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Appunti di fisica su: misura ed errori di misura, fluidi, principio di archimede, termologia, calore e temperatura, scambi di calore, moti, dinamica, cinematica, lavoro ed energia, carica elettrica, onde e oscillazioni, ottica, rifrazione e riflessione, leggi di keplero, gravitazione universale

Esame di Elementi di fisica docente Prof. M. Bellesi

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ESTRATTO DOCUMENTO

r r

Se A è il vettore da scomporre lungo le rette ed , si tracciano le parallele

- 1 2

r r ⃗

A

ad ed passanti per la punta di ; i lati del parallelogramma che si

1 2

ottiene, orientati a partire dalla coda di A rappresentano i vettori cercati (vettori

⃗ ⃗ ⃗

A A A

e che come somma danno ).

1 2

Per scomporre un vettore lungo i due assi cartesiani (trovare le COMPONENTI

CARTESIANE):

Scegliamo un’origine O e un verso positivo per l’asse x e l’asse y; ponendo la coda

- ⃗

A

di un vettore nell’origine e disegnando le parallele agli assi x e y che passano

⃗ ⃗

⃗ A A

A

per la punta di , si trovano due vettori perpendicolari e la cui

x y

A

somma è .

FORZE

Le FORZE tendono a modificare il moto dei corpi o a provocarne una deformazione;

possono agire per contatto o a distanza. Le forze sono grandezze vettoriali, descritte

matematicamente da vettori. La coda della freccia che rappresenta graficamente il vettore

forza va collocata nel punto in cui agisce la forza, detto punto di applicazione. Un possibile

strumento di misura delle forze è il DINAMOMETRO a molla, il cui funzionamento è basato

sull’allungamento che una forza produce quando viene applicata ad una molla.

L’unità di misura della forza è il NEWTON [N], ovvero la forza che produce un

allungamento della molla di un dinamometro uguale a quello prodotto da una massa

appesa di 102 g.

Quasi sempre su un corpo agiscono contemporaneamente più forze. La forza totale, o

risultante di due o più forze che agiscono su un corpo è il vettore R, somma vettoriale delle

forze.

Il PESO è la forza gravitazionale misurata in Newton. [P = mg]

La MASSA è una quantità invariante tipica di ogni corpo, misurata in kilogrammi.

FORZA ELASTICA

Per allungare o comprimere una molla dobbiamo compiere un certo sforzo dovuto al fatto

che quando la molla viene accorciata o allungata esercita sulla nostra mano una forza di

richiamo detta FORZA ELASTICA che tende a riportarla allo stato iniziale. La forza elastica

è proporzionale all’allungamento e la sua entità è definita dalla LEGGE DI HOOKE che

stabilisce il rapporto tra forza elastica e allungamento. Una molla esercita una forza

F

elastica la cui intensità è direttamente proporzionale all’allungamento o alla

x

compressione della molla

F=kx k

La costante è la costante di proporzionalità, ovvero la costante elastica della molla

[N/m]. La legge di Hooke è una legge empirica, ciò significa che non vale per qualsiasi

x

valore di poiché ogni molla ha il proprio limite di elasticità.

TEORIA DEGLI URTI

Un URTO è una situazione in cui due oggetti si colpiscono tra di loro. Se il sistema è

isolato durante l’urto la quantità di moto si conserva. Ciò non significa che anche l’energia

cinetica si conserva, spesso questa durante l’urto si trasforma in altre forme di energia.

Tipologie di urti:

Urti elastici: si conservano energia cinetica e quantità di moto (caso limite che non

- si manifesta sulla Terra);

Urti anelastici: le particelle che si urtano si incollano tra loro. Si conserva la quantità

- di moto, ma non l’energia cinetica.

Nel mezzo si collocano gli urti reali in cui le particelle non si incollano e non si conserva

tutta la quantità di moto ed energia.

BARICENTRO ED EQUILIBRIO

Il BARICENTRO di un corpo è il punto di applicazione della forza peso. Il corpo si

comporta quindi come se tutta la sua massa fosse concentrata in quel punto. In un oggetto

di forma regolare ed omogeneo il baricentro è situato nel centro geometrico dell’oggetto,

anche se questo punto è esterno all’oggetto.

Per determinare sperimentalmente il baricentro di un corpo si sfrutta il fatto che se un

oggetto di forma qualsiasi viene sospeso in un punto, esso si dispone sempre in modo

che il suo baricentro si trovi su una retta verticale che passa per il punto di sospensione.

