Appunti teoria Fisica

Esempio: un corpo di massa m, soggetto alla forza peso, cade verso il basso

con una certa velocità; l’energia meccanica del corpo all’inizio, in quanto

fermo, sarà solo energia potenziale, pari a:

Principio di Archimede:

Il principio di Archimede afferma che un corpo immerso in un fluido riceve una

spinta diretta dal basso verso l’alto pari al peso del liquido spostato. Un corpo

per galleggiare deve avere densità minore di quella del fluido in cui è immerso.

R = V d g (V è il volume immerso del corpo, d è la densità del fluido)

Portata: m^3/s,

La portata è una grandezza scalare, misurata in che esprime il volume

V di liquido che attraversa una sezione del condotto nell’intervallo Δt. La

Q = V/ Δt.

formula della portata è

L’equazione del principio di conservazione della portata afferma che in un

fluido che scorre a regime stazionario, il prodotto tra sezione del condotto e

velocità del fluido, in corrispondenza di tutti i punti della sezione, è una

se aumento la sezione dovrà

quantità che si conserva, di conseguenza:

diminuire la velocità, viceversa, se restringo la sezione aumenterà la velocità.

Densità: kg/m^3,

La densità di un corpo, misurata in è uguale al rapporto tra la sua

massa e il suo volume; la densità d è direttamente proporzionale alla massa e

d = m/V

inversamente proporzionale al volume.

Per quasi tutti i materiali (ad eccezione del ghiaccio), un aumento di

temperatura provoca un aumento di volume, con riduzione della densità. Un

aumento di pressione su un gas fa sempre diminuire il suo volume ed

aumentare la sua densità.

Pressione e Pascal:

La pressione è una grandezza scalare definita come il rapporto tra modulo della

Pascal

forza (perpendicolare alla superficie) e area della superficie. Si misura in

(1 PA=1N/m^2)

p = F/S

La legge di Pascal afferma che la pressione esercitata su una superficie

qualsiasi di un liquido si trasmette, con lo stesso valore, su ogni altra superficie

a contatto con il liquido. Un esempio tipico è il palloncino in acqua, che

mantiene sempre la forma sferica.

Legge di Stevino:

Ogni liquido è soggetto alla forza peso, che determina una pressione data dalla

legge di Stevino; essa afferma che la pressione dovuta al peso di un liquido è

proporzionale sia alla densità del liquido che alla sua profondità.

p = g d h (h è la profondità del liquido)

Differenza tra liquidi non viscosi e viscosi:

Nel liquido non viscoso si esclude ogni forma di attrito; esistono due forme di

attrito, uno si esercita tra le particelle del liquido, l’altro si crea tra particelle del

liquido e pareti del condotto. Nel liquido viscoso si modifica l’equazione di

Bernoulli, tenendo in considerazione che la pressione del liquido decresce man

mano che scorre all’interno del condotto; un liquido viscoso per poter scorrere

motore esterno

nel condotto deve avere un (cuore).

Per quanto riguarda la viscosità sappiamo che i liquidi viscosi possono scorrere

in due regimi differenti:

Laminare: Scorrimento nel quale l’attrito viscoso si esercita a strati, con

 le particelle di ogni liquido che interagiscono tra loro generando attrito.

Turbolento: Il passaggio da moto laminare a moto turbolento si descrive

 con la velocità critica; ogni liquido ha una sua velocità critica, al di sopra

della quale il liquido non scorre più in maniera laminare ma con regime

turbolento, generando vortici.

Tensione superficiale:

liquidi statici,

È una proprietà dei che avviene in corrispondenza della superficie

dei liquidi. Il liquido è costituito da molecole che interagiscono tra loro grazie

alle forze di Wan De Waals. Se prendiamo una molecola interna del liquido,

questa risulta essere circondata da una serie di molecole che la circondano

perfettamente. Se calcoliamo le forze di interazione tra la molecola interna e le

molecole vicine, osserviamo che la risultante (somma vettoriale) di queste

forze è nulla, quindi non esiste nessuna forza netta che agisce sulle molecole

interne del liquido. Se invece prendiamo le molecole che stanno sulla

superficie, esse vengono attratte dalle molecole sottostanti e da quelle laterali,

La risultante delle forze che agiscono sulle molecole di

ma non verso l’esterno.

superficie è una forza diretta verso l’interno del liquido.

L’esperimento che si utilizza per misurare la tensione superficiale di un liquido

consiste nel prendere un filo con lunghezza L e depositarlo nella superficie del

liquido, dove si esercita la tensione superficiale. Essa si misura in N/m, con

T=F/2L.

formula

Quadro concettuale della Termodinamica:

La termodinamica è una scienza che si occupa di studiare le proprietà

macroscopiche di un sistema, definendo delle grandezze macroscopiche,

calcolabili come medie sulle proprietà microscopiche degli atomi e delle

molecole che compongono il sistema. Il sistema termodinamico è un sistema

fisico macroscopico costituito da numerosi atomi o molecole. I parametri

termodinamici sono le grandezze fisiche macroscopiche che caratterizzano il

temperatura, pressione e volume;

sistema: un sistema si trova in un

determinato stato termodinamico quando sono definiti i 3 parametri

termodinamici. Le funzioni termodinamiche sono grandezze fisiche che

calore,

descrivono le proprietà interne del sistema durante la trasformazione:

entropia, energia interna ed energia libera. Le equazioni di stato sono

relazioni matematiche tra i parametri termodinamici, utili per caratterizzare le

trasformazioni dei sistemi termodinamici.

