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Quaderno di fisica della classe 2°B di Pancalieri

a.s. 2004/05

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Indice

Le GrandezzeLe ForzeLa composizione delle ForzeLe leveIl moto

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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

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Le grandezze si dividono in:

• Scalari: Per definirle è sufficiente un numero accompagnato dall’unità di misura.

Sono scalari:1. La capacità di una bottiglia,2. La superficie di un piano3. Il calore posseduto da un

corpo4. Temperatura di un ambiente5. Tempo trascorso6. Massa

• Vettoriali: Per definirle è necessario utilizzare un vettore

Sono vettoriali:1. Peso di una persona2. Lunghezza di una strada3. Velocità di un auto

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Un vettore è una freccia orientata che ha:

1. Punto di applicazione (punto su cui viene applicato il vettore)

2. Direzione (è la retta su cui il vettore è appoggiato)

3. Verso (freccia che indica il verso di percorrenza)

4. Intensità o modulo (il valore del vettore)

Punto di applicazione

Direzione

Verso

Intensità o modulo

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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.

Il corpo era in

movimento e viene fermato.

Il corpo subisce

una deformazio

ne

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Informazioni sulle forze

Esempi di forze:• Forza peso• Reazione vincolar

e• Forza elastica• Pressione• Forza magnetica• Forza di attrito

L’unità di misura delle forze è il Kg peso o il Newton (che equivale a 100g peso), che si misura con il dinamometro.

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La forza peso e la reazione vincolare

La forza peso: 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 .

La reazione vincolare:

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.

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La forza elastica

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)

Peso applicato (N) Allungamento 1 molla (cm) Allungamento 2 molla (cm)1 0,2 0,1

1,5 0,3 0,22 0,5 0,4

2,5 0,6 0,53 0,7 0,7

3,5 0,8 0,84 0,9 1

4,5 1 1,15 1,1 1,2

Legge di Hooke

Legge di Hooke

0

0,2

0,4

0,6

0,8

1

1,2

1,4

0 1 2 3 4 5 6

Peso (N)

Allu

ng

amen

to (

cm)

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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 pressioneMateriale:portapenne,righello,

dinamometroProcedimento: pesare il portapenne con il

dinamometro,misurare le dimensioni del portapenne:

Faccia A =12*19=228 cm²

Faccia B =19*6 =114 cm²

Faccia C =6*12 =72 cm²

PA= 5 =5 = 0,0219 N/cm² PB= 5 =0,0438 N/cm²

228 114

PC=5 = 0,0694 N/cm²

72

B CA

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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.

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Composizione di forze

Su un corpo possono agirecontemporaneamente più

forze.

Caso 1Le forze hanno la stessa

direzione , lo stesso verso e lo stesso punto di

applicazione

Le forze hanno la stessadirezione, lo stesso punto di applicazione ma verso

opposto.

Caso 3Le forze agiscono sullo

stesso punto di applicazione ma direzioni

diverse.

Caso 2

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• 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

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• Caso 2: le forze hanno la stessa direzione, lo stesso punto di applicazione ma verso opposto .

Possiamo sostituire F1 ed F2 con una sola forza : la RISULTANTE, pari alla

differenza di F1 ed F2 .

RISULTANTE =F1-F2 =

F1F2

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• Caso 3: le forze agiscono sullo stesso punto ma con direzioni diverse .

F1

F2

R

F1

F2

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Legge di equilibrio della levaEsperimento: Legge di equilibrio della levaScopo : Vedere quali sono le condizioni che consentono alla

leva di mantenere l’equilibrio Materiale : Asta da sospendere con ganci e pesettiProcedimento: La nostra asta rappresenta una leva nella forma più

semplice: una sbarra di metallo che può ruotare attorno a un punto chiamato fulcro

FulcroApplichiamo da questa parte la potenza P

Braccio: Distanza in cm tra il punto in cui viene applicata la forza e il fulcro.

Applichiamo da questa parte la resistenza R

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Applichiamo una resistenza da un lato a destra e cerchiamo di equilibrarla con una potenza a sinistra. Riportiamo i dati in una

tabella:

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

Conclusioni: Abbiamo verificato che quando la leva è in equilibrio succede questo:

PxBp=RxBr

Questa è chiamata legge di equilibrio della leva

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Una leva è:Un’ asta rigida che può ruotare intorno ad un punto fisso

chiamato fulcro

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

Fulcro PotenzaResistenza

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Generi delle leve:

1. 1° genere: Potenza-fulcro-resistenza (Inter – fulcrata) Esempi: Altalena, Bilancia a due bracci, Forbici, Piede di porco, Remo

appoggiato

2. 2° genere: Potenza- resistenza-fulcro (Inter-resistente)Esempi: Schiaccianoci, Carriola

3. 3° genere: Resistenza-potenza-fulcro (inter –potente)Esempi: pinzette per sopracciglia, scopa, pinze per fuoco ,remo

(pagaia)

F RPP R

FP R

PR F

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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

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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

Moto variot (s) s (m) velocità

0 0 01 4 42 8 43 12 44 19 75 26 76 26 07 26 08 26 09 28 210 30 2

moto vario

0

10

20

30

40

0 5 10 15

tempo (s)sp

azio

(m

)

Serie1

T (s) V=5 m/s V=3 m/s V=2m/s0 0 0 0

0,5 2,5 1,5 11 5 3 22 10 6 43 15 9 64 12 8

Confronto tra velocità

0

5

10

15

20

0 5

Tempo (s)

Sp

azi

o (

m)

V=5 m/s

V=3 m/s

V=2m/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.

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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 7545 17050 250

Moto uniformemente accelerato

0

100

200

300

0 20 40 60

tempo (decimi di secondo)

Sp

azio

(cm

)

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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.

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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

n°oscillazioni tempo tempo di 1 oscillazione5 7,62 7,62/5=1,524

10 14,74 14,74/10=1,47415 22,13 22,13/15=1,43

Misuro il periodo

Dopo vari calcoli siamo arrivati alla conclusione che se raddoppia/triplica il numero di oscillazioni, il tempo raddoppia/triplica.

Quindi il periodo rimane costante.

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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

Materiale tempo 10 oscillazioni1 14,742 14,383 14,05

Altezza tempo 10 oscillazioni5 14,71

10 14,5815 15,05

lunghezza tempo 10 oscillazioni25 cm 10,77=1150 cm 14,75=1575 cm 18,31=18100cm 20,08=20

Materiali diversi:

Altezza di partenza:

Lunghezza del filo

cambia il periodo

non cambia il periodo

non cambia il periodo

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Domanda:possiamo dire che la lunghezza del filo e il periodo sono grandezze direttamente proporzionali?

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.

Rappresentiamole in un grafico:

Frequenza= n° oscillazioni tempo (sec)

10 oscillazioni lunghezza10,77 2514,75 5018,31 7520,08 100

0

20

40

60

80

100

120

0 5 10 15 20 25

tempo

lun

gh

ezza