Un oggetto è in equilibrio finché il suo baricentro appartiene ad una retta che cade

all’interno della base sulla quale l’oggetto è appoggiato.

Se un corpo rigido viene spostato dalla sua condizione di equilibrio possono verificarsi tre

situazioni (es. per un corpo appeso):

Punto di sospensione al di sopra del baricentro: EQUILIBRIO STABILE;

- Punto di sospensione al di sotto del baricentro: EQUILIBRIO INSTABILE;

- Punto di sospensione che coincide con il baricentro: EQUILIBRIO INDIFFERENTE.

-

CINEMATICA DEL PUNTO

Un corpo (un punto materiale, supponendo che tutta la sua massa sia concentrata in un

punto) in movimento descrive una traiettoria, cioè la linea che unisce le posizioni occupate

successivamente dal corpo. Per descrivere il moto di un corpo serve inoltre un sistema di

riferimento costituito da un sistema di assi cartesiani rispetto al quale individuare la

posizione del corpo. Altro elemento importante per la descrizione del moto di un oggetto è

il tempo, per poter dire in quale istante il corpo si trova in una certa posizione e quanto

tempo impiega per spostarsi da una posizione all’altra.

Il moto di un corpo è sempre relativo a un sistema di riferimento, cambiando sistema di

riferimento il moto cambia.

La distanza percorsa da un corpo è la lunghezza complessiva del tragitto. La distanza è

espressa in metri ed è una grandezza scalare, quindi sempre positiva.

Δ

Lo spostamento, , di un punto materiale è il cambiamento di posizione, cioè la

x x

differenza fra la posizione finale e quella iniziale xi. Lo spostamento è un vettore. In

f

genere la distanza percorsa è lo spostamento sono grandezze fisiche diverse che non

x x

sempre coincidono (come nel caso dei tragitti di andata e ritorno in cui e

i f

coincidono).

La velocità è la misura della variazione della posizione nel tempo, cioè la rapidità con cui

viene effettuato uno spostamento.

La velocità media è definita come rapporto tra la distanza percorsa e il tempo impiegato.

L’aggettivo media riferito alla velocità non ha significato di media aritmetica, ma si riferisce

alla velocità che servirebbe per coprire quel tragitto con movimento regolare, senza pause

o cambiamenti di ritmo nel tempo realmente impiegato.

La velocità istantanea si riferisce ad un singolo istante ed è il valore limite che assume la

velocità media quando l’intervallo di tempo rispetto al quale si calcola diventa così piccolo

da non distinguere più l’istante iniziale da quello finale.

L’accelerazione è una misura della variazione della velocità nel tempo, cioè della rapidità

con cui varia la velocità. Δ

am

L’ACCELERAZIONE MEDIA [ ]di un corpo è il rapporto tra la variazione della

y

Δ

velocità del corpo e l’intervallo di tempo in cui avviene tale variazione. L’unità di

t

2

misura è il metro al secondo quadrato [m/s ].

L’ACCELERAZIONE ISTANTANEA è il valore limite che assume l’accelerazione media

quando l’intervallo di tempo rispetto al quale la si calcola diventa così piccolo da non

distinguere più l’istante iniziale da quello finale.

Per descrivere il moto di un corpo bisogna misurare spostamenti e tempo, associando le

posizioni successive del corpo a determinati istanti di tempo. Per risolvere un problema sul

moto di un punto materiale significa determinare come varia la posizione del punto al

variare del tempo, determinando cioè la legge oraria del moto. La LEGGE ORARIA DEL

MOTO è una funzione x(t) che descrive la posizione di un punto materiale al variale del

tempo e permette la realizzazione di un diagramma spazio-tempo, che è la

rappresentazione grafica della legge oraria che descrive il moto del corpo. È un grafico

cartesiano in cui sull’asse orizzontale è riportato il tempo t e sull’asse verticale è riportata

la posizione x.

MOTO RETTILINEO UNIFORME

Un moto rettilineo uniforme è un moto che avviene lungo una traiettoria rettilinea con

velocità costante.

Riportando questo moto su un diagramma spazio-tempo otteniamo una retta il cui

coefficiente angolare può essere calcolato considerando un generico intervallo di tempo

Δ Δ

e dividendolo per lo spostamento corrispondente ; ciò equivale a calcolare la

t x

velocità media, che nel caso del moto rettilineo uniforme è uguale anche alla velocità

istantanea (poiché se la velocità è costante, velocità media e istantanea coincidono).

