Fisica per la scuola superiore

fisica-h200.jpgAutore: Gerardo Troiano, Titolo: FISICA PER LA SCUOLA SUPERIORE: Equilibrio – meccanica – termologia – onde -elettromagnetismo – quanti – relatività. ISBN 9788896354421, Prima edizione Luglio 2013 Questo libro è rilasciato con licenza Creative Commons BY-SA Scarica liberamente il libro nei vari formati.

INDICE 1. Introduzione alla fisica 15 1.1 Introduzione alla Fisica 16 1.2 Metodo scientifico sperimentale 16 1.3 Grandezze fisiche fondamentali 17 1.4 Grandezze fisiche derivate 18 1.5 Aree e Volumi di figure geometriche note 18 1.6 Densità di massa 19 1.7 Misure 21 1.8 Strumenti di misura . 21 1.9 Errori di misura 21 1.10 C.L.I.L. PROJECT 22 1.11 Sensibilità di uno strumento 24 1.12 Precisione di uno strumento 24 1.13 Portata o fondo scala 24 1.14 Errore assoluto 24 1.15 Valore medio 24 1.16 Errore relativo 25 1.17 Misura diretta ed indiretta 25 1.18 Criteri di arrotondamento 26 1.19 Cifre significative 26 1.20 Notazione scientifica 26 1.21 Richiamo di matematica sulle potenze 27 1.22 Rappresentazione dei dati 28 1.23 Leggi di proporzionalità 28 1.24 Relazione di laboratorio di fisica 30 1.25 Il metodo per impostare e risolvere i problemi di fisica 33 1.26 Riassumendo e glossario dei termini incontrati 35 1.27 Problemi proposti 36 1.28 In laboratorio 40 1.29 Approfondimento: Galileo Galilei 41 2. Le Forze 42 2.1 Le forze 44 2.2 Forze di contatto e forze a distanza 44 2.3 Vincoli e Reazioni vincolari 44 2.4 Unità di misura di una forza 44 2.5 Introduzione ai vettori 45 2.6 Composizione di vettori . 46 2.7 Prodotto di un vettore per uno scalare 48 2.8 Prodotto scalare di due vettori 49 2.9 Prodotto vettoriale di due vettori 49 2.10 La Forza Elastica . 50 2.11 Le forze d’attrito . 51 2.12 C.L.I.L. PROJECT 52 2.13 Forza peso e massa 54 2.14 Relazione tra peso e massa 54 2.15 La forza peso sugli altri corpi celesti 55 2.16 Richiami di Goniometria e di Trigonometria . 56 2.17 Relazione fondamentale della goniometria 56 2.18 Tangente e cotangente goniometrica 57 2.19 Trigonometria . 58 2.20 Formule Goniometriche 60 2.21 Punto materiale e corpo rigido 61 2.22 Scomposizione di una forza 61 2.23 Riassumendo e glossario dei termini incontrati 62 2.24 Problemi proposti 63 2.25 In laboratorio 64 2.26 Approfondimento: Le forze fondamentali 65 3. L’equilibrio 71 3.1 Equilibrio di un corpo sul piano orizzontale 72 3.2 Momento di una forza rispetto a un punto 74 3.3 Momento di una coppia di forze . 74 3.4 Esempio di momento di una forza 75 3.5 Equilibrio del corpo rigido . 76 3.6 Confronto tra corpo rigido e punto materiale 77 3.7 Il baricentro . 77 3.8 Le macchine semplici 78 3.9 Le Leve . 79 3.10 La Carrucola . 80 3.11 La pressione 81 3.12 La pressione del sangue 82 3.13 I fluidi 82 3.14 Esperienza di Pascal . 82 3.15 Principio di Pascal . 83 3.16 Peso specifico di un corpo 83 3.17 Il torchio idraulico . 83 3.18 La legge di Stevin . 84 3.19 Pressione idrostatica . 85 3.20 Paradosso idrostatico 85 3.21 Principio dei vasi comunicanti . 85 3.22 Capillarità . 86 3.23 Vasi comunicanti con liquidi diversi 86 3.24 C.L.I.L. PROJECT 87 3.25 Principio di Archimede . 88 3.26 Corpo immerso in un liquido 89 3.27 Corpo immerso nell’atmosfera (o in un altro gas) 90 3.28 Pressione atmosferica e sua misura 90 3.29 Manometri e Barometri 91 3.30 Viscosità di un fluido . 91 3.31 Fluido ideale . 92 3.32 Concetto di “tubo di flusso . 92 3.33 Legge di Bernoulli . 93 3.34 Riassumendo e glossario dei termini incontrati . 94 3.35 Problemi proposti . 95 3.36 In laboratorio . 98 3.37 Approfondimento: Archimede da Siracusa . 99 4. Il movimento: Cinematica e Dinamica . 102 4.1 Sistemi di riferimento . . 104 4.2 Sistemi di riferimento bidimensionali . 104 4.3 Traiettoria . 106 4.4 Concetto di velocità . 106 4.5 Moto relativo . 107 4.6 Velocità media . 109 4.7 Cenni sul concetto di limite e derivata di una funzione . 