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Fisica e...

Indice

1 Le misure, 1

Unità 1 Misure ed errori, 1Unità 2 Propagazione degli errori, 2

2 Le forze e l’equilibro, 3

Unità 3 Forze e loro misurazione, 3

Unità 4 Vettori ed equilibrio, 4

Unità 5 Equilibrio del corpo rigido, 5

Unità 6 Fluidi, 6

3 Le forze e il moto, 7

Unità 7 Moto rettilineo uniforme, 7

Unità 8 Moto rettilineo uniformemente accelerato, 8

Unità 9 Moto circolare uniforme e moto armonico, 9

Unità 10 Principi della dinamica, 10

Unità 11 Le forze applicate al movimento, 11

4 Energia e conservazione, 12

Unità 12 Lavoro e forme di energia, 12

Unità 13 Principi di conservazione, 13

5 L’equilibro termico, 14

Unità 14 Temperatura e dilatazione, 14

Unità 15 Calore e trasmissione del calore, 15

Unità 16 Modello atomico e cambiamenti di stato, 16

6 La termodinamica, 17

Unità 17 Leggi dei gas perfetti, 17

Unità 18 Principi della termodinamica, 18

7 L’equilibrio elettrico, 19

Unità 19 Fenomeni elettrostatici, 19

Unità 20 Campi elettrici, 20

8 Cariche elettriche in moto, 21

Unità 21 Prima legge di Ohm, 21

Unità 22 Circuiti elettrici elementari, 22

Unità 23 Resistività dei materiali, 23

9 Il magnetismo e l’elettromagnetismo, 24

Unità 24 Campi magnetici, 24

Unità 25 Solenoide e motore elettrico, 25

Unità 26 Induzione elettromagnetica, 26

10 La propagazione delle onde e della luce, 27

Unità 27 Onde elastiche e suono, 27

Unità 28 Luce e strumenti ottici, 28

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UNITÀ 1 • Misure ed errori 1

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MODULO 1 • Le misure

... tecnologia

Il laserLe definizioni di alcune unità di misura fondamentali del Sistema Internazionale si sonomodificate nel tempo. Questo è dovuto al progresso che la scienza e la tecnologia hannocompiuto negli ultimi decenni. In particolare, il fatto di avere definito a partire dal 1983il metro come la «distanza percorsa nel vuoto dalla luce in un tempo pari a1/299 792 458 secondi» è una conseguenza della messa a punto della tecnica laser,che ha permesso di calcolare la velocità della luce c con estrema precisione, trovando:

c = (299 792 458 ± 1) m/s

Quasi trecentomila kilometri al secondo!Il laser è sostanzialmente un dispositivo che può produrre un pennello perfetto epurissimo di luce e concentrare quantità enormi di energia in spazi piccolissimi. Viene utilizzato in telemetria per il funzionamento del telemetro a radar ottico, unostrumento che serve per rilevare con una semplice lettura la distanza di un oggettolontano, al quale non si può accedere direttamente. Tuttavia, sarebbe errato cre-dere che il laser venga impiegato unicamente in settori che poco hanno a che vede-re con la realtà che ci coinvolge quotidianamente. Al contrario, esso viene utilizzato,per fare qualche esempio, nei lettori di codici a barre, nei lettori CD e DVD, nella olo-grafia (metodo di fotografia in rilievo che sfrutta le interferenze prodotte dallasovrapposizione di due fasci laser), nei sistemi di puntamento, nelle stampanti adalta risoluzione, nella microsaldatura, nelle incisioni di precisione, nei bisturi per lamicrochirurgia, nella laserterapia per la cura degli occhi… La nostra vita è ormai condizionata da questa tecnologia! Persino il divertimento, sepensiamo ad alcuni effetti luminosi speciali che si vedono nei film di fantascienza, neiconcerti rock e nelle discoteche.

... internet

B.I.P.M.La sigla B.I.P.M. sta per Bureau International des Poids et Mesures (vale a dire Ufficio Inter-nazionale dei Pesi e delle Misure). Si tratta dell’organismo con sede a Sèvres, vicino a Parigi,preposto alla conservazione dei prototipi internazionali delle unità di misura, alla fabbricazionedei campioni e alla loro distribuzione, al coordinamento delle tecniche di misurazione, ecc. IlB.I.P.M. ha un sito Internet il cui indirizzo è il seguente:

http://www.bipm.org

La lingua utilizzata è il francese, ma c’è la possibilità di usufruire anche della versione in ingle-se, cliccando sull’apposita parola calda. In Italia, invece, un importante centro di metrologia èl’Istituto Nazionale di Ricerca Metrologica di Torino, il cui sito Internet si trova all’indirizzo:

http://www.inrim.it/


UNITÀ 2 • Propagazione degli errori2 MODULO 1 • Le misure

... statistica

Nel Ciclo delle Fondazioni Isaac Asimov, noto scrittore di fantascienza nonché estroverso divul-gatore scientifico, immagina che un uomo, per mezzo di una nuova scienza chiamata Psico-storia, basata sull’applicazione dei metodi matematici alla sociologia, riesca a prevedere congrande precisione il futuro dell’umanità… Ovviamente, in quei romanzi gli effetti della Psico-storia vengono spinti al di là di ogni ragionevole plausibilità. Tuttavia, la Statistica, pur non riu-scendo a fare previsioni con una certezza del cento per cento, grazie all’uso della Matematicasi avvicina in effetti spesso alla verità.Una delle idee alla base di questa disciplina è che se un operatore effettua la misurazione diuna grandezza fisica, questa può essere anche completamente errata; però, se cinque ope-ratori ripetono la stessa misurazione, sarà difficile che tutti sbaglino e sbaglino allo stessomodo, per cui la media aritmetica delle cinque misure risulterà più vicina al valore vero dellagrandezza in questione. Se poi gli operatori sono dieci, il risultato migliorerà ulteriormente. Inaltri termini, le capacità di previsione migliorano con l’aumentare dei dati. In alcuni fenomeniche presentano determinate caratteristiche tecniche, ricorrendo ai metodi e alle leggi dellastatistica si ottengono, sia pure con un margine minimo di errore, ottime approssimazionidegli sviluppi futuri.Un esempio in Fisica è dato dallo studio del comportamento dei gas, che sono formati da unnumero estremamente grande di molecole (teoria cinetica dei gas). Ma anche in campi diver-si da quelli prettamente scientifici la statistica trova interessanti applicazioni: vengono com-missionate, infatti, rilevazioni per mettere a punto una campagna elettorale, per analizzare lemodificazioni delle abitudini dei consumatori, per valutare la ricaduta di una iniziativa pubblici-taria e così via. Molto spesso le indagini vengono svolte tramite il ricorso ai cosiddetti campioni (statisticainduttiva): esaminando i risultati ottenuti con un numero relativamente limitato di individuirispetto alla totalità, si raggiungono delle conoscenze di validità generale. Ovviamente, è neces-sario che il campione non sia troppo ridotto e che sia scelto con oculatezza: un campione for-mato unicamente da calciatori non potrebbe dare risultati rappresentativi dei gusti degli italia-ni sullo sport.Come già detto, le conclusioni di questo tipo di ricerca non possono mai avere il carattere dellacertezza assoluta, in quanto sono sempre in agguato quelli che vengono chiamati errori dicampionamento.

