Quaderno di fisica
della classe 2°B di Pancalieri
a.s. 2004/05
1
Indice
Le Grandezze
Le Forze
La composizione delle Forze
Le leve
Il moto
Elisa e Cristina
2
La grandezza è una qualità di un corpo che possiamo misurare cioè definire
con un numero e una unità di misura. Sono esempi di grandezze:
•
•
•
•
•
•
•
•
•
•
Altezza di una persona
Capacità di una bottiglia
Peso di una persona
Superficie di un piano
Lunghezza di una strada
Calore posseduto da un corpo
Temperatura di un ambiente
Velocità di un auto
Tempo trascorso
Massa
Elisa e Cristina
3
Le grandezze si dividono in:
• Scalari: Per definirle
è sufficiente un
numero
accompagnato
dall’unità di misura.
Sono scalari:
1.
2.
3.
4.
5.
6.
La capacità di una bottiglia,
La superficie di un piano
Il calore posseduto da un
corpo
Temperatura di un ambiente
Tempo trascorso
Massa
• Vettoriali: Per
definirle è necessario
utilizzare un vettore
Sono vettoriali:
1.
2.
3.
Elisa e Cristina
Peso di una persona
Lunghezza di una strada
Velocità di un auto
4
Un vettore è una freccia orientata che ha:
1.
Verso
2.
3.
Intensità o modulo
Punto di
applicazione
4.
Punto di applicazione (punto su
cui viene applicato il vettore)
Direzione (è la retta su cui il
vettore è appoggiato)
Verso (freccia che indica il verso
di percorrenza)
Intensità o modulo (il valore del
vettore)
Direzione
Elisa e Cristina
5
La forza non è definibile,ma si può affermare che:
Su un corpo ha agito una
forza se:
Un corpo era
fermo e viene
messo in
movimento.
Il corpo
subisce una
deviazione.
Elisa e Cristina
Il corpo era in
movimento e
viene fermato.
Il corpo
subisce una
deformazione
6
Informazioni sulle forze
L’unità di
misura delle
forze è il Kg
peso o il
Newton (che
equivale a 100g
peso), che si
misura con il
dinamometro.
Esempi di forze:
• Forza peso
• Reazione vincolare
• Forza elastica
• Pressione
• Forza magnetica
• Forza di attrito
Elisa e Cristina
7
La forza peso e la reazione vincolare
La forza peso:
La reazione vincolare:
È soggetto a questa forza
qualunque corpo dotato di
massa. È applicato in un corpo
nel punto chiamato baricentro .
Ha direzione verticale . Il verso é
quello del centro della terra .
È una forza esercitata da un
“vincolo” (una mano,un gancio,un
chiodo,un piano di appoggio…)
che contrasta la forza peso. Ha
direzione verticale e verso
opposto alla forza peso.
Elisa e Cristina
8
La forza elastica
Legge di Hooke
Peso applicato (N) Allungamento 1 molla (cm) Allungamento 2 molla (cm)
1
0,2
0,1
1,5
0,3
0,2
2
0,5
0,4
2,5
0,6
0,5
3
0,7
0,7
3,5
0,8
0,8
4
0,9
1
4,5
1
1,1
5
1,1
1,2
Legge di Hooke
1,4
1,2
Allungamento (cm)
Alcuni corpi,se sollecitati da una forza,si
allungano e poi cessata la sollecitazione
tornano
alla
forma
originale.
Naturalmente la forza non deve essere
tale da rompere l’oggetto . La bontà di
un elastico o di una molla viene misurata
dalla costante elastica che si calcola
facendo il rapporto tra la forza e
l’allungamento. Questo rapporto non è
omogeneo e le unità di misura vengono
mantenute. Se la molla o l’elastico sono
di buona qualità i punti del grafico si
dispongono su una linea retta. Ciò che
abbiamo verificato viene chiamato in
fisica LEGGE di HOOKE e si
esprime con la formula :
K=F(n)/∆l(cm)
1
0,8
0,6
0,4
0,2
0
0
1
2
3
4
5
6
Peso (N)
Elisa e Cristina
9
La pressione
Parliamo di pressione quando
una forza (es. forza peso) viene
esercitata su una certa
superficie .