Il moto rettilineo uniforme è caratterizzato da

V = costante

- a = 0

-

Le equazioni del moto sono:

S(t) = S0 + Vt

- V(t) = V(costante)

- a(t) = 0

-

Nel grafico dell’accelerazione vi è una retta che coincide con l’asse delle x (quindi

assente).

Nel grafico della velocità vi è una retta che è parallela all’asse delle x.

Nel grafico dello spazio vi è una retta che interseca l’asse delle y in S0 e la cui pendenza

dipende dalla velocità.

MOTO UNIFORMEMENTE ACCELERATO

Il moto rettilineo uniformemente accelerato è un moto rettilineo con accelerazione

costante. È caratterizzato dalle seguenti equazioni del moto:

S(t) = S0 + V0 + ½ at2

- V(t) = V0 + at

- a(t) = a(costante)

-

Nel grafico dell’accelerazione vi è una retta parallela all’asse delle x.

Nel grafico della velocità vi è una retta che interseca l’asse y in V0.

Nel grafico dello spazio vi è un arco di parabola, anche se la traiettoria è comunque

rettilinea.

Il più famoso esempio di moto uniformemente accelerato è la caduta libera per influenza

della gravità, gli oggetti che cadono infatti si muovono con accelerazione costante.

MOTO PARABOLICO

Nel moto parabolico sono presenti moti orizzontali (moto rettilineo uniforme) e moti

verticali (moto uniformemente accelerato) che rimangono comunque indipendenti ed è

caratterizzato da:

VELOCITÀ INIZIALE

- MASSIMA ALTEZZA

- GITTATA

- TEMPO DI VOLO

-

Il moto di un PROIETTILE, ovvero un qualunque oggetto scagliato, buttato o in qualche

modo lanciato e lasciato poi libero di seguire una traiettoria determinata soltanto

dall’azione della gravità, è una perfetta realizzazione del moto parabolico. La traiettoria di

un proiettile è sempre una traiettoria parabolica.

MOTO CIRCOLARE UNIFORME

Il moto circolare uniforme descrive il moto di un oggetto che gira attorno da un punto fisso

O, mantenendo costante la distanza R da esso e la velocità v. Altri elementi che lo

descrivono sono: v

ω=

Velocità angolare dove omega rappresenta i gradienti al secondo;

- R

T

Periodo cioè il tempo che occorre al corpo per fare un giro completo

- 2πR 2π

T T

= =

oppure ;

v ω

v

Frequenza che consiste nel numero di giri descritti ogni secondo

- 1 ω

v o v= ;

= T 2π α

Accelerazione che esprime la variazione della velocità al passare del tempo

-

4 - Dinamica

LEGGI DELLA DINAMICA

La relazione tra le forze e il moto è oggetto di studio di quella parte della meccanica

chiamata DINAMICA che si basa su tre leggi fisiche enunciate per la prima volta nel 1687

da Isaac Newton. Le leggi di Newton coinvolgono:

FORZA: descrive interazioni di un corpo con un altro corpo o con il resto;

- ACCELERAZIONE: grandezza cinematica, cioè grandezza che caratterizza il moto;

- MASSA: proprietà intrinseca dei corpi.

-

La PRIMA LEGGE DELLA DINAMICA: se la forza risultante che agisce su un oggetto è

nulla, la velocità dell’oggetto è costante in modulo, direzione e verso; un corpo persevera

nel suo stato di quiete o di moto (mru) fino a che non interviene una forza esterna a

modificarlo (una forza) [PRINCIPIO DI INERZIA]

La SECONDA LEGGE DELLA DINAMICA: se su un oggetto di massa m agisce una forza

F

risultante , l’oggetto subisce un’accelerazione a proporzionale alla forza risultante,

tot ⃗

F

che ha la stessa direzione e lo stesso verso; l’azione di una forza su una massa

m a

genera una quantità di moto detta accelerazione . ⃗

F

LA TERZA LEGGE DELLA DINAMICA: se un oggetto 1 esercita una forza

sull’oggetto 2, allora l’oggetto 2 esercita una forza di uguale intensità e verso opposto,

−⃗

F , sull’oggetto 1. [PRNCIPIO DI AZIONE E REAZIONE]

APPLICAZIONE DELLE LEGGI DI NEWTON – ATTRITO

Un oggetto si ferma rapidamente una volta che si smette di applicargli una forza ed è

portato a farlo a causa della FORZA DI ATTRITO, poiché anche la più liscia delle superfici

a livello atomico risulta irregolare e per far scorrere due superfici l’una sull’altra occorre

superare la resistenza dovuta agli urti fra i microscopici avvallamenti. Questa resistenza è

l’origine della forza di attrito.