... internet

L’ISTATSe desideri avere accesso ai risultati delle principali indagini svolte sul nostro Paese, visiona-re i dati per quanto concerne l’Università e il lavoro, consultare l’annuario statistico italiano,apprendere come funziona il sistema della statistica ufficiale… allora ti consigliamo il sitodell’ISTAT, l’Istituto Nazionale di Statistica nato nel lontano 1926, dove potrai approfondiretutte queste problematiche:

http://www.istat.it/S. F

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UNITÀ 3 • Forze e loro misurazione 3

... le forze

L’unificazione delle forzeL’esperienza quotidiana ci permette di individuare vari tipi di forze apparentemente molto diver-se fra loro: la forza elastica e quella gravitazionale, la forza elettrica e quella magnetica… Ingenerale, le forze vengono classificate secondo quattro gruppi fondamentali, fissati principal-mente sulla base della distanza a cui le forze stesse agiscono. La seguente tabella sintetizzatale classificazione nel rispetto dell’ordine cronologico nel quale sono state studiate.

... internet

Il CERNSe gli argomenti relativi alla fisica sub-atomica e ai misteri dell’infinitamente piccolo ti affasci-nano, puoi effettuare una prima visita virtuale, particolarmente stimolante, al Laboratorio Euro-peo per la Fisica delle Particelle, vale a dire al CERN (European Organization for NuclearResearch) di Ginevra. Il sito è il seguente:

http://www.cern.ch/Public

Esistono altri tipi di interazione? La risposta non può essere definitiva, perché non si può esclu-dere che in futuro qualcuno riesca a evidenziare nuovi tipi di forze. Tuttavia, gli sforzi dellacomunità scientifica procedono oggi in direzione opposta, cioè verso l’unificazione delle forze:uno degli obiettivi principali della Fisica è, infatti, quello di comprendere tutti i fenomeni natu-rali tramite un numero limitato di leggi. Qualcuno addirittura sostiene che si arriverà a unasorta di superformula che potrà essere scritta su una T-shirt!

tipo di interazione fenomeni in cui si manifesta intensità raggiod’azione

gravitazionale forza peso, attrazione tra corpicelesti

modesta infinito

elettromagnetica

fenomeni macroscopici su scalaridotta oppure microscopici condimensioni non inferiori a quelledel nucleo dell’atomo (fulmini,magneti, luce, legami chimici, ...)

maggiore di quella gravitazionale(per la precisione 1038 volte piùintensa) infinito

forte

legame fra i protoni del nucleoatomico (che, altrimenti, per inte-razione elettromagnetica si respin-gerebbero), i neutroni e i pioni

102 volte più intensa di quellaelettromagnetica 10−15 m

circa

debole

fenomeni che riguardano le par-ticelle elementari quali i neutrini,decadimento beta (se non vifosse l’interazione debole, il Soleesploderebbe come una bombatermonucleare)

minore di quella forte (105 voltemeno intensa)

< 10−15 m

MODULO 2 • Le forze e l’equilibrio

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MODULO 2 • Le


4 MODULO 2 • Le forze e l’equilibrio UNITÀ 4 • Vettori ed equilibrio

... sport

Vettori ed equilibrio

La pallacanestro nacque nel1891 a Springfield (USA), inven-tata dall’istruttore di un collegio,James Naismith. L’obiettivo diquesto gioco consiste nel centra-re, con un apposito pallone, uncanestro sospeso all’altezza di3,05 m. Vi sono dei giocatori chepossono vantare delle medieeccezionali in fatto di tiri liberi: unamericano, Ted St. Martin, haeffettuato consecutivamente2036 lanci andati a segno, men-tre Fred Newman ha centrato diseguito per 88 volte il canestro,pur avendo gli occhi bendati. Que-sti campioni, grazie a un costanteallenamento, hanno interiorizzatouna serie di comportamenti otti-mali alla cui base vi sono ov-viamente delle leggi fisiche.

Vi siete mai chiesti perché il giocatore in occasione di un tiro libero non mira direttamenteal canestro secondo una traiettoria rettilinea, bensì privilegia una traiettoria curvilinea? Riuscite a spiegare come mai durante una corsa, anche se si palleggia spingendo il palloneverticalmente verso il basso, la sfera rimane accanto al giocatore che avanza pur non rice-vendo dalla mano una spinta in avanti? Per poter rispondere a queste domande occorre conoscere le caratteristiche dei vettori.

... internet

Per sapere tutto sul campionato di basket più importante al mondo, quello degli USA, puoi con-sultare il sito della N.B.A.:

www.nba.com

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UNITÀ 5 • Equilibrio del corpo rigido 5

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MODULO 2 • Le forze e l’equilibrio

... architettura

La torre pendenteUno dei monumenti italiani più noti nel mondo è la Torre di Pisa, caratterizzata da una sin-golare pendenza. La sua costruzione iniziò nell’agosto del 1173, ma a un terzo dell’attualealtezza i lavori vennero interrotti a causa di un improvviso cedimento del terreno. Nel 1275vennero innalzati tre piani secondo una linea tendente a contrapporsi alla pendenza, con loscopo di correggere l’inclinazione. L’aggiunta della cella campanaria, infine, risale a metà delTrecento. Dato che la pendenza tendeva ad aumentare di6″ ogni anno (corrispondente a uno spostamentodello strapiombo verso l’esterno pari a 1 mm), sipresentò oltre dieci anni fa un grave problema dinatura statica: la verticale tracciata dal baricentrodella Torre sfiorava ormai i confini della base diappoggio. L’inevitabile conseguenza era che se lapendenza avesse continuato ad aumentare, ilmonumento pisano sarebbe crollato in pocotempo. Infatti, un corpo rigido esteso appoggiatoresta in equilibrio sino a quando la retta abbassa-ta verticalmente dal baricentro del corpo (cioè ilpunto in cui possiamo immaginare concentratotutto il suo peso) rimane all’interno della sua base;non appena esce fuori, si ha la caduta. Per evitare questo evento catastrofico, a partiredal 1990 sono stati fatti degli interventi moltocomplessi e delicati, che hanno lievemente ridot-to l’inclinazione riportandola a una situazione dimaggiore sicurezza. La tecnica utilizzata è stataquella della sottoescavazione, mirante a togliereterreno dalla parte opposta rispetto alla penden-za. Nel 2001, quando la Torre è stata riaperta aivisitatori, la pendenza risultava ridotta di 40 cm.

... internet

Uno sguardo su PisaSe ti vuoi documentare di più sulla Torre di Pisa, per conoscerne meglio le vicissitudini stori-che oppure la cronaca degli interventi per il suo raddrizzamento, puoi trovare materiale esau-riente presso il seguente sito:

http://www.opapisa.it/

Per raccogliere informazioni sulla città toscana, magari perché la tua classe sta organizzandouna gita scolastica, puoi visitare anche il sito:

http://www.pisaunicaterra.it/


6 MODULO 2 • Le forze e l’equilibrio UNITÀ 6 • Fluidi

... tecnologia

Misurazione della pressione del sangueIn medicina si utilizza uno strumento, detto sfigmomanometro, ideato dal medico torineseScipione Riva Rocci (1863-1936), allo scopo di misurare la pressione del sangue. Non so seti è mai capitato di vederlo usare e di chiederti qual è la relazione fra la pressione del sangueche scorre nei vasi e i numeri che il medico legge dopo aver pompato dell’aria.

