Ricorda una forza è conservativa se il lavoro che compie non dipende dal percorso seguito ma solo dalla posizione iniziale e finale.
REGOLA PIU' IMPORTANTE:
l'energia totale di un sistema isolato si CONSERVA
L=- U= Ec
Conservazione della quantità di moto
L'impulso
L'impulso I (vettoriale) di una forza è definito come I=F t; I= q
Gli Urti
Un urto è un'interazione tra corpi durante la quale si hanno tra loro scambi di quantità di moto e d'energia. Vale sempre la legge di conservazione della quantità di moto.
Ne esistono di tre tipi:
Elastici- se l'energia cinetica si conserva;
anelastici- se l' Ec totale non si conserva;
totalmente anelastici- se dopo l'urto i due corpi incastrati si muovono alla stessa velocità.
Ricorda Il centro di massa è un punto i cui ipotizziamo concentrata tutta la massa del sistema.
La quantità di moto di un corpo è il prodotto : q= mv (grandezza vettoriale).
La forza totale che agisce su un corpo è data dal rapporto tra la variazione della quantità di moto e l'intervallo di tempo in cui essa avviene: F= q/ t.
Se un sistema è isolato allora la sua quantità di moto totale si conserva.
La legge di gravitazione universale
Se i pianeti non fossero soggetti a forze, per il principio di inerzia, continuerebbero a muoversi in linea retta; quindi deve necessariamente agire una forza da costringere i pianeti a ruotare attorno al sole. Newton formulò la prima legge:
Due masse puntiformi M1 ed M2 poste a distanza r tra loro si attraggono con una forza F diretta lungo la congiungente, il cui modulo è: F=G (M1*M2/r^2)
G è detta costante di gravitazione universale e vale:
Ricorda c'è una relazione di diretta proporzionalità tra modulo delle forze e prodotto delle masse; mentre la forza è inversamente proporzionale al quadrato della distanza
Gravità e satelliti
Il peso P di un corpo di massa m è semplicemente la forza di attrazione gravitazionale F che la terra esercita su di esso. Si ha dunque:
g=G Mt/(r^2)
Ogni volta che un corpo non si mantiene in moto rettilineo, affinchè la traiettoria risulti una circonferenza deve agire una forza centripeta che incurva la traiettoria. Quindi Fcentripeta=Fgravitazionale;
v= (G*Mt/r)
Ricorda la velocità di un satellite non dipende dalla massa propria, ma da quella terrestre e raggio r dell'orbita. Se la disttanza aumenta la velocità diminuisce.
Il campo gravitazionale
Il campo è l'insieme dei valori che una grandezza scalare o vettoriale assume in una determinata regione di spazio.
Il vettore campo gravitazionale si calcola: g=F/m. La sua unità di misura è il N/kg

L'energia potenziale di un corpo di massa m posizionato in un punto a una distanza r dal centro della terra è data da:
U=-G(Mt*m/r);
essa in un punto A è il lavoro (negativo) che compie la forza gravitazionale quando il corpo di massa m si sposta dal punto A sino all'infinito, dove l'energia potenziale è nulla.
Aumenta man mano che il corpo m si allontana. Viceversa quando ci avviciniamo.
Vale sempre il principio della conservazione dell'energia meccanica.
L'energia potenziale gravitazionale
Temperatura assoluta e mole
Nonostante l'unità di misura più utilizzato sia il Celsius, Il SI (Sistema Internazionale) ha scelto il Kelvin definto anche zero assoluto (T=0 K). Esiste Però una relazione che permette di legare le due unità di misura: T(K)=t(°C) + 273,15. La temperatura di -273,15 costituisce un limite fisico, la temperatura più bassa (andando oltre la pressione sarebbe nulla).
La temperatura è misurata con il termometro.
La mole è la quantità di una qualunque sostanza che contiene 6,02*10^23 (numero di Avogadro) entità elementari, numero che equivale agli atomi presenti in 12g dell'isotopo C^12.
n=N/Na; moli= n.particelle/n. Avogadro.
I gas perfetti
Per descrivere un gas si utilizzano delle grandezze chiamate coordinate termodinamiche. Esse ci forniscono informazioni sullo stato interno del sistema, per descriverne il comportamento. Stiamo parlando della temperatura, la pressione e il volume.
Con gas perfetto si intende un modello che segue determinate leggi e al quale un gas reale si avvicina quando:
la densità è molto bassa;
la temperatura è lontana da quella di liquefazione.
A secondo di quale coordinata termodinamica si mantiene costante, possiamo parlare di tre leggi e tre trasformazioni corrispondenti:
Legge di Boyle-Mariotte = trasformazione isoterma (t=k)
In una trasformazione isoterma pressione e volume sono grandezze inversamente proporzionali:
p*v=k
Prima legge di Gay-lussac = trasformazione isobara (p=k)
Volume e temperatura sono legati dalla formula:
Vt=Vo (1 + a t) con a=1/273,15 °C^-1
Seconda legge di Gay-Lussac = Trasformazione isocora (v=k)
Pressione e temperatura sono legate dalla formula:
Pt=Po (1+ a t)
La trasformazione adiabatica
Esiste una quarta trasformazione detta adiabatica in cui il sistema con scambia calore con l'ambiente esterno.
La legge è:
La teoria cinetica dei gas ideali
Mentre prima abbiamo analizzato il gas dal punto di vista macroscopico, d'ora in poi verrà studiato da quello microscopico. Per analizzarlo devono essere considerate le seguenti premesse:
le particelle, sempre in numero molto elevato, vengono assimilate a sfere perfette e rigide, identiche e distribuite uniformemente nello spazio;
le dimensioni delle sfere sono molto piccole, ed è possibile trascurare gli urti tra le varie particelle, tenendo conto degli urti di ciascuna con le pareti del contenitore e il loro moto di rotazione;
si trascurano le forze intermolecolari: le particelle si muovono di moto rettilineo uniforme e tutte le direzioni sono equiprobabili;
gli urti contro le pareti perfettamente lisce sono esclusivamente elastici;
sono possibili tutti i valori di velocità da zero fino alla velocità della luce.
Formule e leggi dei gas ideali
Pressione del gas ideale: p=2/3(N/V)(Ec);
Temperatura assoluta: 2/3Kb(Ec);
Energia cinetica media (solo una particella: Ec=3/2Kb*T;
Energia cinetica media totale: 3/2N*Kb*T o 3/2n*R*T;
Velocità quadratica media: Vqm= (3KbT/m).
Eccovi presentato il programma di 3'a, e questa volta ho cercato di essere breve, ma convincente. Questo è tutto.
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