Pressione : forza(N)
Superficie(cm²)
È’ un rapporto non omogeneo
(
unità di misura della
pressione sono N/cm²)
La pressione di un corpo
cambia a seconda della sua
superficie d’appoggio. La
pressione è massima quando la
superficie d’appoggio è minima.
Ecco un esempio:
Esperimento: come varia la pressione
Materiale:portapenne,righello, dinamometro
Procedimento: pesare il portapenne con il
dinamometro,misurare le dimensioni del
portapenne:
B
C
A
Faccia A =12*19=228 cm²
Faccia B =19*6 =114 cm²
Faccia C =6*12 =72 cm²
PA= 5 = 0,0219 N/cm²
228
PB= 5 =0,0438 N/cm²
114
PC=5 = 0,0694 N/cm²
72
Elisa e Cristina
10
La forza di attrito
È una forza che si oppone al movimento di un corpo. L’attrito si
manifesta ogni volta che un corpo si muove in un mezzo
(aria,acqua,marmellata…ecc). L’attrito aumenta all’aumentare della densità
del mezzo.
Quando due corpi strisciano l’uno sull’altro l’attrito dipende:
• Dal peso del corpo che viene trascinato
• Dalla rugosità delle superfici a contatto .
Questo tipo di attrito è detto RADENTE (due corpi che strisciano).
Si parla di attrito VOLVENTE quando un corpo rotola sull’altro.
L’attrito volvente è in genere inferiore a quello radente (è meno faticoso
far rotolare un corpo piuttosto che trascinarlo). L’attrito è in genere
considerato “passivo = negativo” perché riscalda, disperde energia, fa
consumare più combustibile …
Se però si eliminasse l’attrito, un corpo messo in movimento non si
fermerebbe più.
Elisa e Cristina
11
Composizione di forze
Su un corpo possono agire
contemporaneamente più
forze.
Caso 1
Le forze hanno la stessa
direzione , lo stesso verso
e lo stesso punto di
applicazione
Caso 2
Le forze hanno la stessa
direzione, lo stesso punto
di applicazione ma verso
opposto.
Elisa e Cristina
Caso 3
Le forze agiscono sullo
stesso punto di
applicazione ma direzioni
diverse.
12
• Caso 1:
le forze hanno la stessa direzione, lo stesso verso e la
stesso punto di applicazione.
F1
F2
Possiamo sostituire F1 ed F2 con una sola forza : la RISULTANTE,
pari alla somma di F1 ed F2.
Risultante= F1+F2
Elisa e Cristina
13
• Caso 2: le forze hanno la stessa direzione, lo stesso punto di
applicazione ma verso opposto .
F2
F1
Possiamo sostituire F1 ed F2 con una sola forza : la RISULTANTE, pari alla
differenza di F1 ed F2 .
RISULTANTE =F1-F2 =
Elisa e Cristina
14
• Caso 3: le forze agiscono sullo stesso punto ma con direzioni
diverse .
F1
F2
F1
Elisa e Cristina
15
Legge di equilibrio della leva
Esperimento: Legge di equilibrio della leva
Scopo
: Vedere quali sono le condizioni che consentono alla leva di
mantenere l’equilibrio
Materiale : Asta da sospendere con ganci e pesetti
Procedimento: La nostra asta rappresenta una leva nella forma più semplice: una
sbarra di metallo che può ruotare attorno a un punto chiamato fulcro
Applichiamo da questa
parte la potenza P
Fulcro
Applichiamo da questa parte la resistenza R
Braccio: Distanza in cm tra il punto in cui viene
applicata la forza e il fulcro.