109 4.8 Velocità istantanea . 110 4.9 Legge oraria del moto . 110 4.10 Moto rettilineo uniforme e sua legge oraria . 111 4.11 Vettore spostamento e velocità . 112 4.12 Accelerazione media e istantanea . 112 4.13 Moto rettilineo uniformemente accelerato . 113 4.14 L’accelerazione di gravità . 114 4.15 Accelerazione e sicurezza . 115 4.16 C.L.I.L. PROJECT . 116 4.17 Moto circolare uniforme . . 117 4.18 La velocità tangenziale . 118 4.19 Velocità angolare . 118 4.20 Accelerazione centripeta . 119 4.21 Accelerazione tangenziale . 119 4.22 Moto armonico (video1) (video2) . 119 4.23 Il pendolo semplice . . 120 4.24 Moto di un corpo lanciato orizzontalmente . . 120 4.25 Moto di un corpo lanciato verticalmente . 122 4.26 Moto di un corpo lanciato in obliquo . . 122 4.27 Moto generato da una molla . 123 4.28 Riassumendo e glossario dei termini incontrati . 125 4.29 Problemi proposti . 126 4.30 In laboratorio . 128 4.31 Approfondimento: Facebook e la fisica . 129 5. Forze e moto: Principi della Dinamica . 131 5.1 Le cause del moto . . 132 5.2 I sistemi di riferimento . 132 5.3 Primo principio della dinamica o d’inerzia . . 133 5.4 Secondo principio della dinamica o di Newton . . 134 5.5 Massa inerziale e massa gravitazionale . 135 5.6 Equivalenza tra massa inerziale e gravitazionale . 136 5.7 Terzo principio della dinamica . . 136 5.8 La gravitazione universale . 138 5.9 C.L.I.L. Project . 139 5.10 Accelerazione gravità su un pianeta . . 140 5.11 Le leggi di Keplero . . 141 5.12 Moto di un satellite intorno alla Terra . 143 5.13 Campo gravitazionale .. 145 5.14 Sistemi di riferimento non inerziali . . 146 5.15 Inerzia e forze apparenti . . 146 5.16 Forza apparente in un ascensore . 148 5.17 Riassumendo e glossario dei termini incontrati . 149 5.18 Problemi proposti . 150 5.19 In laboratorio . 151 5.20 Approfondimento: Keplero e le sue leggi . 152 6. Lavoro ed Energia, energia e leggi di conservazione . 157 6.1 Quantità di moto e impulso . . 160 6.2 Teorema dell’impulso . 161 6.3 Sistema isolato . 162 6.4 Principio di conservazione della quantità di moto . 163 6.5 Il lavoro . . 167 6.6 C.L.I.L. Project . 168 6.7 Il lavoro di una forza non costante . 169 6.8 La potenza . 170 6.9 L’energia . 171 6.10 Energia cinetica . . 171 6.11 Teorema dell’energia cinetica. 171 6.12 Energia potenziale gravitazionale . . 172 6.13 Forza conservativa . . 172 6.14 Energia potenziale elastica . . 172 6.15 Energia meccanica . 173 6.16 Principio di conservazione dell’energia meccanica . . 173 6.17 Principio di conservazione con forze non conservative . 174 6.18 Macchine e loro rendimento . 175 6.19 Riassumendo e glossario dei termini incontrati . 176 6.20 Problemi proposti . 177 6.21 In laboratorio . 179 6.22 Approfondimento: Le fonti rinnovabili d’energia . 180 7. Temperatura e calore . 182 7.1 Temperatura e calore . 184 7.2 Unità di misura del calore . 184 7.3 La materia . 184 7.4 Termometro . 186 7.5 Definizione operativa di temperatura . 186 7.6 Scale termiche . 186 7.7 Conversioni tra scale termiche. 188 7.8 Dilatazione termica . 188 7.9 L’anomalia dell’acqua . 192 7.10 La dilatazione dei gas . 192 7.11 CLIL Project . 193 7.12 Calore specifico . 194 7.13 Capacità termica di un corpo . 196 7.14 Legge fondamentale della calorimetria . 196 7.15 Temperatura di equilibrio . 197 7.16 Il calorimetro . 199 7.17 Equivalenza tra lavoro e calore . 200 7.18 Potere calorifico . 200 7.19 I passaggi di stato . 201 7.20 Calore latente . 203 7.21 Trasmissione del calore . 204 7.22 La conservazione di calore . 206 7.23 La dissipazione di calore . 206 7.24 Il freecooling . 206 7.25 Esempio di trasmissione forzata del calore . 206 7.26 Esempio di trasmissione naturale del calore . 206 7.27 Riassumendo e glossario dei termini incontrati . 207 7.28 Problemi proposti . 208 7.29 In laboratorio . 211 7.30 Approfondimento: la scala Fahrenheit . 212 8. Trasformazioni termodinamiche . 