L’ATTRITO è apparentemente una forza svantaggiosa, ma questa percezione dipende

dalle diverse situazioni nelle quali è presente. Ad esempio nel caso del cammino essa

risulta indispensabile, in quanto è la forza di attrito tra la scarpa e il suolo a permetterci di

avanzare. Esistono diversi tipi di attrito:

Attrito RADENTE: quando un corpo scivola su una superficie; questo si divide in

- attrito STATICO (che bisogna vincere per mettere in movimento un corpo su una

superficie) e attrito DINAMICO (che bisogna vincere per mantenere in movimento

un corpo su una superficie, quindi agisce tra superfici in scorrimento);

Attrito VOLVENTE: quando un corpo rotola su una superficie;

- Attrito VISCOSO: ciò che si oppone al moto di un corpo in un mezzo fluido.

-

L’attrito dinamico è espresso in termini matematici come:

Fd=μd F μd

⋅ (forza premente) = coefficiente di attrito dinamico

LEGGI DELL’ATTRITO RADENTE DINAMICO. La forza di attrito dinamico tra un corpo e

una superficie:

È parallela alla superficie di contatto e il suo verso è opposto a quello dello

- scivolamento del corpo sulla superficie;

È indipendente dall’area della superficie di contatto e dalla velocità del corpo;

- È direttamente proporzionale alla forza premente sulla superficie.

-

L’attrito statico si oppone all’inizio del moto di un corpo. Quando su un corpo applica una

forza, la forza di attrito statico aumenta fino a che il corpo rimane fermo; al momento

dell’inizio del movimento la forza di attrito statico raggiunge il suo massimo (forza massima

di attrito statico) e da quel momento si può parlare di forza di attrito dinamico.

LEGGI DELL’ATTRITO STATICO. La forza di attrito statico tra un corpo e una superficie:

È parallela alla superficie di contatto e il suo verso è opposto a quello in cui si

- muoverebbe in corpo in assenza di attrito;

È indipendente dall’area della superficie di contatto;

- Può assumere un qualsiasi valore tra zero e la forza massima di attrito statico;

- Finché il corpo non si muove, l’intensità della forza di attrito è uguale a quella della

- forza applicata al corpo.

PENDOLO SEMPLICE m

Il pendolo semplice è costituito da una massa puntiforme sospesa ad un filo ideale

L

(cioè inestensibile e di massa trascurabile) di lunghezza fissato all’esterno ad un

vincolo privo di attrito. La massa è così vincolata a muoversi in un piano verticale lungo un

0

arco di circonferenza il cui centro è il punto di sospensione e il raggio la lunghezza

l del filo.

L’equazione del moto di un pendolo semplice si ricava dalla seconda legge di Newton,

m

considerando il punto materiale, di massa , soggetto alla forza peso e alla tensione

del filo ⃗

m a T g

⃗ = +m ⃗

Il periodo del pendolo direttamente proporzionale alla radice quadrata della lunghezza e

non dipende dalla massa, cioè il periodo del pendolo non dipende dalle oscillazioni. Sul

P g

=m ⃗

pendolo agiscono come forze sia la forza peso del pendolo , che la tensione

T del filo. Durante il movimento del pendolo agisce una FORZA DI RICHIAMO tanto più

grande quanto più lontano si trova il pendolo dal punto di equilibrio in quel momento. Il

f =ma

pendolo rappresenta l’applicazione del secondo principio della dinamica

√ L L

T =2π ⋅

Periodo del pendolo semplice e dipende dalla lunghezza del pendolo e

g

g

dall’accelerazione di gravità , ma non dipende dalla massa e dall’ampiezza

dell’oscillazione come aveva osservato

LAVORO ED ENERGIA CINETICA

Esistono diverse tipologie di energia:

1 2

m v

CINETICA

- 2

1 2

kx

ELASTICA

- 2 mgh

GRAVITAZIONALE

- ELETTRICA

- TERMICA

-

Tutte, a parte la prima, sono ENERGIE POTENZIALI poiché potrebbero dar luogo a un

movimento in determinate condizioni. L’energia è una proprietà globale.

