Fisica

FORZA DI ATTRITO

attrito = forza che si oppone ai movimenti relativi tra i corpi.

Forza di attrito radente

La forza di attrito radente è proporzionale alla forza normale N e dipende dalla natura delle superfici di contatto.

Il coefficiente di attrito statico f è della resistenza che si incontra quando si cerca di mettere in movimento un corpo inizialmente

s

fermo.

Il coefficiente di attrito dinamico f riguarda invece un corpo in movimento. Si verifica che la resistenza che un corpo incontra è

k

maggiore quando parte da fermo rispetto a quella che incontra quando è già in moto.

LAVORO ED ENERGIA

LAVORO DI UNA FORZA

Quando il punto di una forza F compie uno spostamento s, la forza compie un lavoro L.

Formula: L = lavoro;

F = forza;

s = spostamento;

α = vettori F e s.

Il lavoro compiuto da una forza F quando il suo punto di applicazione si sposta dipende dalle intensità della forza, dallo

spostamento e dall’orientamento specifico nello spazio.

Il lavoro è positivo o negativo a seconda che l’angolo α formato da F e da s sia minore o maggiore di 90°.

Il lavoro di una forza è nullo quando vale almeno una delle seguenti condizioni:

-|F| = 0;

-|s| = 0;

-F┴ s.

Unità di misura:

- SI: joule (J) = n ⸱ m;

- CGS: erg.

POTENZA

potenza media o di una macchina = rapporto tra il lavoro compiuto dalla forza o dalla macchina e il tempo impiegato a produrre il

lavoro.

Formula: P = potenza media;

m

L = lavoro;

Δt = tempo;

F = forza;

Δs = spostamento;

v = velocità media.

Unità di misura:

- SI: watt (W) = J / s.

STATI DI AGGREGAZIONE

In natura troviamo 3 stati di aggregazione della materia:

- solido: ha volume e forma propri.

- aeriforme: è privo di volume e forma, dunque si distribuisce uniformemente in tutto il volume a disposizione, un aeriforme

perfetto è comprimibile, perfettamente elastico e non viscoso;

- liquido: ha volume proprio, ma assume la forma del recipiente che lo contiene, un liquido perfetto risulta incomprimibile e non

viscoso.

fluido = liquido o un non aeriforme; si dice perfetto o ideale un fluido la cui viscosità (attrito interno) è nulla, mentre in caso

contrario il fluido si dice reale.

FUNZIONI DI STATO O VARIABILI DI STATO

Le grandezze pressione, volume e temperatura di un fluido prendono il nome di funzione di stato in quanto determinano lo stato

termodinamico del fluido.

Le funzioni di stato si distinguono in estensive (volume e n° moli) che sono additive e dipendono dalle dimensioni del sistema, e

intensive (temperatura e pressione), che non sono additive e non dipendono dalle dimensioni del sistema.

1 PRESSIONE

pressione di una forza su una superficie = rapporto tra il modulo della componente della forza perpendicolare alla superficie e

l’area della superficie stessa.

Formula:

P = pressione;

F = forza perpendicolare alla superficie o componente normale;

n

S = superficie.

Unità di misura:

-2

- SI: Pa = N ⸱ m ;

- CGS: baria o il sottomultiplo bar.

Legge di Stevino 5

La pressione atmosferica al livello del mare (alla temperatura di 0° C) vale 1 atmosfera (atm) o 10 Pa.

2 VOLUME

Il volume occupato da un sistema si misura in metri cubi oppure in litri.

Equivalenze:

3 -3 3

- 1l = 1 dm = 10 m ;

3 3

- 1 m = 10 l .

3 TEMPERATURA

temperatura del corpo = esprime lo stato termico ed è un indice della tendenza del calore ad abbandonare il corpo.

Esistono diverse scale termometriche: - centigrada o Celsius: è una scala convenzionale che prende come punti di riferimento

la fusione del ghiaccio e l'ebollizione dell'acqua alla pressione di

1 atm;

- Fahrenheit: segna come 0 °F la temperatura più bassa raggiungibile con una miscela

ghiaccio-cloruro di ammonio e come 100 °F la temperatura media del

corpo umano;

- assoluta o Kelvin: è definita in base alla teoria cinetica dei gas e da alcune leggi della

fisica come l'equazione di stato dei gas ideali; lo zero kelvin

rappresenta il limite inferiore delle temperature raggiungibili in

natura , infatti, non esistono temperature Kelvin negative.

termometro = strumento utilizzato per misurare la temperatura; questo strumento sfrutta la tendenza di tutti i materiali a

cambiare il proprio volume a seconda della temperatura (dilatazione termica).

PASSAGGI DI STATO O CAMBIAMENTI DI STATO

passaggi di stato = trasformazioni fisiche, ottenute fornendo o sottraendo calore a una sostanza.

1. Ogni passaggio di stato è caratterizzato dalla rottura o dalla formazione di legami chimici.

2. Durante il cambiamento di stato, la temperatura del sistema si mantiene costante.

3. Ogni sostanza per cambiare il suo stato ha bisogno di una precisa quantità di calore per unità di massa, detta calore latente del

cambiamento di stato.

Calore

calore = forma di energia che viene scambiata fra corpi a temperature diverse; la quantità di calore (Q) ha come unità di misura

(non appartenente al SI) la caloria, che ha come sottomultiplo la chilocaloria.

Formula: Q = calore acquistato o ceduto;

m = massa;

λ = calore latente del cambiamento, espresso in cal/g.

rendimento termodinamico = rapporto fra il lavoro compiuto e il calore assorbito da una macchina termica.