Cerchiamo di capire. Innanzi tutto, rileviamo che le pressioni sono due.Questo avviene perché la pressione del sangue non è costante: durante lacontrazione il cuore esercita la pressione massima (pressione sistolica),mentre in fase di dilatazione la pressione raggiunge il suo valore minimo(pressione diastolica). Seguiamo le fasi della misurazione. La pompa serve per gonfiare il manicot-to che è stretto attorno al braccio. A un certo punto la pressione applicatadal manicotto gonfiato al braccio interrompe il flusso di sangue nell’arteriasotto il manicotto. Una vite consente l’uscita dell’aria dal manicotto. Il movi-mento del sangue riprende esattamente nell’istante in cui la pressione mas-sima esercitata dal cuore è sufficiente a far fluire il sangue e viene rilevatadall’operatore tramite lo stetoscopio, applicato nella piega del braccio, inquanto si avverte di nuovo il battito cardiaco. In quel momento si legge ilvalore della pressione del manicotto (che sarà uguale alla massima pres-sione esercitata dal sangue nei vasi). Dato che l’aria continua a uscire, giun-ge un istante in cui anche la pressione minima esercitata dal cuore sul san-gue è sufficiente per consentire il libero fluire del sangue. Quando il battitoscompare, si ha la pressione minima e l’operatore può individuare, sempretramite lo stetoscopio, questo momento e quindi leggere il valore della pres-sione del manicotto (che sarà uguale alla pressione minima esercitata dalsangue nei vasi).

... internet

MeteorologiaNon è difficile con un motore di ricerca italiano trovare in Internet dell’ottimo materiale per approfon-dire un argomento direttamente collegato a quello da noi esaminato nell’Unità: la meteorologia.Un sito consigliabile per la rapidità di accesso alle immagini e per le funzioni messe a disposi-zione è quello dell’Aeronautica Militare:

www.meteoam.it

Sono disponibili le previsioni meteorologiche relative all’Italia anche a lungo termine con infor-mazioni su temperature, pressioni, venti e precipitazioni. È sempre visibile l’ultima immaginedell’area euroatlantica fornita dal satellite geostazionario.S

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UNITÀ 7 • Moto rettilineo uniforme 7

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MODULO 3 • Le forze e il moto

... tecnologia

Mach 2 e oltreQual è la massima velocità alla quale può arrivare un uomo usando unicamente i muscoli?Non è difficile rispondere. Se prendiamo come riferimento il record attuale dei 100 m piani,che è di 9,77 s, abbiamo:

Trentasette chilometri all’ora! Con delle punte ancora più elevate nei momenti di maggiorespinta della corsa... Come saprai, però, c’è un animale che in questo settore non ha rivali: ilghepardo. Esso, infatti, può giungere a velocità dell’ordine di 110 km/h (vale a dire 31 m/scirca) e nei cento metri il suo miglior risultato è di 6,8 s, cioè può raggiungere la velocità:

Se dai muscoli passiamo ai motori, allora persino i bolidi dellaFormula Uno possono apparire... lenti. Di recente, un mezzo ter-restre, in realtà più simile a un razzo che a un’automobile, haraggiunto una velocità superiore a mach 1, per la precisione1229,548 km/h. La velocità mach 1 corrisponde a quella delsuono (al livello del mare 1220 km/h). Ma qualsiasi mezzo ter-restre non regge il confronto, se lo paragoniamo agli aerei: per icaccia si parla normalmente di velocità bisonica (cioè superiore amach 2, il doppio della velocità del suono). Quando poi pensiamo ai razzi, per allontanarci dal nostro pia-neta dobbiamo raggiungere ben 11 000 m/s (cioè quasi40 000 km/h), che è la cosiddetta velocità di fuga, che ci con-sentirebbe di fare il giro della Terra in una sola ora! Eppure,basta pensare che in 1 secondo la luce percorre 300 000 km,per renderci conto che, nonostante gli enormi progressi, i mezzicostruiti dall’uomo sono ancora... lentissimi.

v

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= = ≅ΔΔ

1006,8

m/s 53 km/h14 7, ≅

v = =Δ

Δst

100 m/s 37 km/h9 77

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,≅ ≅

... internet

Mezzi di trasportoAvendo parlato in questa Unità di movimento, ti forniamo qui l’indirizzo del sito Internet relati-vo al Museo Nazionale della Scienza e della Tecnicologia “Leonardo da Vinci” di Milano, nelquale un dipartimento è dedicato ai mezzi di trasporto:

http://www.museoscienza.org/


8 MODULO 3 • Le forze e il motoS

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UNITÀ 8 • Moto rettilineo uniformemente accelerato

... educazione stradale

Accelerazione e sicurezzaSe qualcuno ci proponesse di buttarci da un balcone situato al terzo piano di un edificio (si trat-ta di un’altezza di circa 10 m), probabilmente penseremmo che è fuori di senno e ci guarde-remmo bene dall’accettare... E faremmo bene perché a causa dell’accelerazione di gravità (g = 9,81 m/s2), traducendo la caduta in termini numerici senza tenere conto della resisten-za dell’aria, si può calcolare la sua durata in un tempo t = 1,43 s, che porta a una velocità diimpatto al suolo v = 14 m/s, cioè approssimativamente 50 km/h!

Quando giriamo in moto o in automobile e raggiungiamo questa stessa velo-cità, cioè di 50 km/h, non proviamo nessuna sensazione di pericolo, mentreabbiamo visto che la percepiamo come molto pericolosa se relativa a una cadu-ta dal terzo piano. Come mai le cadute verticali sono percepite istintivamente dall’uomo comerischiose, mentre gli impatti orizzontali con la stessa velocità no? La risposta,secondo il fisico Giuliano Toraldo di Francia, va ricercata nella storia dell’uma-nità. La possibilità di effettuare urti in direzione orizzontale contro un ostacolorisale a poco più di un secolo fa, con lo sviluppo di mezzi di trasporto quali itreni, le automobili ecc., mentre gli effetti delle cadute in direzione verticaleerano noti già ai primi uomini. Di conseguenza, non avremmo ancora interioriz-zato questo genere di pericolo in quanto, in termini storici, è un’esperienza trop-po recente. Né l’idea di poter sempre e in qualunque situazione frenare, evitan-do l’incidente, è una valida motivazione alla guida eccessivamente sportiva.Allora è importante mettere in atto tutti quegli accorgimenti, attivi e passivi,che ci evitano la sperimentazione diretta degli effetti catastrofici degli urti. Fraquelli attivi citiamo la guida prudente e rispettosa delle distanze di sicurezza, ilcontrollo frequente delle condizioni del veicolo e così via; tra quelli passivi, l’usodel casco e delle cinture di sicurezza, l’ABS, l’air-bag... Mentre le cinture disicurezza proteggono il torace, l’air-bag (un cuscino che mezzo centesimo disecondo dopo l’urto si gonfia, grazie a piccole cariche esplosive di gas inerte,alla velocità di 180 km/h) serve a proteggere il capo.

