Le parole della fisica 1: meccanica

410 Pages·2012·46.063 MB·Italian

by  Stefania Mandolini

1 2 3 Idee per
il tuo futuro
Stefania Mandolini
Le parole
della fisica
Meccanica
con Physics in English
SCIENZE
Stefania Mandolini
Le parole
della fi sica
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– Collaborazione alla stesura degli esercizi: Sergio Lo Meo, Valentina Nicosia,
Stefano Paolucci
– Stesura delle schede Individuare la posizione di un oggetto sulla superfi cie L’impegno a mantenere invariato il contenuto di questo volume
terrestre: il GPS e Il cavallo-vapore: Nunzio Lanotte per un quinquennio (art. 5 legge n. 169/2008) è comunicato
– Stesura delle schede di biologia Gli ultrasuoni nel mondo animale nel catalogo Zanichelli, disponibile anche online sul sito
e L’energia della vita: Angela Figoli www.zanichelli.it, ai sensi del DM 41 dell’8 aprile 2009, All. 1/B.
– Collaborazione alla stesura del capitolo La materia: Beatrice Bressan
– Rilettura critica e risoluzione degli esercizi: Carlo Incarbone
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Roger Loughney (revisione linguistica) L’editore mette a disposizione degli studenti non vedenti,
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Stefania Mandolini
Le parole
della fi sica
Meccanica
con Physics in English
SCIENZE
Indice
CAPITOLO 1 GRANDEZZE E MISURE
1

1 Le grandezze fisiche 2
2 Il Sistema Internazionale 4
Perché solo sette? 5
Prefissi e regole 5
3 Misurare lo spazio 6
Misurare la lunghezza 7
Sensibilità di uno strumento di misura 8
Cifre significative 9
Portata di uno strumento di misura 9
Misurare l’area 10
Misurare il volume 11
Il volume in litri 12
4 Misurare il tempo 13
5 Misurare la massa 15
Massa e peso 16
6 Notazione scientifica e ordini di grandezza 17
In laboratorio 7 Proprietà della materia: massa, volume e densità 20
Operazioni tra grandezze fisiche diverse 21
Come si utilizza la formula della densità 21
Divisione tra grandezze omogenee 23
Storia della fisica Archimede e la misura del volume di un solido irregolare 24
Storia della fisica Talete misura la piramide di Cheope 25
Con gli occhi di un fisico I numeri e le cose 26
Mappa dei concetti 28
Esercizi 30
CAPITOLO 2 DESCRIVERE IL MOVIMENTO
35

1 Rappresentare un corpo nello spazio 36

Il punto materiale 36

La traiettoria 37

2 Sistemi di riferimento 39

3 Posizione e spostamento 41

L’origine dell’asse dello spazio è arbitraria 43

Avanti e indietro nello spazio 44

I moti unidimensionali 45

4 Istante e intervallo di tempo 46

L’origine dell’asse del tempo è arbitraria 47

5 Il grafico spazio-tempo 48

Traiettoria e grafico spazio-tempo 49
Tecnologia Individuare la posizione di un oggetto sulla superficie terrestre: il GPS 50
Tecnologia Il sismografo 51
Con gli occhi di un fisico Immagini e movimento 52
Mappa dei concetti 54
Esercizi 56
IV
Stefania Mandolini LE PAROLE DELLA FISICA - Vol.1 © Zanichelli 2012 Meccanica - Con Physics in English
INDICE
CAPITOLO 3 LA VELOCITÀ
61

1 La velocità media 62

L’unità di misura della velocità media 64

La velocità media può essere negativa o nulla 64

La distanza percorsa 65

Che fine hanno fatto gli indici? 66

2 Come si utilizza la formula della velocità media 66

Equivalenza tra km/h e m/s 66

Calcolo della velocità media 67

Calcolo dello spazio percorso 68

Calcolo del tempo impiegato 69

3 La velocità istantanea 70

In laboratorio 4 Il moto a velocità costante 72

Il moto rettilineo uniforme come approssimazione 73

Traiettoria e grafico spazio-tempo 74

Il moto rettilineo uniforme intorno a noi 74

5 Legge oraria del moto rettilineo uniforme 75

Calcolo della posizione 76

Calcolo dell’istante di tempo 77

6 Rappresentazione grafica del moto rettilineo uniforme 78

Quando la velocità è nulla 81

Il grafico velocità-tempo 81
Storia della fisica Galileo e la velocità della luce 82
Letteratura Gli anni-luce 83
Con gli occhi di un fisico Velocità e progresso tecnologico 84
Mappa dei concetti 86
Esercizi 88
CAPITOLO 4 L’ACCELERAZIONE
94