Elisa e Cristina
16
Applichiamo una resistenza da un lato a destra e cerchiamo di equilibrarla con una
potenza a sinistra. Riportiamo i dati in una tabella:
Conclusioni: Abbiamo
verificato che quando la
leva è in equilibrio
succede questo:
PxBp=RxBr
Questa è chiamata legge
di equilibrio della leva
P (G
peso)
Bp
(cm)
P*Bp
R (G
peso)
Br
(cm)
R*Br
200
6
1200
100
12
1200
50
24
1200
100
12
1200
1000
6
6000
200
30
6000
1000
12
12000 500
24
12000
500
6
3000
250
12
3000
1000
6
6000
250
24
6000
200
6
1200
50
24
1200
100
12
1200
50
24
1200
Elisa e Cristina
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Una leva è:
Un’ asta rigida che può ruotare intorno ad un punto fisso chiamato fulcro
Resistenza
Fulcro
Potenza
Chiamiamo braccio la distanza tra il fulcro e il punto di applicazione della forza
(potenza/resistenza)
Una leva è:
Vantaggiosa se: Il braccio potenza è maggiore del braccio resistenza.
La potenza è minore della resistenza
Svantaggiosa se: Il braccio potenza è minore del braccio resistenza
La potenza è maggiore della resistenza
Indifferente se: Il braccio potenza è uguale al braccio resistenza
La potenza è uguale alla resistenza
Elisa e Cristina
18
Generi delle leve:
1.
1° genere: Potenza-fulcro-resistenza (Inter – fulcrata)
Esempi: Altalena, Bilancia a due bracci, Forbici, Piede di porco, Remo appoggiato
PP
F
RR
2.
2° genere: Potenza- resistenza-fulcro (Inter-resistente)
Esempi: Schiaccianoci, Carriola
P
R
F
3.
3° genere: Resistenza-potenza-fulcro (inter –potente)
Esempi: pinzette per sopracciglia, scopa, pinze per fuoco ,remo (pagaia)
R
P
F
Elisa e Cristina
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IL MOTO
Il moto per essere definito necessita di :
•
Una traiettoria costituita dalle diverse posizioni assunte nel
movimento; può essere una retta (moto rettilineo) o una curva( moto
curvilineo ).
•
Uno spazio che si ottiene misurando la lunghezza della traiettoria;
l’unità di misura è il metro (m) e il chilometro (km)
•
Un tempo impiegato dal corpo a percorrere un certo spazio ; viene
misurato in secondi (s), minuti (min) o ore (h).
•
Una velocità che si trova dividendo lo spazio percorso per il tempo
trascorso
V= S
T
Elisa e Cristina
20
Un moto si dice :
Uniforme se la sua velocità non cambia nel corso del tempo
Vario se la sua velocità subisce, nel corso del tempo, accelerazioni o decelerazioni
T (s)
V=5 m/s
0
0,5
1
2
3
4
V=3 m/s
0
2,5
5
10
15
V=2m/s
0
1,5
3
6
9
12
0
1
2
4
6
8
Moto vario
t (s)
0
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
s (m)
0
4
8
12
19
26
26
26
26
28
30
velocità
0
4
4
4
7
7
0
0
0
2
2
Confronto tra velocità
moto vario
15
V=5 m/s
10
V=3 m/s
5
V=2m/s
0
spazio (m)
Spazio (m)
20
40
30
20
10
Serie1
0
0
0
5
5
10
15
tempo (s)
Tempo (s)
Il grafico di un moto uniforme è sempre
una retta; la retta più ripida corrisponde
alla velocità maggiore.
Il grafico del moto vario invece è una
linea spezzata e i tratti orizzontali
corrispondono ai momenti di riposo.
21
Esperimento: la caduta di un corpo
•
•
•
Scopo esperimento: verificare se la caduta di
un corpo è un moto rettilineo uniforme.