... internet

Galileo GalileiGalileo Galilei nacque a Pisa il 15 febbraio del 1564 ed è ritenuto il fondatore del metodo spe-rimentale che è alla base della fisica moderna. Scoprì l’isocronismo delle piccole oscillazioni delpendolo, si occupò di astronomia verificando, tra l’altro, la validità della teoria copernicana.Studiò anche la caduta dei gravi e quindi il moto uniformemente accelerato nella convinzioneche fosse regolato da leggi matematiche. Per avere ulteriori informazioni sul celebre fisicotoscano e sugli strumenti da lui inventati, puoi andare a visitare il “Portale Galileo” all’internodel sito dell’Istituto e Museo di storia della scienza di Firenze:

http://www.imss.fi.it/indice.html


UNITÀ 9 • Moto circolare uniforme e moto armonico 9

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... storia della fisica

La misura del tempoIl problema della misurazione del tempo è stato affrontato dall’uomo sin dall’antichità. In Egitto, peresempio, sono stati ritrovati orologi solari appartenenti ai faraoni vissuti intorno al 1500 a.C., chefunzionavano utilizzando il moto del Sole nella volta celeste. L’esigenza di ottenere una misura piùattendibile fu affrontata in modo rigoroso da uno studioso greco, Anassimandro, che nel VII-VI seco-lo a.C. osservò metodicamente l’andamento dell’ombra del Sole proiettata per terra da un basto-ne: lo strumento che funziona su questo principio prende il nome di meridiana. Sino al 1000 d.C.gli orologi, pur con numerose varianti, restarono sostanzialmente delle meridiane. Il primo veroorologio, basato su un meccanismo ad acqua, fu inventato nel 1086 in Cina. Le esigenze scienti-fiche maturate nel XVI secolo, comunque, resero necessaria l’individuazione di tecniche di misura-zione del tempo migliori e, soprattutto, più precise. Galileo Galilei (1564-1642), il famoso fisicopisano, durante i tentativi per la determinazione della velocità della luce e gli studi sul moto unifor-memente accelerato, incontrò un grave ostacolo proprio nell’impossibilità di ottenere misure del

tempo soddisfacenti. Tuttavia, la scoperta da lui fatta nel 1583 nel Duomo diPisa, che un pendolo impiega lo stesso intervallo di tempo per completareoscillazioni non troppo ampie (fenomeno detto isocronismo delle piccole oscil-lazioni), fu fondamentale. Infatti, circa un secolo dopo, cioè nel 1675, l’olan-dese Cristian Huygens, basandosi sulle proprietà del pendolo e sulla suainvenzione della molla a spirale, contribuì in maniera decisiva alla costruzionedei moderni orologi. Agli inizi del ’900 vennero realizzati i primi orologi dapolso e nel 1912 si svolse la prima gara cronometrata di corsa: gli atleti,arrivando al traguardo, rompevano i fili collegati ai pulsanti di un cronografo.Nel 1967 nacquero gli orologi al quarzo, caratterizzati da un circuito integra-to di dimensioni molto ridotte. Oggi, per le misurazioni che richiedono preci-sioni particolarmente elevate o per l’emissione dei segnali orari si ricorre aquelli atomici, che sfruttano un fenomeno che si ripete regolarmente in alcunitipi di atomi, fra i quali il cesio-133, usato per la definizione del secondo.

... internet

Il pendolo virtuale...Se il pendolo semplice vero, quello materiale visto in laboratorio, fatto cioè di filo inestensibilee relativo peso, non ti ha soddisfatto in quanto ci vuole troppo tempo per accorciarlo e, oltre-tutto, non si ha la possibilità di cambiare l’accelerazione di gravità (perché non può che esse-re quella terrestre!), allora è consigliabile visitare, all’interno del sito dell’Università di Bari,«Leonardo: museo Scientifico Interattivo Virtuale». L’indirizzo è:

http://www.ba.infn.it/~zito/museo/leonardo.html

(Per ottenere da tastiera il carattere ~, basta digitare ALT 126). Per visualizzare un elencoordinato puoi cliccare su materiali ordinati per argomento. Scorrendo la pagina, all’interno deltema meccanica troverai, preceduto dal n.12, proprio il Pendolo semplice. Accanto vi sono deisimboli. Se scegli [S], si apre una scheda illustrativa del tema in lingua italiana. Se clicchi su[O] ti viene presentata l’animazione di un pendolo in cui puoi cambiare i parametri a piacimen-to (tra i quali anche la g!) e osservare in tempo reale che cosa succede.


10 MODULO 3 • Le forze e il motoS

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UNITÀ 10 • Principi della dinamica


Isaac NewtonIl famosissimo fisico inglese Isaac Newton può essere ritenuto uno dei grandi geni della storiadell’umanità. Prima di lui si pensava che esistessero delle leggi fisiche terrestri, che regolavano ifenomeni sul nostro pianeta, e delle leggi fisiche celesti, totalmente differenti dalle altre, a cuiobbedivano le stelle e i pianeti. Newton, con incredibile audacia rispetto alle convinzioni imperan-

ti a quel tempo, sostenne che la forza che induce una mela a cadere al suolo èla stessa che costringe la Luna a ruotare attorno alla Terra. Perciò tutti i moti,sia terrestri sia celesti, sono regolati dalle leggi della dinamica e sono, quindi,riconducibili alla stessa interpretazione matematica. Le sue conclusioni sul motoe lo studio delle sue cause sono esposti con grande precisione e rigore nei Prin-cipia, opera che contiene le leggi della meccanica classica considerate ancoravalide su scala macroscopica, a condizione che i corpi si muovano a velocitàmolto inferiori a quelle della luce. Nessun fisico dopo di lui è riuscito a dare con-tributi significativi alla meccanica classica, campo nel quale ci si è limitati sem-plicemente a trarre delle conseguenze a partire sempre dai principi esposti daNewton. La profondità del suo pensiero, oltre a un carattere non troppo aper-to, probabilmente fu la causa delle difficoltà che egli incontrò nei rapporti con icontemporanei. Con Leibniz, per esempio, filosofo e scienziato tedesco, si acce-se una disputa scientifica piena di acredine e senza esclusione di colpi. Ricordiamo, infine, che Newton tra l’altro fu uno dei fondatori del calcolo infi-nitesimale, una branca fondamentale della matematica, e si occupò dellanatura della luce, giungendo in tale settore a elaborare ipotesi interpretativeritenute tuttora, almeno in parte, valide. Nella seconda parte della sua esi-stenza, segnale di un animo inquieto e tormentato, si dedicò persino all’alchi-mia, una disciplina a cavallo tra la scienza e la magia.

... internet

Cambridge e dintorniIl sito di una università scozzese (University of St Andrews) offre un ipertesto nel quale, graziea numerosi link, puoi approfondire le tue conoscenze su Isaac Newton. L’indirizzo è:

http://www-history.mcs.st-andrews.ac.uk/history/Dall’opzione Biographies Index si passa a un indice dei nomi di scienziati. Se scegli Newtongiungerai a una schermata che riporta i dati anagrafici del famoso fisico, la sua immagine conpossibilità di ingrandimento e una biografia esauriente, che comprende parole calde per visua-lizzare la sua casa natale o per effettuare collegamenti alle sezioni riguardanti altri uomini illu-stri (Aristotele, Galileo, Hooke, ...). Tra i link, è molto utile quello indicato come Isaac NewtonInstitute, Cambridge, che ti collega al sito:

http://www.newton.ac.uk/newton.htmlQui l’opzione Isaac Newton on the Web ti mette al corrente su ciò che puoi trovare sullo scien-ziato inglese nelle pagine web dell’intera rete mondiale.

Frontespizio dell’opera Principia, scritta daNewton.