1 STATO GASSOSO

Gas perfetto o ideale

Un gas perfetto è tale se soddisfa le seguenti condizioni:

- le particelle che costituiscono il gas sono puntiformi;

- fra le particelle non esistono interazioni a distanza;

- gli urti tra le particelle sono elastici

Formula: Legge di Boyle T = temperatura, espressa in °C.

P = pressione;

V = volume.

Formula: Legge di Charles

Quando la temperatura è espressa in °C: Quando la temperatura è espressa in K:

P = pressione; P = pressione; -1

V = volume con t = 0°C; ɑ = 1/273,15 °C ;

o -1

ɑ = 1/273,15 °C ; V = volume con t = 0°C;

o

t = temperatura °C. t = temperatura K.

Formula: Legge di Gay-Lussac

Quando la temperatura è espressa in °C: Quando la temperatura è espressa in K:

V = volume; P = volume; -1

P = pressione con t = 0°C; ɑ = 1/273,15 °C ;

o -1

ɑ = 1/273,15 °C ; P = pressione con t = 0°C;

o

t = temperatura °C. t = temperatura K.

Formula: Legge di Clapeyron o equazione di stato dei gas perfetti

P = pressione;

V = volume;

n = n° di moli;

R = costante di stato dei gas perfetti;

T = temperatura, espressa in k.

Legge di Avogadro

Volumi uguali di gas diversi nelle stesse condizioni di pressione e temperatura contengono un ugual numero di molecole.

Alla temperatura T = 0°C = 273,15 K e alla pressione P = 1 atm = 760 mmHg (dette condizioni standard) una mole di

23

qualunque gas occupa un volume di 22,4 l contiene 6,022 ⸱ 10 molecole (numero di Avogadro).

Formula: Legge di Dalton P = pressione totale miscela;

P = pressione parziale;

q

n /n = frazione molare del gas q-esimo.

q

Gas reali

I gas reali soddisfano almeno una delle seguenti condizioni:

- sensibili interazioni tra molecole;

- urti non perfettamente elastici;

- volume proprio delle particelle (covolume) non trascurabile.

Formula: Equazione di stato (equazione di Van der Walls)

P = pressione;

a = interazioni tra molecole;

V = volume;

b = covolume;

n = n° di moli;

R = costante di stato dei gas reali;

T = temperatura, espressa in k.

2 STATO LIQUIDO

Nei liquidi le molecole sono condizionate dalle forze di attrazione intermolecolari che le tengono le une vicine alle altre.

I liquidi hanno le seguenti proprietà:

- occupano un volume proprio;

- sono incomprimibili;

- non hanno forma propria ma si diffondono (le molecole di 2 fluidi in quiete post nello stesso recipiente si mescolano

spontaneamente le une con le altre;

- sono dotati di tensione superficiale (contrazione dello stato superficiale, che tende a comportarsi come una pellicola di

plastica.

Evaporazione ed ebollizione

La vaporizzazione di un liquido si divide in evaporazione ed ebollizione a seconda che il passaggio di stato coinvolga solo

la parte superficiale (evaporazione) o l’intera massa del liquido (ebollizione).

evaporazione = fenomeno causato dall’agitazione termica, in cui alcune molecole superficiali, acquistano un’energia

leggermente superiore (spezzano i legami che le tengono unite al liquido, passando allo stato

aeriforme.

vapore = molecole del liquido che sono passate allo stato aeriforme e sono evaporate.

punto di ebollizione = temperatura alla quale la tensione del vapore del liquido è pari alla pressione della fase gassosa che

sovrasta il liquido (pressione esterna).

MECCANICA DEI FLUIDI

1 PRINCIPIO DEI VASI COMUNICANTI Dati alcuni contenitori aventi forme diverse e tra loro comunicanti, se si versa del

liquido nel primo, questo si distribuisce in tutti i contenitori in modo da

raggiungere la stessa altezza di essi.

A parità di profondità si deve avere la stessa pressione tutti i contenitori.

2 PRINCIPIO DI ARCHIMEDE Un corpo immerso in un fluido riceve una spinta dal basso verso l’alto di intensità

pari al peso del fluido spostato.

Un corpo parzialmente immerso in acqua galleggia solo se il suo peso è inferiore a

quello del volume d’acqua che occupa la parte immersa; questo si verifica se la

densità del corpo è inferiore a quella dell’acqua.

La forza di Archimede va applicata al baricentro della massa di liquido spostata (centro di spinta).

Se il centro di spinta e il baricentro del corpo non si trovano sulla stessa verticale, la

spinta di Archimede e il peso del corpo formano una coppia di forze che tende a far

ruotare il corpo.

Se i 2 punti sono disposti lungo la verticale si ha equilibrio e affinché l’equilibrio

sia stabile, il baricentro deve essere al di sotto del centro di spinta.

3 PORTATA DI UN CONDOTTO

portata di un condotto = quantità di fluido che attraversa una sezione in un secondo.

Maggiore è la sezione del condotto, minore è la velocità del liquido che scorre.

Formula: Equazione di continuità

Q = portata;

S = sezione;

v = velocità.

Unità di misura:

3

- SI: m /s

ELETTRODINAMICA Se tra i capi di un conduttore metallico vi è una differenza di

potenziale, gli elettroni sono liberi di muoversi (elettroni di

conduzione), vengono accelerati dal campo E, e si spostano da punti

a potenziale minore a punti a potenziale maggiore; in questo caso si

ha: V > V .

A B

Nei conduttori metallici (conduttori di prima specie) le cariche negative (elettroni) sono libere di muoversi secondo la direzione

del campo elettrico, mentre le cariche positive sono bloccate nei nodi reticolari. Nei liquidi e nei gas (co