Principio della conservazione dell’energia (o teorema delle forze vive)

2 2 2

ENERGIA CINETICA ½ mv = Kg m /g Joule [J]

Il LAVORO dipende da forza e spostamento. Il lavoro di una forza F costante che agisce

nella stessa direzione dello spostamento s è il prodotto dei moduli della forza e dello

spostamento.

L = Fs

Una piccola forza che agisce per un lungo tratto compie lo stesso lavoro di una forza più

intensa che agisce per una distanza più breve. Esempio:

L = (1 N) (400 m) = 400 J

- L = (400 N) (1 m) = 400 J

-

Il lavoro è una grandezza scalare ed è il prodotto di una forza (Newton) per uno

.

spostamento (metri); l’unità di misura del lavoro è quindi N m alla quale si dà il nome di

Joule [J]. 2 2 2

1 joule = 1 J = 1 N . m = 1 (kg . m/s ) . m = 1 kg . m /s

Il lavoro è nullo se lo spostamento è nullo, ad esempio nel caso di una forza che agisce

perpendicolarmente alla superficie di applicazione (cos 90° = 0). Per questo l’angolo della

forza influenza il lavoro compiuto, in questo caso il lavoro è il prodotto della componente

della forza nella direzione dello spostamento per lo spostamento.

Ɵ

Il lavoro di una forza costante F che forma un angolo con lo spostamento sé il prodotto

del modulo della componente della forza nella direzione dello spostamento e del modulo

dello spostamento.

Ɵ Ɵ

L = (F cos )s = Fs cos

Il lavoro può essere

Positivo: se la forza ha una componente nella direzione e nel verso del moto);

- Negativo: se la forza ha una componente nella direzione del moto, ma nel verso

- opposto);

Neutro: se la forza non ha alcuna componente nella direzione del moto.

-

Nel SI l’ENERGIA CINETICA di un oggetto, che è la sua energia di movimento [

1 2

E m v

= ], si indica in juole, poiché l’energia cinetica di un corpo è dovuta al suo

c 2

movimento. È una grandezza scalare che ha la stessa unità di misura del lavoro, ma a

differenza di questo non è mai negativa.

ENERGIA POTENZIALE

L’ENERGIA POTENZIALE è l’energia immagazzinata e pronta ad essere utilizzata a

compiere un lavoro (diventando quindi energia cinetica). L’energia potenziale può

manifestarsi in diverse forme e una delle più comuni è l’energia potenziale gravitazionale.

Si può determinare calcolando il lavoro necessario a sollevare un oggetto, il quale è

immagazzinato sotto forma di energia potenziale gravitazionale.

Si ipotizzi di dover sollevare con velocità costante un oggetto di massa m da terra fino

all’altezza h. la forza che si esercita è F = mg, diretta verticalmente verso l’alto. Il lavoro è

L=mgh

dato dal prodotto della forza mg per lo spostamento h

L’energia potenziale di un oggetto è quindi determinata dal lavoro necessario per spostarlo

mgh

da una posizione all’altra e nel caso della forza di gravità il lavoro è ed è

immagazzinato sotto forma di energia potenziale gravitazionale.

CONSERVAZIONE DELL’ENERGIA E

L’energia meccanica è la somma dell’energia potenziale (sia gravitazionale che

p

E

elastica) e dell’energia cinetica .

c

L’energia meccanica si conserva, cioè il suo valore non cambia nel tempo, e le forze che

agiscono in un sistema il quale conserva energia meccanica sono dette forze

conservative, come la forza peso che durante la sua azione conserva l’energia meccanica.

Il lavoro di una forza conservativa non dipende dal percorso effettuato dal corpo.

In un sistema in cui agiscono solo forza conservative, l’energia meccanica E si conserva,

cioè

E=E E

+ = costante

c p

In termini pratici ciò significa che l’energia potenziale può essere trasformata in energia

cinetica e viceversa, ma la somma delle due energie rimane sempre la stessa. L’energia

totale, cioè la somma di tutte le forme di energia possedute da un sistema, si conserva

sempre nonostante l’energia subisca trasformazioni.

