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V

La misura deLLe grandezze fisiche1

1 La fisica e il mondo 2

2 Le unità di misura e il Sistema Internazionale 4

storia Galileo, il padre della scienza moderna 6

3 La misura di spazi e tempi 8

4 La misura della massa 12

matematica Le potenze di 10 14

5 La densità di una sostanza 16

Video Determinazione della densità di un materiale

matematica Le formule inverse 18

6 La notazione scientifica 20

matematica L’arrotondamento

di un numero decimale 22

7 L’incertezza di una misura 24

laboratorio Gli strumenti di misura 26

8 Cifre significative ed errori sulle misure indirette 28

laboratorio La deviazione standard 30

Esperimenti 32

Video Misura dell’accelerazione di gravità

Video Misura del periodo di un pendolo

In sintesi 34

Per risolvere i problemi 36

Problemi 38

Allenamento per la verifica 42

La rappresentazione di dati e fenomeni2

1 Le rappresentazioni di un fenomeno 44

matematica Le funzioni 46

2 I grafici cartesiani 48

3 Grafici a torta e istogrammi 52

laboratorio I grafici con Excel 54

4 Proporzionalità diretta e correlazione lineare 56

matematica Le proporzioni 58

5 Altre relazioni matematiche 60

6 Grafici ed errori 64

storia Cartesio e la mosca 66

Esperimenti 68

Video Correlazione tra altitudine e pressione

In sintesi 70


Problemi 74


indice

VI

i vettori e Le forze3

1 Gli spostamenti e i vettori 78

Animazione Che cos’è un vettore

2 Operazioni con i vettori 80

Animazione Come si sommano i vettori

matematica Il coseno di un angolo 82

3 La scomposizione di un vettore 84

Animazione La scomposizione di un vettore

4 Le forze 88

5 Gli allungamenti elastici 92

Video Il comportamento elastico di una molla

laboratorio I dinamometri 94

6 Le operazioni sulle forze 96

storia Hooke, le molle e... gli orologi 98

7 Le forze di attrito 100

tecNoloGia La ricerca della forma perfetta 102

Esperimenti 104

Video Gli assi dello smartphone

In sintesi 106


Problemi 110


L’equiLibrio dei corpi soLidi4

1 L’equilibrio di un corpo 114

2 L’equilibrio e l’attrito 118

3 Il momento di una forza 122

storia Leonardo da Vinci e le macchine semplici 124

4 Le coppie di forze 126

tecNoloGia Il freno a disco 128

5 Le macchine semplici 130

6 Il baricentro 134

Esperimenti 138

Video Il piano inclinato

In sintesi 140


Problemi 144


indice

indice

VII

L’equiLibrio dei fLuidi

5

1 La pressione 150

2 La pressione nei liquidi 154

sport Le orecchie del sub 156

3 Il principio di Pascal 158

Animazione Il principio di Pascal

tecNoloGia Il circuito idraulico 160

4 I vasi comunicanti 162

Animazione I vasi comunicanti

Animazione La legge di Stevin

tecNoloGia La torre piezometrica 164

5 La pressione atmosferica 166

tecNoloGia Barometri e manometri 168

6 La spinta di Archimede 170

Video La legge di Archimede

storia Eureka! 172

Esperimenti 174

Video La taratura del barometro

In sintesi 176

In 3 minuti La pressione


Problemi 180


iL moto rettiLineo

6

1 Lo studio del moto 184

tecNoloGia Come fa il GPS a calcolare

lo spazio percorso? 186

2 La velocità 188

3 Il moto rettilineo uniforme 192

Animazione Il moto rettilineo uniforme e la velocità

Video Il moto rettilineo uniforme

4 L’accelerazione 196

Animazione L’accelerazione

sport Nel calcio conta di più la velocità

o l’accelerazione? 198

5 Il moto rettilineo uniformemente accelerato 200

Video Il moto rettilineo uniformemente accelerato

Animazione Il moto uniformemente accelerato

Animazione La legge oraria del moto

uniformemente accelerato

storia La velocità istantanea 202

6 Leggi orarie e grafici 204

Esperimenti 208

Video Il moto rettilineo uniforme

In sintesi 210

In 3 minuti La velocità

In 3 minuti L’accelerazione


Problemi 214


VIII

iL moto neL piano

7

1 Il moto circolare uniforme 220

2 La velocità angolare 224

3 Il moto armonico 228