Materiale occorrente: biglie, cronometro, piani
d’appoggio
Procedimento: misuro il tempo di caduta di una
biglia dalla cattedra e poi dall’armadio che ha
un’altezza circa doppia. Se il moto fosse
rettilineo uniforme il tempo dovrebbe
raddoppiare. Dopo varie misure scegliamo
come valori 30 decimi di secondo (caduta dalla
cattedra, 75 cm) ; 45 decimi di secondo (caduta
dall’armadio, 170 cm); 50 decimi di secondo
(caduta dalla lampada,250 cm)
Conclusioni: si vede chiaramente che
raddoppiando o triplicando l’altezza, il tempo
non raddoppia e non triplica quindi il moto non
è rettilineo uniforme. In questo modo la velocità
aumenta per effetto della forza di gravità che
imprime un’accelerazione
Tempo (decimi di sec) spazio (cm)
30
45
50
75
170
250
Moto uniformemente accelerato
Spazio (cm)
•
300
200
100
0
Elisa e Cristina
0
20
40
60
tempo (decimi di secondo)
22
Accelerazione
Definiamo accelerazione la variazione di velocità in un certo tempo
A= v (m/s)
t (s)
L’unità di misura dell’accelerazione è metri al secondo quadrato
La caduta di un corpo è un tipico esempio di moto uniformemente
accelerato per effetto della forza di gravità.
Elisa e Cristina
23
Esperimento:
il moto periodico del pendolo
Definizione di pendolo: oggetto
legato ad un filo sospeso ad
un punto fisso; l’oggetto
può oscillare cioè andare
avanti e indietro entro un
periodo ( tempo impiegato
dal pendolo per compiere
un’oscillazione).
Materiale occorrente: oggetti di
materiali diversi, filo, metro,
asta rigida, cronometro.
Procedimento: leghiamo il filo
all’asta rigida, facciamo
oscillare e misuriamo il
periodo con il cronometro
Misuro il periodo
n°oscillazioni tempo tempo di 1 oscillazione
5
7,62 7,62/5=1,524
10 14,74 14,74/10=1,474
15 22,13 22,13/15=1,43
Dopo vari calcoli siamo arrivati alla conclusione che se
raddoppia/triplica il numero di oscillazioni, il tempo
raddoppia/triplica.
Quindi il periodo rimane costante.
Elisa e Cristina
24
Che cosa può modificare il periodo di un pendolo ?
• Il peso o materiale di cui è fatto
• L’altezza di partenza
• La lunghezza del filo
• Il materiale di cui è fatto il filo
Verifichiamo se il periodo dipende dal materiale del
pendolo, dall’altezza di partenza, o dalla lunghezza
del filo.
Conclusioni: a parte piccoli errori sperimentali dovuti
all’imprecisione dei nostri strumenti risulta evidente
che:
Il periodo del pendolo:
• Rimane costante nel tempo; si affievolisce solo per
l’attrito con l’aria
• Non dipende dal materiale di cui è fatto il pendolo
• Non dipende dal materiale del filo
• Non dipende dall’altezza da cui facciamo partire
l’oggetto
• Dipende vistosamente dalla lunghezza del filo
Materiali diversi:
Materiale
tempo 10 oscillazioni
1
14,74
2
14,38
3
14,05
non cambia il periodo
Altezza di partenza:
Altezza
tempo 10 oscillazioni
5
14,71
10
14,58
15
15,05
non cambia il periodo
Lunghezza del filo
lunghezza
tempo 10 oscillazioni
25 cm
10,77=11
50 cm
14,75=15
75 cm
18,31=18
100cm
20,08=20
cambia il periodo
Elisa e Cristina
25
Domanda:possiamo dire che la lunghezza del filo e il periodo sono grandezze
direttamente proporzionali?
Rappresentiamole in un grafico:
Frequenza= n° oscillazioni
tempo (sec)
10,77
14,75
18,31
20,08
lunghezza
25
50
75
100
120
100
lunghezza
Risposta :se aumento la lunghezza
aumenta anche il tempo ma non
proporzionalmente: infatti
raddoppiando la lunghezza il
periodo non raddoppia e triplicando
la lunghezza il periodo non triplica
non possiamo dire pertanto che si
tratta di grandezze direttamente
proporzionali.
10 oscillazioni
80
60
40
20
0
0
5
10
15
20
25
tempo
Elisa e Cristina
26