Temperatura:

Dal punto di vista empirico sappiamo che la temperatura è una sensazione

fisiologica di caldo e freddo. Per misurare la temperatura si stabilisce una

relazione matematica tra la temperatura e un parametro termometrico di un

sistema fisico campione. Tipico esempio è il termometro a mercurio, il

parametro termometrico considerato è il volume del mercurio, il quale dipende

dalla temperatura e si espande in funzione della temperatura.

Scale termometriche: centigrada e assoluta. La scala dei gradi centigradi

definisce due limiti, 0 che corrisponde alla temperatura di solidificazione

dell’acqua e 100 corrispondente alla temperatura di ebollizione dell’acqua. Una

volta stabiliti questi 2 limiti si divide l’intervallo in 100 tacche; ogni tacca

corrisponde ad 1 grado centigrado. La temperatura in kelvin ha lo 0

assoluto, cioè la temperatura minima che si può misurare all’interno del nostro

assoluto; se un materiale ha temperatura 0, significa che tutti gli altri materiali

che lo compongono sono statici. Lo zero assoluto Kelvin corrisponde ad una

-273,15.

temperatura in celsius di

Energia interna (funzione termodinamica):

È l’energia totale interna di un determinato sistema termodinamico. Ogni

(10^23);

sistema termodinamico è costituito da n molecole per calcolare

l’energia interna occorre calcolare energia cinetica e potenziale di ogni

molecola, la somma di tutte le energie cinetiche e potenziali di tutte le

molecole che compongono il sistema corrisponde all’energia interna.

Calore (funzione termodinamica):

In termodinamica, il calore è definito come il trasferimento di energia tra due

sistemi, associato ad una differenza di temperatura non imputabile ad un

lavoro. Chiamiamo quindi calore tutto il lavoro non calcolabile con le formule

caloria,

della meccanica. L’unità di misura del calore è la definita come la

quantità di calore che è necessario fornire a 1 grammo di acqua per innalzare

1 caloria = 4.186 Joule

la sua temperatura da 14,5°C a 15,5°C.

Trasformazioni termodinamiche:

La trasformazione termodinamica è una variazione dei parametri

termodinamici che un sistema termodinamico compie in determinate

condizioni. Esistono 4 categorie di trasformazioni:

Trasformazione aperta: Il sistema passa da uno stato iniziale A,

 definito da valori specifici dei parametri termodinamici, ad uno stato

finale B, diverso da A.

Trasformazione chiusa: Lo stato A torna nel suo stato iniziale; dallo

 stato A passa allo stato B, con B uguale ad A.

Trasformazione reversibile: Trasformazione dalle quali si può tornare

 indietro (blocco di ghiaccio).

Trasformazione irreversibile: Trasformazione che non può essere

 invertita (lattina di coca cola, la CO2 contenuta internamente fuoriesce

dalla lattina).

Primo principio termodinamica:

Consideriamo la trasformazione di un sistema termodinamico, nel quale

valutiamo la relazione tra l’energia interna e l’energia scambiata con l’esterno,

rappresentata da due tipi: calore o lavoro meccanico. Il gas si può espandere o

comprimere oppure scambiare calore.

Il primo principio della termodinamica afferma che la variazione interna del

sistema è uguale alla differenza tra calore scambiato e il lavoro meccanico

fatto con l’esterno, con l’energia che si conserva.

Gas ideali:

È un gas a bassa densità ed alta temperatura, con molecole che non

interagiscono tra loro. Esistono delle leggi sperimentali (con scala celsius) che

descrivono le trasformazioni dei gas ideali e sono:

Legge di Boyle: Descrive le trasformazioni di tipo isotermo; quando un

 gas ideale si trova a temperatura costante avremo sempre che p*V =

costante, quindi le trasformazioni dei gas a temperatura costante

avvengono sempre in maniera tale che con la variazione del volume

varierà la pressione, solo se pV = costante.

Prima legge di Gay-Lussac: Mantenendo il gas a pressione costante e

 cambiando la temperatura, ci sarà una espansione o compressione del

gas che segue una legge lineare; il volume del gas ad una temperatura t

sarà uguale al volume del gas a temperatura 0 celsius * (1 + alfa t).

Seconda legge di Gay-Lussac: Mantenendo il gas a volume costante,

 la pressione del gas aumenterà in funzione della temperatura, seguendo

la legge pt = p0 (1 + beta t); la pressione del gas a temperatura t sarà

uguale alla pressione del gas a temperatura 0 che moltiplica (1 + beta t).

Si può dimostrare che alfa e beta sono uguali, pari a 1/273,15°C.

Tutte le proprietà legate alle trasformazioni dei gas ideali si possono descrivere

pV = nRT.

con un’unica equazione, l’equazione di stato dei gas ideali (n

rappresenta il numero di moli; R è la costante universale dei gas).

Gas reali:

È un gas a temperatura bassa e densità alta, con molecole che interagiscono

tra loro tramite interazioni di Van Der Waals. Nel formulare l’equazione di stato

de