tecNoloGia Frequenza propria e risonanza 230

4 Il moto parabolico 232

5 La composizione dei moti 236

storia Galileo, Aristotele e le armi 238

Esperimenti 240

Video La giostra

In sintesi 242


Problemi 246


i princìpi deLLa dinamica

8

1 Il primo principio della dinamica 250

Animazione Il primo principio della dinamica

Video La prima legge di Newton (ESA)

2 Il secondo principio della dinamica 252

Animazione Il secondo principio della dinamica

Video La seconda legge di Newton (ESA)

3 Il terzo principio della dinamica 256

Animazione Il terzo principio della dinamica

Video La terza legge di Newton (ESA)

storia Galileo, Newton, Einstein 258

4 Alcune applicazioni dei tre princìpi 260

5 Il moto oscillatorio 264

6 Le forze apparenti 268

tecNoloGia La G–Force 270

7 La forza gravitazionale 272

storia Newton e le leggi universali 274

8 Il moto dei satelliti 276

Esperimenti 280

Video La G–Force

In sintesi 282

In 3 minuti La forza

In 3 minuti F = m ∙ a

In 3 minuti La legge della gravitazione universale


Problemi 286


indice

indice

IX

energia e Lavoro

9

1 Il lavoro 290

Animazione Il lavoro

2 La potenza 294

3 L’energia cinetica 298

tecNoloGia Lo spazio di arresto di un veicolo 300

4 L’energia potenziale 302

5 Lavoro ed energia nei corpi elastici 306

storia Il lavoro 308

6 I mille volti dell’energia 310

ambieNte L’energia dell’acqua 312

Esperimenti 313

In sintesi 314

In 3 minuti Il lavoro

In 3 minuti La potenza

In 3 minuti L’energia cinetica

In 3 minuti L’energia potenziale della forza-peso

In 3 minuti Il teorema dell’energia cinetica


Problemi 318


i princìpi di conservazione

10

1 L’energia meccanica 322

Video La conservazione dell’energia meccanica

Animazione La conservazione dell’energia meccanica

sport Il salto con l’asta 324

2 Quando l’energia meccanica non si conserva 326

tecNoloGia Le montagne russe 328

3 La conservazione della quantità di moto 330

tecNoloGia Il rinculo di un’arma 332

4 La conservazione del momento angolare 334

storia Conservazione della quantità di moto

o delle forze vive? 336

5 La conservazione dell’energia nei fluidi 338

Esperimenti 342

Video L’accelerazione angolare

In sintesi 344

In 3 minuti La quantità di moto


Problemi 348


X

caLore e temperatura

1 La misura della temperatura 352

Video La materia e lo spazio (ESA)

2 La dilatazione termica 356

ambieNte Il lago ghiacciato 358

3 La legge fondamentale della termologia 360

4 I cambiamenti di stato 364

Video Temperatura e passaggi di stato

sport La sudorazione 366

5 La propagazione del calore 368

storia Black e la capacità termica 370

Esperimenti 372

Video Temperatura e radiazione luminosa

In sintesi 374

In 3 minuti La temperatura


Problemi 378


11

La termodinamica

1 L’equilibrio dei gas 382

tecNoloGia Il compressore 384

2 Legami tra volume, temperatura e pressione 386

storia Il foglio Excel di Boyle 388

3 La scala Kelvin e l’equazione dei gas perfetti 390

tecNoloGia Il metro cubo più freddo dell’Universo 392

4 La teoria cinetica dei gas 394

storia Thompson e la crisi del calorico 396

5 Trasformazioni e cicli termodinamici 398

6 Il primo principio della termodinamica 402

7 Le macchine termiche 406

ambieNte Il motore quattro tempi 408

8 Il secondo principio della termodinamica 410

In sintesi 412

In 3 minuti Il primo principio della termodinamica


Problemi 416


12

indice

indice

XIXI

iL suono La Luce

Le caratteristiche delle onde 420

Riflessione e rifrazione 420

Onde e sorgenti sonore 420

Riflessione del suono 421

La propagazione della luce 422

La riflessione della luce 422

Immagine formata da uno specchio 423

La rifrazione della luce 424

Lenti convergenti 424

Lenti divergenti 425

storia Roemer e la velocità della luce 426

Problemi 426

La versione completa delle unità 13 e 14 è disponibile nell’eBook.