1 L’accelerazione media 95

L’unità di misura dell’accelerazione media 96

Il segno dell’accelerazione media 97
L’analogia in fisica 97

2 Come si utilizza la formula dell’accelerazione media 98

Calcolo dell’accelerazione 99

Calcolo della variazione di velocità 99

Calcolo del tempo impiegato 100

3 Il moto uniformemente accelerato 101

La legge della velocità 102

Simulazione 4 La legge oraria del moto uniformemente accelerato 103

Scomponiamo la legge oraria 105

Calcolo del tempo 105

In laboratorio 5 Rappresentazione grafica del moto uniformemente accelerato 106

Grafico spazio-tempo di un moto uniformemente accelerato 108

6 La caduta dei gravi 108

Approssimazioni per lo studio dei gravi 111
V
Stefania Mandolini LE PAROLE DELLA FISICA - Vol.1 © Zanichelli 2012 Meccanica - Con Physics in English
INDICE
Storia della fisica Galileo e la caduta dei gravi 112
Economia L’inflazione 113
Con gli occhi di un fisico Le montagne russe 114
Mappa dei concetti 116
Esercizi 118
CAPITOLO 5 I VETTORI
124
1 Quando i numeri non bastano 125
Vettore applicato 126
Matematica e fisica 127
2 Composizione e scomposizione di vettori 127
Somma tra vettori 128
Differenza tra vettori 129
Scomposizione di un vettore 130
3 Altre operazioni con i vettori 131
Prodotto e divisione per un numero 131
Prodotto scalare 132
Prodotto vettoriale 133
4 Rappresentazione cartesiana di un vettore 134
Come si usano le componenti cartesiane di un vettore 135
5 Grandezze fisiche vettoriali 136
I vettori posizione e spostamento 137
Il vettore velocità 138
Il vettore accelerazione 139
Biologia L’abilità delle formiche del deserto 140
Letteratura Flatlandia 141
Con gli occhi di un fisico Viaggiare con il vento 142
Mappa dei concetti 144
Esercizi 146
CAPITOLO 6 I MOTI NEL PIANO
150
1 La composizione dei moti 151
2 Il moto dei proiettili 153
Se la velocità iniziale non è orizzontale 155
Proiettili in orbita 157
3 Il moto circolare uniforme 157
Unità di misura della velocità angolare 159
4 Le grandezze del moto circolare uniforme 160
Velocità angolare e velocità tangenziale 160
Periodo e frequenza di un moto circolare uniforme 160
L’accelerazione centripeta 162
Simulazione 5 Rappresentazione grafica del moto circolare uniforme 164
Il moto armonico 166
Matematica La parabola 168
Matematica Trigonometria 169
VI
Stefania Mandolini LE PAROLE DELLA FISICA - Vol.1 © Zanichelli 2012 Meccanica - Con Physics in English
INDICE
Con gli occhi di un fisico I meccanismi e il calcolo 170
Mappa dei concetti 172
Esercizi 174
CAPITOLO 7 LE FORZE
179
1 Che cosa è una forza? 180
Misurare una forza 181
2 Le forze sono vettori 182
In laboratorio 3 La legge di Hooke 184
La forza elastica 186
La legge di Hooke in forma vettoriale 186
4 Le forze intorno a noi: il peso 187
Il peso non è una caratteristica dei corpi 188
Simulazione 5 Forze intorno a noi: l’attrito 189
L’attrito statico radente 190
L’attrito dinamico radente 191
Il rotolamento 193
L’attrito viscoso 193
6 Forze e rotazioni: il momento di una forza 194
Definizione rigorosa del momento di una forza 195
Il braccio 195
Coppia di forze 196
7 Forze e fluidi: la pressione 197
Il principio di Pascal 199
La legge di Stevino 200
Un paradosso idrostatico 201
Biologia Senza peso 202
Storia della fisica Robert Hooke 203
Con gli occhi di un fisico La forza dell’acqua 204
Mappa dei concetti 206
Esercizi 208
CAPITOLO 8 LE FORZE E L’EQUILIBRIO
213
1 L’equilibrio di un punto materiale 214
In equilibrio con la forza peso 215
Stabilità di una posizione di equilibrio 216
In equilibrio con l’attrito statico 217
2 L’equilibrio su un piano inclinato 217
I vantaggi del piano inclinato 219