UNITÀ 11 • Le forze applicate al movimento 11

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... biologia

Gli effetti dell’assenza di gravitàsull’organismo umanoGli astronauti, durante i voli spaziali, sperimentano a lungo una situazione di assenza di gravità.Quali conseguenze ha sull’organismo umano una condizione così insolita, rispetto a quelle nor-mali che si hanno sulla Terra? L’uomo sul nostro pianeta trascorre tutta la vita in un ambien-te soggetto alla forza peso, per cui i muscoli ne avvertono continuamente gli effetti e si muo-vono in modo da consentirci di stare in piedi, sederci oppure sdraiarci. Oltre ai muscoli, cisono altre parti del corpo sensibili alle conseguenze della gravità. I principali recettori si tro-vano nella parte interna dell’orecchio: vengono chiamati otoliti e sono due sacchetti conte-nenti dei cristalli immersi in una specie di gel. I cristalli si muovono e si orientano a secondadella posizione che assumiamo, essendo sensibili all’accelerazione verso il basso determinatadalla forza di gravità. In base alla loro posizione, il cervello trae informazioni sull’orientamentospaziale dell’organismo. Quando si sale su un’astronave e si esperimenta l’assenza di gravità,

la mancanza degli stimoli abituali che ci permettono di distinguere l’alto dalbasso provoca un notevole disorientamento e in molti astronauti (circa lametà) si manifestano nei primi giorni vari disturbi quali mal di testa, inappe-tenza, nausea, difficoltà di concentrazione... In poco tempo, tuttavia, l’uomosi adatta alla nuova situazione e questo genere di sintomi scompare.Un secondo gruppo di conseguenze è legato alla scomparsa del peso sui flui-di del corpo, per cui le vene del collo si inturgidiscono, il viso si gonfia e legambe si assottigliano. Inoltre, la cavità nasale e i seni frontali si congestiona-no, provocando una sensazione simile a quella che dà il raffreddore. La rea-zione alla ridistribuzione dei liquidi provoca una serie di effetti secondari fra iquali una forma di anemia, che però si risolve al ritorno a Terra.L’ultimo gruppo di conseguenze colpisce i muscoli, che tendono ad atrofizzar-si per mancanza di esercizio, e le ossa, che si deteriorano in seguito alla per-dita di tessuto osseo. Contemporaneamente, questa carenza determina unaumento del calcio nell’organismo, favorendo la formazione di calcoli renali.

... internet

La NASAParlando di attrazione gravitazionale, non poteva mancare a questo punto il sito Internet del piùgrande ente spaziale mondiale, la National Aeronautics and Space Administration (ovvero la NASA):

http://www.nasa.gov/

Ti segnaliamo la sezione For Students, all’interno della quale si possono scegliere i percorsi ela-borati per ogni ordine scolastico, dalla scuola elementare (Grades K-4, pensato per i bambini,ma utile a chiunque prediliga un approccio semplice e schematico) sino all’università.


12 MODULO 4 • Energia e conservazione UNITÀ 12 • Lavoro e forme di energia

... l’energia rinnovabileQuasi il 90% dell’energia che utilizziamo sul pianeta Terra proviene dalla trasformazionedell’energia chimica immagazzinata nei combustibili fossili quali il petrolio, il carbone o il gasnaturale, che si sono formati nel sottosuolo in milioni di anni grazie a un processo di fossiliz-zazione di resti animali e vegetali. Queste sostanze sono utilizzate per produrre la benzina, lanafta o il cherosene per gli impianti di riscaldamento; oppure, vanno ad alimentare le centralitermoelettriche allo scopo di ottenere l’energia elettrica, di facile utilizzo e trasportabilità, cheraggiunge le case, i negozi e le fabbriche attraverso una capillare rete di distribuzione. Tutta-via, i combustibili fossili, che hanno il pregio di un alto rendimento, non sono rinnovabili e altempo stesso, bruciando, liberano nell’atmosfera prodotti inquinanti. La ricerca di altre sor-genti di energia sta diventando un problema sempre più pressante. Oltre all’energia nucleare,che comunque presenta come conseguenza la produzione di scorie radioattive il cui smalti-mento risulta particolarmente complesso, l’attenzione si sta concentrando su quei tipi di ener-gia ai quali si può attingere senza scaricare sull’ambiente sostanze nocive e senza consumarele risorse limitate del nostro pianeta: le energie rinnovabili. Riassumiamo in un breve schema le più importanti forme di energia rinnovabile.

... internet

Un sito sull’energiaSul tema energetico ci limitiamo a segnalarti il sito che riguarda l’ENEA, vale a dire l’Ente per le Nuovetecnologie, l’Energia e l’Ambiente, che è un organismo statale:

http://www.enea.it/

Energia... Caratteristiche

idroelettrica è basata sullo sfruttamento dell’energia cinetica dell’acqua che scende a valle(fornisce solamente circa il 7% dell’energia totale)

solare è utilizzata per mezzo dei pannelli solari e delle celle fotovoltaiche

geotermica è prodotta dal vapore presente sotto la superficie terrestre a causa del riscal-damento dell’acqua provocato dalle rocce fuse ad alta temperatura

eolica è generata facendo ricorso all’energia cinetica del vento

delle maree è ottenuta sfruttando il movimento di enormi quantità di acqua negli estuari deifiumi a causa delle maree

delle onde del mare è ricavata nelle zone costiere grazie al moto di andirivieni delle onde

Fra le energie rinnovabili possiamo inserire anche l’energia delle biomasse, ricavata dalla com-bustione di rifiuti di tipo organico, anche se quest’ultima, a differenza delle altre, presenta l’in-conveniente di provocare un certo inquinamento.

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UNITÀ 13 • Principi di conservazione 13

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MODULO 4 • Energia e conservazione

... i principi di conservazione

I principi di conservazione sono il riflesso della convinzione che nella mutevole realtà in cuitutto cambia continuamente, c’è qualcosa che si conserva immutato. Trovare ciò che noncambia costituisce un prezioso metodo di indagine, in quanto consente di applicare ciò che giàsi conosce a qualcosa che è ancora totalmente o in parte sconosciuto.Analizziamo in breve il percorso di elaborazione di alcuni di questi principi. L’idea che la mate-ria, e quindi la massa, si conservi la ritroviamo già nell’antica Grecia. Nel V secolo a.C. Empe-docle affermava che la materia non può essere creata o distrutta, ma soltanto trasferita da uncorpo all’altro; ed Epicuro aggiungeva che la materia è eterna, mentre cambiano le associa-zioni degli atomi che la compongono. A questa teoria si opponevano le correnti di pensiero,che si affermarono nettamente durante il Medioevo, le quali contrapponevano la materia,destinata a durare un tempo limitato, allo spirito eterno. Solo nel 1600 un filosofo inglese,Francesco Bacone (1561-1626), riprendeva il concetto che niente può essere creato a par-tire dal nulla. Alla fine del XVIII secolo, Antoine-Laurent Lavoisier (1743-1794), considerato il

fondatore della Chimica moderna, postulò con rigore scientifico che la materianon si crea in nessun tipo di trasformazione e quello che avviene, per esempioquando un pezzo di legno brucia e scompare, altro non è che una ricombinazio-ne degli elementi che compongono la materia stessa.Anche la conservazione della quantità di moto è frutto di una lunga elaborazione.Nel Medioevo si pensava che nessun moto potesse durare all’infinito, per cui gliScolastici, esponenti di un’importante corrente filosofica, ritenevano che i mondicontinuassero nel loro incessante moto grazie all’azione diretta e costante di Dio.A tali pensatori si contrapposero coloro che, a partire da Ockham (1290-1349),sostenevano che un corpo in moto possedesse un impeto che lo induce a prose-guire nel movimento. Questa visione influenzò, fra gli altri, il grande matematicoe filosofo René Descartes (1569-1650), detto in Italia Cartesio. Egli sostenevache Dio avesse inizialmente impresso all’Universo una quantità di moto destinataa conservarsi per sempre. Cartesio definì tale grandezza come prodotto tramassa e velocità. Verso la fine del XVIII secolo le dispute si conclusero e il princi-pio di conservazione della quantità di moto entrò a far parte della Fisica moderna.