214 8.1 Sistemi termodinamici . 216 8.2 I gas . 218 8.3 Calore specifico molare . 221 8.4 Equilibrio termodinamico . 222 8.5 La legge di Boyle e Mariotte . 222 8.6 La legge di Avogadro . 223 8.7 Notazione sulle temperature Celsius e Kelvin . 223 8.8 Prima legge di Gay-Lussac o di Charles . 224 8.9 Seconda legge di Gay-Lussac . 225 8.10 Gas ideale o gas perfetto . 226 8.11 Equazione di stato dei gas perfetti . 226 8.12 C.L.I.L. Project . 228 8.13 Teoria cinetica dei gas . 229 8.14 Pressione in un gas perfetto . 229 8.15 Energia interna di un gas perfetto . 230 8.16 Bernoulli e la teoria cinetica dei gas . 231 8.17 Trasformazioni adiabatiche . 231 8.18 Cicli termodinamici . 233 8.19 Macchina termodinamica . 233 8.20 Il motore a scoppio e il ciclo Otto . 233 8.21 Il rendimento di una macchina termica . 235 8.22 Ciclo di Carnot . 235 8.23 Teorema di Carnot . 237 8.24 Il ciclo frigorifero . 238 8.25 Il principio zero della termodinamica . 239 8.26 Il primo principio della termodinamica . 239 8.27 Secondo principio della termodinamica . 240 8.28 Entropia . 241 8.29 Riassumendo e glossario dei termini incontrati . 244 8.30 Problemi proposti . 245 8.31 In laboratorio . 246 8.32 Approfondimento: William Thomson Kelvin . 247 9. Le onde . 248 9.1 Cos’è un’onda . 250 9.2 Il suono . 253 9.3 Caratteristiche di un suono semplice . 254 9.4 C.L.I.L. Project . 257 9.3 Effetto Doppler . 258 9.4 Riassumendo e glossario dei termini incontrati . 261 9.5 Problemi proposti . 262 9.6 Approfondimento: I terremoti . 264 10. Luce e ottica . 267 10.1 La natura della luce: onda o particella? . 270 10.2 La propagazione della luce . 271 10.3 La velocità della luce . 273 10.4 corpi trasparenti, opachi e traslucidi . 273 10.5 La riflessione della luce . 274 10.6 Principio di Fermat . 274 10.7 Principio di Huygens-Fresnel . 274 10.8 La rifrazione della luce . 275 10.9 Indice di rifrazione . 275 10.10 Legge di Snell-Cartesio . 276 10.11 La dispersione della luce: i colori . 276 10.12 La diffrazione della luce . 277 10.13 L’interferenza. 278 10.14 Le lenti . 280 10.15 Formazione delle immagini . 281 10.16 Aberrazioni ottiche . 283 10.17 Gli strumenti ottici . 284 10.18 Difetti della vista . 284 10.19 CLIL Project . 285 10.20 Defects of vision . 285 10.21 Illusioni ottiche. 286 10.22 Riassumendo e glossario dei termini incontrati . 287 10.23 Problemi proposti . 288 10.24 In laboratorio . 290 10.25 Approfondimento: Il telescopio spaziale . 291 11. Elettrostatica . 292 11.1 Elettrizzazione. 293 11.2 Conduttori e isolanti . 295 11.3 Elettroscopio . 295 11.4 Legge di Coulomb . 296 11.5 Dipolo elettrico . 297 11.6 I materiali dielettrici . 298 11.7 Legge di Coulomb generalizzata . 298 11.8 Concetto di campo . 298 11.9 Flusso di un vettore . 302 11.10 Energia potenziale elettrica . 303 11.11 Il potenziale elettrico . 304 11.12 Teorema di Gauss . 305 11.13 Gabbia di Faraday . 306 11.14 Applicazioni della gabbia di Faraday . 307 11.15 CLIL Project . 308 11.16 Distribuzione di cariche su un conduttore . 309 11.17 Densità superficiale di carica . 309 11.18 Campo elettrico generato da un filo carico . 310 11.19 Campo elettrico generato da una distribuzione sferica di cariche 311 11.20 I condensatori . 312 11.21 La capacità elettrica . 313 11.22 Tipi di condensatori . 314 11.23 La polarizzazione di un dielettrico . 315 11.24 Energia accumulata nei condensatori . 317 11.25 Sistemi di condensatori . 318 11.26 Moto di una carica in un campo elettrico uniforme . 321 11.27 Riassumendo e glossario dei termini incontrati . 323 11.28 Problemi proposti . 324 11.29 In laboratorio . 328 11.30 Approfondimento: Charles Augustin de Coulomb . 329 12. La corrente elettrica . 332 12.1 La corrente elettrica . 334 12.2 Intensità della corrente elettrica . 337 12.3 Il circuito elettrico . 337 12.4 Amperometro e Voltmetro . 338 12.5 Il generatore di tensione . 