iL suono

1 Le onde

2 La propagazione delle ondeambieNte Lo tsunami

3 Le onde sonoretecNoloGia Gli ultrasuoni

4 L’intensità dei suonistoria Antonio Garbasso e la fonotelemetria

5 L’effetto Doppler

Esperimenti

In sintesi

Per risolvere i problemi

Problemi

Allenamento per la verifica

13 14

13

La Luce

1 La natura della luce

2 La propagazione della luce

3 La riflessione della lucestoria Roemer e la velocità della luce

4 La riflessione sugli specchi curvi

5 La rifrazione della luce

6 La riflessione totaletecNoloGia La trasmissione dei dati

7 Le lentitecNoloGia Le lenti per la miopia

Esperimenti

In sintesi

Per risolvere i problemi

Problemi

Allenamento per la verifica

14

XII

fenomeni eLettrostatici

1 Le cariche elettriche E2

2 La legge di Coulomb E4

tecNoloGia La gabbia di Faraday E6

3 Il campo elettrico E8

4 Diversi tipi di campo elettrico E12

tecNoloGia Il moto di una carica E14

5 La differenza di potenziale E16

storia La misura della carica dell’elettrone E18

6 I condensatori E20

tecNoloGia Il touch screen E22

Esperimenti E24

Video Lo schermo misterioso

In sintesi E26

In 3 minuti La legge di Coulomb

In 3 minuti Il campo elettrico

In 3 minuti La differenza di potenziale elettrico

Per risolvere i problemi E28

Problemi E30

Allenamento per la verifica E32

15

La corrente eLettrica continua

1 La corrente elettrica E34

tecNoloGia La battaglia delle correnti E36

2 Le leggi di Ohm E38

3 La potenza nei circuiti elettrici E42

tecNoloGia L’elettricità e il corpo umano E44

4 Resistività e temperatura E46

storia James Prescott Joule E48

5 L’effetto termico della corrente E50

ambieNte Le lampadine E52

Esperimenti E54

Video Quanta corrente assorbe il tuo smartphone?