... internet

Gli sport invernaliIn questa Unità abbiamo varie volte fatto riferimento al pattinaggio su ghiaccio. Per una navi-gazione distensiva su questo argomento, puoi collegarti al sito della Federazione Italiana SportInvernali:

http://www.fisi.org/

oppure a quello relativo alle Olimpiadi invernali del 2010, con sede a Vancouver:

http://www.vancouver2010.com

Qui puoi accedere alle informazioni (in inglese) sulle ultime olimpiadi invernali.


14 MODULO 5 • L’equilibrio termicoS

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UNITÀ 14 • Temperatura e dilatazione

... tecnologia

La termoregolazioneLa tecnologia moderna ci ha abituati alla possibilità che accadano determinati eventi a causadel variare della temperatura. Esistono impianti antincendio che fanno scattare l’allarme quan-do la temperatura supera un valore prefissato, caldaie che interrompono il funzionamentoquando raggiungono una temperatura prescelta, caffettiere o teiere elettriche che si spengo-no quando la bevanda è pronta. Come fanno questi apparecchi a percepire il valore della tem-

peratura al fine di operare delle scelte? Vengono utilizzati dei dispositivi, detti termo-stati o termoregolatori, dotati di una lamina, detta bimetallo, formata da due metallicon coefficienti di dilatazione termica significativamente diversi.Vediamo come sono impiegati in un sistema di allarme antincendio. Un estremo del bime-tallo viene connesso a un circuito elettrico, mentre l’altro è lasciato libero. Supponiamo chei due metalli utilizzati siano ottone (λ = 18,68 ⋅ 10−6 °C−1) e acciaio (λ = 12,40 ⋅ 10−6 °C−1).A temperatura ambiente la lamina è diritta e il circuito è aperto; se però la temperaturaaumenta, l’ottone, dilatandosi più rapidamente (il suo coefficiente di dilatazione termicalineare è infatti maggiore), porta la lamina a flettersi dalla parte dell’acciaio. Quando poila temperatura raggiunge un certo valore, l’incurvatura provoca il contatto del secondoestremo con il circuito elettrico, per cui si ha il passaggio della corrente elettrica chedetermina l’azionamento dell’allarme, di solito una sirena. Ovviamente, quando la tempe-ratura scende, si ha il processo inverso. Sostanzialmente, il bimetallo funziona da inter-ruttore che si apre e si chiude in risposta al variare della temperatura.

... internet

MeteorologiaI concetti di temperatura e di variazione della densità dell’aria con la temperatura sono sicu-ramente alla base degli studi meteorologici, soprattutto per una maggiore precisione delleprevisioni a breve e medio termine. Da questo punto di vista, ti suggeriamo il sito:

http://www.eurometeo.com/nel quale ci sono le mappe con le distribuzioni delle temperature (Carte), oppure, cliccando suImmagini, le immagini dal satellite dell’Europa e dell’Italia continuamente aggiornate. Tra le curio-sità, attivando la parola chiave Webcam hai la possibilità, scegliendo Italia, di avere le fotogra-fie di varie località italiane rilevate con prefissati intervalli di tempo e verificare così direttamen-te, se sei fortunato, la situazione climatica della spiaggia o del luogo... dove vorresti andare.

Come difendersi dal fuocoSicuramente l’Istituto che frequenti è dotato di dispositivi antincendio ed è probabile che tu e i tuoicompagni abbiate effettuato le prove di evacuazione per simulare eventi come gli incendi o i terre-moti. Se questi aspetti legati alla sicurezza ti hanno in qualche modo colpito, per un primo approc-cio alla problematica nel suo complesso, ti segnaliamo il sito del Corpo Nazionale dei Vigili del Fuoco:

http://www.vigilfuoco.it/Tra le tante possibilità, puoi accedere alle pagine dedicate a Scuola Sicura e alla Legge 626.


UNITÀ 15 • Calore e trasmissione del calore 15

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MODULO 5 • L’equilibrio termico

... ecologia

L’effetto serraLa Terra viene investita di continuo dalle onde elettroma-gnetiche (in gran parte raggi solari) che nel complesso ten-dono, a causa dell’energia che trasportano, a riscaldarla.Ma, grazie al fatto che il nostro pianeta a sua volta irraggiain ogni istante nello spazio una quantità di energia uguale aquella assorbita, si dovrebbe avere un bilancio termico in…pareggio. Un ruolo decisivo sotto questo aspetto lo svolge lapresenza nell’atmosfera dell’anidride carbonica (CO2), un gasche lascia passare la radiazione luminosa proveniente dalSole, ma impedisce a un particolare tipo di onda elettroma-gnetica emessa dalla Terra (la radiazione infrarossa) didisperdersi nell’Universo. Questa azione, nota appunto comeeffetto serra, poiché alcune radiazioni del Sole rimangono

“intrappolate” e la temperatura è più alta rispetto all’esterno, è indispensabile per la sopravvi-venza: in sua assenza la temperatura media scenderebbe a livelli non compatibili con la vita.

Negli ultimi secoli, però, l’uomo ha sfruttato in maniera intensiva le risorse energetiche di naturafossile (carbone, petrolio, metano, ...), tramite processi di combustione nei quali vi è un’ingenteproduzione di anidride carbonica. Contemporaneamente, è iniziato un processo di deforesta-zione che contribuisce all’incremento dell’anidride carbonica con un conseguente innalzamen-to della temperatura della superficie terrestre.Le previsioni non sono concordi, ma la maggior parte di esse indica per il 2050, perdurando leattuali tendenze, una temperatura media superiore a quella attuale di 1,5 ÷ 3,5 °C. Può sem-brare un’inezia, tuttavia ciò basterebbe a provocare la desertificazione di zone attualmentetemperate e lo scioglimento dei ghiacciai in Antartide e in Groenlandia. È un quadro indubbiamente allarmante che suggerisce la necessità di ridurre urgentemente leimmissioni di anidride carbonica, utilizzando in misura maggiore fonti di energia che hanno unlimitato impatto ambientale, come quelle idroelettrica, solare, eolica ecc.