L’energia potenziale immagazzinata in un materiale deformato, perché elastico (materiali

che tornano alla dimensione e alla forma originali dopo essere stati deformati), è chiamata

energia potenziale elastica. L’energia potenziale elastica di una molla di costante elastica

k che subisce un allungamento (o una compressione) x è:

1 2

E k x

=

C 2

5 – Termologia

Il CALORE è definito come l’energia trasferita tra due oggetti a causa della loro differenza

di temperatura; è una energia che ha natura di onda elettromagnetica ed è una energia

cinetica microscopica poiché genera agitazione termica nelle molecole. Si dice che due

oggetti sono in CONTATTO TERMICO se tra loro può avvenire un passaggio di calore.

Dopo un certo periodo di contatto termico e quindi di scambio di valore, i due corpi

pervengono ad uno stato di EQUILIBRIO TERMICO, ovvero la condizione per cui i due

corpi in contatto termico hanno raggiunto la stessa temperatura.

La TEMPERATURA è la grandezza fisica che determina se due corpi sono in equilibrio

termico o meno. È un indice oggettivo che indica il verso dello scambio di valore (dalla

temperatura più alta a quella più bassa).

Per misurare la temperatura si usano strumenti chiamati TERMOMETRI che sfruttano la

dilatazione termica del liquido che contengono. Per rendere il termometro uno strumento

di misura occorre fissare a priori una SCALA TERMOMETRICA che utilizza delle

temperature di riferimento ed un intervallo unitario di temperatura. Le più diffuse sono:

Scala Celsius [°C]: assegna il valore 0 °C alla temperatura del ghiaccio fondente e

- 100 °C alla temperatura dell’acqua in ebollizione. L’intervallo è suddiviso in 100

gradi Celsius;

Scala Kelvin [K]: assegna il valore 0 K in corrispondenza dello zero assoluto, nella

- scala Kelvin non esistono quindi temperature negative. 1 grado Celsius = 1 grado

Kelvin

Si è osservato che non esistono limiti superiori al valore che può assumere la temperatura,

ne esiste invece uno inferiore dato dallo ZERO ASSOLUTO, il cui valore equivale allo 0 K

e a -273 °C.

Il valore in genere deriva sempre da altre forme di energia:

Da energia varia a calore: trasformazione completa, senza perdite;

- Da calore a energia varia: si ha sempre un prodotto di scarto poiché non è possibile

- convertire tutto il calore.

Il calore si propaga per:

Conduzione, ovvero contatto diretto (possibile per solidi e liquidi);

- Convezione, implica il trasporto di materia (possibile per liquidi e gas);

- Irraggiamento, tramite onde elettromagnetiche (possibile per solidi, liquidi e gas).

-

Gli stati della materia sono:

Solido;

- Liquido;

- Gassoso;

- Plasma, materia a temperatura così alta che le molecole del gas sono ionizzate.

-

La temperatura e la soglia del passaggio di stato dipendono direttamente dalla natura e

dalle proprietà della materia in questione e non dalla quantità di calore data.

Durante un cambiamento di stato la temperatura di un sistema rimane stabile. Il CALORE

L

LATENTE di una sostanza è il valore che deve essere fornito o sottratto a una massa

unitaria per farla passare da una fase ad un’altra

Q

L= m

Nel SI il valore latente si misura in JOULE/KILOGRAMMO [J/Kg]

Gli effetti del calore sono principalmente due:

Aumento della temperatura;

- Dilatazione termica, in maniera proporzionale alla lunghezza.

-

Entrambi gli effetti derivano dall’aumento di agitazione termica dovuti al calore

l=l 1+∝ T α −1

( ) C

Dilatazione lineare dove è il coefficiente di dilatazione termica [°

0

] S=S 1+2

( )

∝T

Dilatazione superficiale 0

V 1+3 T

( )

=V ∝

Dilatazione di volume 0

La temperatura di equilibrio non è data dalla media tra temperatura iniziale e finale, ma

bisogna tenere conto della DISPERSIONE

́

C m T m T T

( ) ( )

−T =C −

1 1 1 F 2 2 F 2

Q∝ ΔT m

Q ΔT

Dove è il valore scambiato, il gradiente termico

Q=k m ΔT

⋅ ⋅ k c

In termologia è , ovvero il CALORE SPECIFICO che è la quantità di valore che

1kg di sostanza scambia quando varia la sua temperatura di 1 °C. Questo concetto mette

in relazione calorie, massa e temperatura. Nel SI è indicato come JOULE/ KILOGRAMMI

KELVIN [J/KgK]

C

c= m

L’energia termica è collegata al concetto di LAVORO. L’equivalenza tra lavoro e calore fu

esplorata per la prima volta da James Prescott Joule. Prima di lui il valore era misurato

con la CALORIA [cal] definita come la quantità di calore necessaria a innalzare la

temperatura di un grammo di acqua da 14,5 °C a 15,5 °C . Joule dimostrò che 1 cal =

4,186 J, valore noto come EQUIVALENTE MECCANICO DEL CALORE.