Simulazione Il piano inclinato in presenza di attrito 220
3 Il baricentro 221
Centro di massa 222
Baricentro di un corpo rigido 222
Baricentro di un essere umano 224
4 Equilibrio di un corpo rigido 225
VII
Stefania Mandolini LE PAROLE DELLA FISICA - Vol.1 © Zanichelli 2012 Meccanica - Con Physics in English
INDICE
Stabilità di una configurazione di equilibrio 226
Baricentro di una figura piana 227
5 Le macchine 227
Il piano inclinato 228
La leva 228
La carrucola 230
Il verricello 231
Il cuneo 231
La vite 231
6 I fluidi e l’equilibrio 232
I vasi comunicanti 232
La pressa idraulica 233
La pressione atmosferica 234
La legge di Stevino generalizzata 235
In laboratorio Simulazione Il principio di Archimede 235
Architettura La cupola del Brunelleschi 238
Tecnologia Il cantiere del Brunelleschi 239
Con gli occhi di un fisico Numeri da circo 240
Mappa dei concetti 242
Esercizi 244
CAPITOLO 9 I PRINCIPI DELLA DINAMICA
250
1 Il primo principio della dinamica 251
Il legame tra forze e moto rettilineo uniforme 252
L’inerzia 253
Che cos’è un principio fisico? 254
Principi e assiomi 255
2 Sistemi di riferimento inerziali 255
Il principio di relatività galileiana 256
La composizione dei moti 257
In laboratorio 3 Il secondo principio della dinamica 257
L’unità di misura della forza 258
Simulazione Il legame tra forze e accelerazioni 258
La massa 260
Quando l’accelerazione è costante 261
Sistemi di riferimento non inerziali 261
4 Forze apparenti 262
La forza di trascinamento tangenziale 263
La forza di trascinamento centrifuga 264
La forza di Coriolis 265
5 Il terzo principio della dinamica 266
Perché ci muoviamo? 268
L’interazione 269
Storia della fisica Il pendolo di Foucault 270
Letteratura Naufragio 271
Con gli occhi di un fisico Le avventure del barone di Münchhausen 272
Mappa dei concetti 274
Esercizi 276
VIII
Stefania Mandolini LE PAROLE DELLA FISICA - Vol.1 © Zanichelli 2012 Meccanica - Con Physics in English
INDICE
CAPITOLO 10 LA CONSERVAZIONE DELL’ENERGIA
282
1 La conservazione dell’energia: una breve introduzione 283
Il Sole è la nostra fonte di energia 284
La fotosintesi clorofilliana 284
2 Trasferire l’energia: il lavoro 285
Il lavoro può essere positivo, negativo o nullo 286
Il lavoro su un piano inclinato 287
La potenza 288
L’energia sulla bolletta della luce 288
3 L’energia cinetica 289
Lavoro ed energia cinetica 289
L’energia cinetica rotazionale 290
4 L’energia potenziale gravitazionale 291
L’energia potenziale elastica 293
Simulazione 5 La conservazione dell’energia meccanica 294
In laboratorio Un’utile rappresentazione 296
L’energia si disperde 296
Il pendolo semplice 297
6 La conservazione dell’energia nei fluidi 299
Tubo orizzontale a sezione costante 301
Effetto Venturi 301
La portata 302
Tecnologia Un uomo chiamato due cavalli 304
Ingegneria Effetto Venturi ed effetto suolo 305
Con gli occhi di un fisico Costruire in grande 306
Mappa dei concetti 308
Esercizi 310
CAPITOLO 11 LA QUANTITÀ DI MOTO
E IL MOMENTO ANGOLARE
316
1 La quantità di moto 317
A quale velocità si muove la zattera? 319
Che cosa succede al centro di massa? 320
2 La conservazione della quantità di moto 320
Quantità di moto e inerzia 321
Quantità di moto e forza 322
L’impulso di una forza 323
3 Gli urti 323
Urti elastici su una retta 324
Il centro di massa negli urti 326
Il sistema di riferimento del centro di massa 326
Urto elastico contro a una parete 327
4 Il momento angolare 328
Il momento angolare nel moto circolare uniforme 328
Momento angolare e momento di inerzia 329
IX
Stefania Mandolini LE PAROLE DELLA FISICA - Vol.1 © Zanichelli 2012 Meccanica - Con Physics in English