... internet

Il controllo del climaPer seguire l’evoluzione del clima terrestre nella rete, è di notevole interesse il sito del SINA(Sistema Informativo Nazionale Ambientale):

http://www.sinanet.apat.it/

Le diverse aree tematiche permettono di ottenere dati su atmosfera, biosfera, idrosfera, geo-sfera, rifiuti, radiazioni ionizzanti, radiazioni non ionizzanti e rumore. Nella pagina dedicata alclima ti viene offerta la possibilità di saperne di più sulle problematiche riguardanti l’effettoserra.

radiazioni del Sole

35 °C (dentro)20 °C (fuori)


16 MODULO 5 • L’equilibrio termicoS

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UNITÀ 16 • Modello atomico e cambiamenti di stato

... tecnologia

La pentola a pressioneA livello del mare l’acqua bolle a 100 °C, perché questa è la temperatura alla quale la pres-sione del vapore saturo uguaglia la pressione esterna. In una pentola a chiusura ermetica lapressione del vapore che si viene a trovare sopra il liquido risulta molto elevata, in quanto lemolecole che passano allo stato di vapore non possono andare via e restano confinate in unospazio chiuso. Pertanto, occorrono temperaturepiù elevate di 100 °C, affinché la pressioneall’interno delle bolle d’acqua sia tale da uguaglia-re la pressione sovrastante e avviare l’ebollizione.Questo fatto comporta che il cibo nell’acqua rag-giunga temperature maggiori di 100 °C e chequindi i tempi di cottura risultino significativamen-te ridotti. Ovviamente, è indispensabile impedireche la pressione dentro la pentola aumenti senzalimiti poiché, superati certi valori, c’è il rischio diun’esplosione. Per questa ragione, sul coperchioè presente una valvola di sicurezza: ogni volta chela pressione supera un valore prefissato, la valvo-la si solleva, permettendo la fuoriuscita (che pro-duce anche una specie di sibilo) di una modestaquantità di vapore, in modo da mantenere lapressione interna costante.

... internet

Navigando attorno alla molecolaUn sito che sicuramente troverai coinvolgente, grazie alle sue semplici ma efficaci animazioni,è Physics 2000, creato dall’Università del Colorado, ma di cui il Dipartimento di Fisica dell’Uni-versità di Milano ha curato la versione italiana:

http://www.mi.infn.it/~phys2000/ (il simbolo ~ si ottiene con ALT+126, digitando inumeri dal tastierino numerico)

In realtà, l’argomento trattato è relativo alla Fisica moderna; in ogni caso, cliccando in bassosu Applets, puoi visualizzare un lungo elenco di animazioni, alcune delle quali riguardantil’atomo o le molecole (Una Molecola Dipolare in un Campo Variabile, I Modelli Atomici di Schrö-dinger e Bohr, Orbite).


UNITÀ 17 • Leggi dei gas perfetti 17

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MODULO 6 • La termodinamica

... fisiologia

Le immersioni subacqueeNell’agosto del 1999 Gianluca Genoni ha raggiunto in apnea, nelleacque della Sardegna, i 136 metri di profondità. L’impresa ha dav-vero dell’incredibile in quanto sino a poco tempo fa i medici soste-nevano che fosse impossibile per gli esseri umani arrivare a similiprofondità. Infatti, man mano che si scende, la pressione aumentadi circa un’atmosfera ogni 10 metri di profondità (per la legge diStevino) e quindi a 136 metri la pressione raggiunge l’elevatissimovalore di quasi 15 atmosfere (considerando anche la pressioneatmosferica). La conseguenza prevista dagli esperti era uno schiac-ciamento della cassa toracica: secondo la legge di Boyle e Mariot-te, infatti, a un aumento della pressione esterna corrisponde unadiminuzione del volume, per cui la forte compressione degli alveolipolmonari avrebbe dovuto portare a una implosione del torace. Tuttavia, queste previsioni non si sono verificate perché si èappurato che l’organismo reagisce all’aumento della pressioneesterna richiamando sangue dagli organi periferici e convoglian-dolo verso gli organi fondamentali per la sopravvivenza (cervello,cuore, polmoni,…). L’afflusso di liquido, che è incomprimibile,nella cassa toracica permette di contrastare dall’interno la spin-ta esercitata dalla pressione esterna. Il fenomeno, definito blood-shift, è presente anche nei mammiferi marini quali le balene, chepossono raggiungere in immersione i mille metri di profondità!

... internet

Ambiente ed ecologiaSe vuoi saperne di più su tutto ciò che riguarda l’ambiente e l’ecologia, oltre ai siti dedicati inte-ramente all’argomento (rintracciabili con gli usuali motori di ricerca), puoi trovare del materialepiuttosto valido nel sito del Ministero dell’Ambiente:

http://www.minambiente.it/

Le tematiche generalmente trattate sono: le energie rinnovabili, il riciclaggio dei rifiuti, l’impat-to ambientale delle tecnologie, i cambiamenti climatici, le biotecnologie, l’effetto serra, l’inqui-namento delle città, la tutela delle acque e così via.Altri pulsanti della home page sono dedicati alla legislazione, ai collegamenti con altri siti isti-tuzionali e non, agli avvenimenti e alle iniziative.


18 MODULO 6 • La termodinamicaS

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UNITÀ 18 • Principi della termodinamica

... ambiente

Il problema energeticoL’uomo ha bisogno di energia: da quella biochimica ricavata dal cibo per la sopravvivenza aquella termica per il riscaldamento, da quella meccanica per gli spostamenti a quella elettricaper il funzionamento di un computer... Nell’ultimo secolo il fabbisogno energetico è cresciutoin maniera esponenziale, come si può notare nel grafico della figura.Nel 1973 la crisi petrolifera mostrò la fragilità del mondo industrializzato a causa della com-pleta dipendenza dal petrolio, sia per la produzione dei carburanti sia per la fabbricazione diprodotti quali le materie plastiche.Per più di due secoli il modello di sviluppo si era basato sullo sfruttamento indiscriminato dellefonti di energia, senza tenere conto del loro possibile esaurimento, degli sprechi dovuti all’uso

poco razionale, dell’impatto della produzione industriale sull’ambiente. Negli ultimidecenni si è avuta da questo punto di vista una svolta, per cui si è diffusa la cultura delriciclaggio, del risparmio energetico, delle energie rinnovabili. Si è preso coscienza delfatto che il nostro Pianeta ha risorse limitate e un equilibrio piuttosto delicato e si ècominciato a ragionare in termini di sviluppo sostenibile. In questa direzione il secondo principio della termodinamica evidenzia che l’utilizzodell’energia termica è soggetto a forti limitazioni, per cui è auspicabile che si facciaricorso a essa il meno possibile o si cerchi per lo meno di ottimizzare i processi di tra-sformazione energetica, evitando gli sprechi dovuti a salti termici troppo elevati trasorgente e utilizzatore. Per il riscaldamento domestico sia degli ambienti sia dell’acqua, essendo necessariaenergia termica poco pregiata in quanto a bassa temperatura, è opportuno usare ipannelli solari e le pompe di calore, anziché la pregiata e costosa energia elettrica comeaccade con certi scaldabagni. Una soluzione interessante già sperimentata in diversecittà italiane è quella del teleriscaldamento, un sistema nel quale, attraverso il caloregenerato come sottoprodotto durante il funzionamento delle centrali termoelettriche odi smaltimento dei rifiuti, si ottiene acqua calda che viene poi distribuita nelle case, dovepuò passare nelle condutture degli impianti già esistenti, con opportuni tubi sotterranei.

... internet

I motoriTra i tantissimi siti su questo tema, molti a carattere commerciale (che però talvolta offronoschemi e immagini interessanti), abbiamo scelto il Museo virtuale del Politecnico di Torino. Ilsuo sito è il seguente:

http://www.museovirtuale.polito.it/

Cliccando in alto su La memoria e poi su Le collezioni si apre un menu relativo a ciò che offreil museo in relazione a vari argomenti fra cui elettronica, elettrotecnica, fisica, idraulica, mec-canica. Selezionando quest’ultimo soggetto, troverai una ricca raccolta di immagini di motoriper autoveicoli e motoveicoli che potrai opportunamente ingrandire.