Q

Il calore è quindi indicato come ovvero energia trasferita a causa di una differenza di

temperatura.

La CAPACITÀ TERMICA è la quantità di calore necessaria per ottenere una variazione di

temperatura di 1 K e nel SI è indicata in JOULE/KELVIN [J/K]

Q

C= ΔT

Più è alta la capacità termica, più energia sarà richiesta per innalzare la temperatura. La

capacità termica è per definizione sempre positiva, quindi:

Q ΔT

è positivo se è positivo, cioè se fornisce calore al sistema;

- Q ΔT

è negativo se è negativo, cioè se il sistema cede calore.

-

LEGGE FONDAMENTALE DELLA TERMOLOGIA

Q

Il calore necessario per far aumentare la temperatura di un corpo è direttamente

ΔT m

proporzionale alla variazione di temperatura , alla massa del corpo e al calore

c

specifico della sostanza di cui è fatto il corpo

Q=mcΔT

Maggiore è il calore specifico, maggiore è la quantità di calore che dobbiamo fornire

all’unità di massa di una certa sostanza per produrre un dato aumento di temperatura.

SCAMBI DI CALORE

Esistono tre casi:

Non ci sono scambi di calorie; calore ceduto = calorie assorbito

- T T

>T <T <T

1 2 2 f 1

x ⋅

Dispersione di valore: (valore ceduto) = calorie assorbito

- 0< x

100 1−x

( ) <1

Dispersione =

Cambiamenti di stato: durante i passaggi di stato la sostanza continua ad assorbire

- valore, ma la sua temperatura non aumenta fino a che tutta la sostanza non è

passata di stato (CALORE LATENTE)

6 - Elettricità

CARICA ELETTRICA

Esistono due tipi di carica, POSITIVA e NEGATIVA. I corpi con carica totale nulla sono

corpi elettricamente neutri. Un esempio di ciò è l’atomo formato da un nucleo piccolo e

molto denso dotato di carica positiva e circondato da una nuvola di elettroni carichi

negativamente.

Tutti gli elettroni hanno esattamente la stessa carica elettrica il cui valore è

ⅇ −19

ⅇ=1,60⋅ 10 C

convenzionalmente indicato con e vale ⅇ

Tutti gli oggetto devono avere una carica totale che è un multiplo intero di

(QUANTIZZAZIONE) di carica.

PRINCIPIO DI CONSERVAZIONE DELLA CARICA ELETTRICA: la carica totale

dell’Universo è costante. Nessun processo fisico può determinarne un aumento o una

diminuzione della quantità totale di carica dell’universo.

Le cariche elettriche possono trasferirsi da un corpo ad un altro ad esempio durante il

processo di ELETTRIZZAZIONE PER SEPARAZIONE in cui strofinando due oggetti alcuni

elettroni di un oggetto si depositano sull’altro creando uno IONE NEGATIVO (e lasciando

quindi all’origine uno IONE POSITIVO).

ELETTROSTATICA

Per elettrostatica si intende l’insieme delle configurazioni di cariche elettriche in condizioni

di equilibrio. Concetto fondamentale è quello di carica elettrica, una proprietà delle

particelle. Non si crea n’è si distrugge, ed è quindi una grandezza invariante.

Consideriamo le cariche come oggetti puntiformi, cioè privi di qualsiasi dimensione. Le

cariche elettriche seguono il comportamento della gravità universale.


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Corso di laurea: Corso di laurea in scienze dell'educazione e delle formazione
SSD:
Università: Macerata - Unimc
A.A.: 2017-2018

I contenuti di questa pagina costituiscono rielaborazioni personali del Publisher Silvialea di informazioni apprese con la frequenza delle lezioni di Elementi di fisica e studio autonomo di eventuali libri di riferimento in preparazione dell'esame finale o della tesi. Non devono intendersi come materiale ufficiale dell'università Macerata - Unimc o del prof Bellesi Manlio.

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