In sintesi E56

In 3 minuti Le leggi di Ohm


Problemi E60


16

indice

indice

XIII

iL campo magnetico

18

1 Fenomeni magnetici E94

2 Calcolo del campo magnetico E96

3 Il campo magnetico nella materia E100

4 Forze su conduttori percorsi da corrente E102

tecNoloGia Il motore in corrente continua E104

5 La forza di Lorentz E106

storia Oersted e il conflitto elettrico E108

Esperimenti E110

Video La misura del campo magnetico

In sintesi E112

In 3 minuti Il campo magnetico

In 3 minuti La forza magnetica di Lorentz

In 3 minuti La forza di Ampère


Problemi E116


i circuiti eLettrici

17

1 Circuiti in serie E64

2 Circuiti in parallelo E68

storia Thomson e le comunicazioni

transoceaniche via cavo E70

3 La potenza nei circuiti E72

4 La resistenza interna E76

ambieNte L’auto del futuro E78

5 La corrente nei liquidi e nei gas E80

ambieNte Batterie e celle a combustibile E82

Esperimenti E84

Video La ricarica di una batteria

In sintesi E86


Problemi E90


XIV

indice

induzione e onde eLettromagnetiche

19

1 Il flusso del vettore B E120

tecNoloGia Il pickup della chitarra elettrica E122

2 La legge di Faraday-Neumann-Lenz E124

3 Induttanza e autoinduzione E128

tecNoloGia L’alternatore E130

4 I circuiti in corrente alternata E132

5 Il trasformatore E136

storia Michael Faraday E138

6 Il campo elettromagnetico E140

7 Lo spettro elettromagnetico E142

Esperimenti E144

Video Una mappa dell’illuminamento

In sintesi E146


Problemi E150


Le equazioni di maxweLL

20

1 Le equazioni di Maxwell E154

2 Il flusso e la circuitazione del campo magnetico E156

3 La circuitazione del campo elettrico E158

4 Le equazioni di Maxwell e il campo elettromagnetico E160

Problemi E162

storia James Clerk Maxwell E163


indice

XV

La reLatività ristretta

21

1 L’invarianza della velocità della luce E166

2 La relatività della simultaneità E168

3 La dilatazione degli intervalli di tempo E170

4 Altre previsioni della relatività ristretta E172

5 L’intervallo spaziotemporale invariante E174

6 La geometria dello spaziotempo E176

Problemi E178

In 3 minuti E = mc2

In 3 minuti Dilatazione del tempo e

contrazione delle lunghezze

storia Einstein e l’origine della relatività ristretta E179


La meccanica quantistica

22

1 La quantizzazione e l’effetto fotoelettrico E182

2 L’atomo di Bohr e i livelli energetici E184

3 Lo spin e l’esperimento di Stern e Gerlach E186

4 La natura fisica delle grandezze quantistiche E188

5 Gli oggetti quantistici e l’interferenza E190

6 La sovrapposizione degli stati quantistici E192

Problemi E194

In 3 minuti E = h ∙ f

In 3 minuti Il principio di indeterminazione

storia Il dibattito tra Bohr e Einstein E195


XVI

indice

Le frontiere deLLa fisica

23

1 Il principio di equivalenza e la relatività generale E198

2 La gravità e la curvatura dello spaziotempo E200

3 La fisica nucleare e la stabilità dei nuclei atomici E202

4 La radioattività e l’energia nucleare E204

5 La fisica delle particelle e la ricerca dell’unificazione E206

Problemi E208

In 3 minuti La legge del decadimento radioattivo

storia Gli acceleratori di particelle E209


Physics in English APP1

Indice analitico APP8

2

XVII

Alla fine di ogni unità, nelle pagine di ESPERIMENTI troverai una sezione de-

dicata agli esperimenti con lo smartphone.

Si tratta di esperimenti da fare, individualmente o in piccoli gruppi, sfruttando

i sensori (accelerometro, giroscopio, magnetometro...) presenti su quasi tutti gli

smartphone di ultima generazione.

Per effettuare questi esperimenti è necessario scaricare un’applicazione gratuita

che si chiama Physics Toolbox. Questa app è stata sviluppata da Vieyra software

negli USA: usarla sarà anche l’occasione per esercitarti con l’inglese.

La versione completa della app, Physics Toolbox Suite, è al momento disponibi-

le solo per Android e comprende tutti i sensori. Per gli utenti di iOS esistono 3

app separate, anch’esse gratuite, chiamate Physics Toolbox accelerometer, Physi-

cs Toolbox gyroscope e Physics Toolbox magnetometer.

La fisica con Lo smartphone

4 6 8 10 12

-2

-1,5

-1

-0,5

0

0,5

1

1,5

2

2,5

tempo (s)

acc

ele

razi

on

e y

(m

/s2)

2 4 6 8 10 12

-2,5

0

Questa applicazione permette di raccogliere dati utilizzando i diversi sensori

dello smartphone. A ciascun sensore è dedicata una schermata.

I dati acquisiti dal sensore possono poi essere salvati in un file in formato .csv,

compatibile con Microsoft Excel.

Devi disporre quindi di un sistema per trasferire file dallo

smartphone al PC: sono sufficienti un cavo micro USB oppure

una cartella Dropbox o anche solo una casella e-mail.

Infine sul PC dovrà essere installato Excel o un programma

equivalente, per esempio Calc di Open Office. Utilizzeremo

Excel per analizzare i dati acquisiti e creare tabelle e grafici.

Per ogni esperimento trovi nell’eBook un breve video che ti spiega come realizzarlo.

Prima di cominciare, guarda il video introduttivo che abbiamo realizzato per spiegarti passo

passo come installare Physics Toolbox e come trasferire e visualizzare i file. Lo trovi nel sito del

libro online.scuola.zanichelli.it/ruffo-lezioni-azzurra

Buon lavoro!

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