338 12.6 La resistenza elettrica . 340 12.7 Prima legge di Ohm . 342 12.8 CLIL Project . 343 12.9 Seconda legge di Ohm . 345 12.10 Resistività e temperatura . 345 12.11 I superconduttori . 346 12.12 Forza elettromotrice (f.e.m.) . 347 12.13 Energia e potenza della corrente elettrica . 348 12.14 Energia elettrica . 349 12.15 Potenza elettrica . 350 12.16 Effetto Joule . 351 12.17 Definizioni di ramo, nodo e maglia . 352 12.18 Leggi di Kirchhoff . 353 12.19 Resistenze in serie e in parallelo . 355 12.20 Circuiti RC . 359 12.21 Elettrolisi . 362 12.22 La pila di Volta. 363 12.23 Disputa Galvani-Volta . 365 12.24 Corrente elettrica nei gas . 366 12.25 Conduzione elettrica nel vuoto . 366 12.26 I semiconduttori . 367 12.27 Circuiti integrati e chip . 372 12.28 Riassumendo e glossario dei termini incontrati . 373 12.29 Problemi proposti . 374 12.30 In laboratorio . 377 12.31 Approfondimento: Georg Simon Ohm . 378 13. Il magnetismo e le interazioni con l’elettricità . 381 13.1 Fenomeni magnetici . 384 13.2 Il campo magnetico . 385 13.3 Campo magnetico terrestre . 387 13.4 C.L.I.L. Project . 388 13.5 Esperienza di Oersted . 389 13.6 Esperienza di Faraday . 390 13.7 Esperienza di Ampère tra corrente e corrente . 391 13.8 Circuitazione di campo magnetico. . 391 13.9 Legge di Ampere . 392 13.10 Legge di Biot-Savart . 392 13.11 Campo magnetico nel centro di una spira circolare . 394 13.12 Campo magnetico in un solenoide . 394 13.13 Ciclo di isteresi magnetica . 396 13.14 Applicazioni: Elettrocalamita . 397 13.15 Dipolo magnetico . 398 13.16 L’origine del magnetismo e ipotesi di Ampère . 399 13.17 Dominio di Weiss . 400 13.18 Il moto di una carica elettrica in un campo . 401 13.19 Azione di un campo magnetico su una spira percorsa da corrente 404 13.20 Il motore elettrico a corrente continua . 405 13.21 Il galvanometro . 407 13.22 Riassumendo e glossario dei termini incontrati . 408 13.23 Problemi proposti . 409 13.24 In laboratorio . 412 13.25 Andrè Marie Ampère . 413 14. L’ettromagnetismo . 415 14.1 Correnti indotte . 416 14.2 Il flusso dell’induzione magnetica . 417 14.3 Induttanza . 419 14.4 Autoinduzione . 420 14.5 Corrente alternata . 421 14.6 L’alternatore e la dinamo . 423 14.7 Energia elettrica . 425 14.8 C.L.I.L. Project . 426 14.9 Il circuito resistenza induttanza . 427 14.10 Impedenza e reattanza . 430 14.11 Onde elettromagnetiche . 431 14.12 La natura della luce . 434 14.13 Le equazioni di Maxwell sull’elettromagnetismo . 435 14.14 Riassumendo e glossario dei termini incontrati . 439 14.15 Problemi proposti . 440 14.16 Michael Faraday . 442 15. La fisica moderna . 444 15.1 La crisi della fisica classica . 446 15.2 La radiazione di corpo nero . 447 15.3 L’effetto fotoelettrico . 449 15.4 CLIL Project . 452 15.5 Nascita della Meccanica Quantistica – L’Effetto Compton . 453 15.6 La meccanica quantistica . 454 15.7 Il Paradosso del Gatto di Schrödinger . 455 15.8 La lunghezza d’onda di una particella . 456 15.9 Il principio di indeterminazione di Heisemberg . 457 15.10 Il Principio di Complementarietà di Bohr . 458 15.11 L’Effetto Tunnel . 459 15.12 Forze nucleari . 460 15.13 Struttura atomica . 461 15.14 La radioattività . 464 15.15 Le forze fondamentali in natura . 464 15.16 Le particelle elementari: leptoni e quark . 466 15.17 L’unificazione delle forze: Teoria del tutto . 470 15.18 Il Bosone di Higgs . 471 15.19 Gli acceleratori di particelle . 472 15.20 Teoria della relatività di Einstein . 473 15.21 Trasformazioni di Lorentz . 477 15.22 I buchi neri . 480 15.23 Riassumendo e glossario dei termini incontrati . 483 15.24 Problemi proposti . 484 15.25 Albert Einstein . 487 Laboratorio virtuale di fisica . 489 Test ingresso SCIENZE INTEGRATE – FISICA . 490 Tabella di costanti fisiche . 491 Indice analitico . 494 Sitografia bibliografica . 499 Problemi svolti . 505 Immagini usate nel libro . 506 Videografia . 507 Contributi . 507


download  Fisica per la scuola superiore, a cura di Gerardo Troiano, 1a edizione, maggio 2013 
Equilibrio, meccanica, termologia, onde, elettromagnetismo, quanti, relatività. ISBN9 788896354421 

 

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  1. Complimenti per il lavoro! Davvero lodevole.

    Ho notato un piccolo refuso: a pag. 55 (del pdf) e seguenti l’accelerazione di gravità viene misurata in N/m, ma in realtà l’unità di misura è N/kg.
    Inoltre la seconda figura della pagina indica quattro pesi misurati in kg: sarebbe forse meglio indicarli come “peso percepito” o con qualche espressione simile oppure utilizzare in Newton come unità di misura.

  2. Grazie, niente di più da aggiungere se non l’invito a continuare con gli altri argomenti.

  3. Opera meritevole dell’Autore, a cui segnalo il software gratuito “Algodoo” (fare ricerca in internet)con cui è possibile fare delle simulazioni molto realistiche dei più disparati esperimenti di fisica. Nella prossima edizione del libro si potrebbe introdurre una sezione dedicata a questa applicazione. Grazie.

  4. E’ lodevole quello che state facendo, se molte più scuole – in periodo di crisi – adottassero questi testi ne gioverebbe chiunque, soprattutto le famiglie.

  5. Prof. Giordano,
    molte grazie per il tempo e la passione che ha dedicato alla stesura di questo manuale.