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oggi

trasporti

agricolturae industria

usidomesticifabbisognoalimentare


UNITÀ 19 • Fenomeni elettrostatici 19

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MODULO 7 • L’equilibrio elettrico

... tecnologia

La fotocopiatriceLa riproduzione di pagine con la fotocopiatrice avviene grazie all’applicazione dei fenomeni elet-trostatici. La parte fondamentale di questa macchina, oggi indispensabile, è costituita da uncilindro di alluminio, un ottimo conduttore, ricoperto con uno strato di selenio fotoconduttore,il quale è isolante al buio, ma diventa conduttore quando viene colpito dalla luce. Il processo di fotoriproduzione può essere schematizzato in cinque fasi.1) Il selenio, al buio, viene caricato positivamente. Essendo un isolante, trattiene la carica.2) La luce viene fatta riflettere sulle parti bianche del documento e poi, mediante un sistema di

lenti, è focalizzata sul cilindro. Le zone del selenio colpite dalla luce diventano conduttrici, per cuida lì le cariche fuggono verso il cilindro centrale di alluminio: così tali aree diventano elettrica-mente neutre. Contemporaneamente, in corrispondenza delle zone scure del documento il sele-nio, non essendo illuminato, conserva la propria carica positiva. In definitiva, il documento si ètrasformato in un insieme di parti neutre e di parti cariche positivamente sul selenio del cilindro.

3) Il toner, costituito da minuscole palline di plastica ricoperte da granellini di carbone, vienecaricato negativamente e distribuito in modo omogeneo sul cilindro. Tuttavia, a causa dellasua carica, aderisce solamente alle aree di selenio che hanno carica positiva e che corri-spondono alle parti scritte.

4) Un foglio di carta viene premuto sul cilindro. Dato che il foglio è stato precedentementeelettrizzato con una carica positiva maggiore di quella del cilindro, il toner negativo che siera depositato sulle aree positive del selenio viene attratto dal foglio e vi si trasferisce.

5) Il foglio di carta, con il toner che vi ha aderito, viene fatto passare attraverso dei rulli riscal-dati. Le piccolissime palline di plastica del toner fondono, facendo aderire il carbone al foglio.

La fotocopia è pronta!

... internet

Macchine elettrostaticheSe vuoi trovare informazioni sulle macchine elettrostatiche, puoi esplorare le collezioni delMuseo di fisica dell’Università “La Sapienza” di Roma, all’indirizzo:

http://www.phys.uniroma1.it/DipWeb/museo/home.htm

Clicca su “Sezioni del museo” per accedere alle pagine dedicate all’elettricità.

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20 MODULO 7 • L’equilibrio elettrico UNITÀ 20 • Campi elettrici

... medicinaL’elettrocardiogrammaIn medicina diversi strumenti diagnostici quali l’elettrocardiografo e l’elettroencefalografo sfrut-tano il fatto che fra le diverse parti del corpo umano vi sono delle piccole differenze di poten-ziale dell’ordine delle decine o centinaia di microvolt (10−6 V).Infatti, le cellule muscolari e nervose per svolgere le loro funzioni biologiche utilizzano atomi emolecole ionizzati (che presentano cioè carica positiva o negativa). In questo modo vengono adeterminarsi dei campi elettrici che interessano la superficie del corpo, i quali danno origine adifferenze di potenziale rilevabili strumentalmente. Nell’elettrocardiografia si applicano coppie di elettrodi in punti tra i quali la differenza di poten-ziale varia in relazione al battito cardiaco. Tale variazione viene registrata per un certo inter-vallo di tempo tramite un apposito grafico: si ha così l’ElettroCardioGramma (abbreviato inECG). Esso è caratterizzato, nel caso di un cuore sano rispetto a uno malato, da un anda-mento regolare, consentendo al medico una diagnosi corretta.

... tecnologiaLa tastieraIn certi tipi di tastiera, come quelli per computer, i tasti sono dei veri epropri condensatori a capacità variabile, in grado perciò di generare unsegnale elettrico. L’armatura superiore è costituita da una lamina metal-lica mobile collegata a uno stantuffo, sulla cui sommità è posizionato iltasto. L’altra armatura, separata dalla prima da un dielettrico, è una lami-na metallica fissa. Quando si preme il tasto, lo stantuffo causa l’avvicina-mento della lamina superiore a quella inferiore: diminuendo la distanzafra le armature, aumenta conseguentemente la capacità (C = ε ⋅ S/d). Lapresenza del dielettrico è necessaria per fare in modo che la variazionedi capacità sia più alta, rendendo il segnale elettrico associato più forte.

... internetVisita virtuale a una centrale elettricaSe i fenomeni elettrici ti hanno incuriosito e già desideri cominciare a sapere in che modoviene prodotta effettivamente quella forma di energia tanto importante nelle nostre case, valea dire l’energia elettrica, ti consigliamo il sito

http://www.enel.it/VisitaCentrali/main.htm

dove, hai la possibilità di conoscere le centrali suddivise in Termoelettriche, Idroelettriche,Fotovoltaiche, Eoliche, Geotermiche, a Carbone. Ogni volta che selezioni una tipologia, puoiavere informazioni sulle caratteristiche e sul funzionamento dei diversi impianti.

dielettrico

armaturafissa

armaturamobile

tasto

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UNITÀ 21 • Prima legge di Ohm 21

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MODULO 8 • Cariche elettriche in moto

... tecnologia

Effetti della corrente elettrica sul corpo umanoL’organismo umano è piuttosto vulnerabile se viene attraversato dalla corrente elettrica. Glieffetti possono andare da bruciature più o meno localizzate ad alterazioni nella composizionechimica dei liquidi cellulari, per arrivare nei casi più seri a contrazioni muscolari che possonoprovocare l’arresto cardiaco o respiratorio. La gravità delle conseguenze dipende da vari fat-tori quali la resistenza elettrica offerta dal corpo, l’intensità della corrente, il tempo di duratadel contatto. La resistenza dell’organismo è piuttosto complessa da determinare, ma in generale scende davalori massimi dell’ordine di 105 ÷ 106 Ω, se la pelle è integra e asciutta, a valori minimi

dell’ordine di 102 Ω, se la pelle è bagnata. Questo aspetto è estrema-mente importante poiché, a parità di tensione alla quale il corpo vieneincidentalmente sottoposto, l’intensità di corrente che lo attraversapuò arrivare a valori insostenibili, nell’eventualità che in quel momentola sua resistenza sia particolarmente bassa. Per correnti di intensitàmaggiore di un decimo di ampere, l’uomo non riesce più a controllarei propri muscoli: il cuore può entrare in fibrillazione, cioè comincia abattere in modo irregolare fino a fermarsi, oppure si può avere un bloc-co della respirazione. Si capisce allora perché un’elementare norma disicurezza consiglia di non entrare in contatto con apparecchi elettrici (ilphon, la radio ecc.) quando siamo bagnati o non isolati. Nondimeno, è necessario che anche gli utilizzatori e gli impianti dome-stici siano sicuri. A tale scopo servono il filo di terra e l’interruttore dif-ferenziale magneto-termico (vedi foto). Il primo consente la dispersioneverso terra della carica che dovesse accumularsi in una parte dell’elet-trodomestico con cui possiamo venire a contatto, mentre il secondointerrompe il passaggio di corrente nel caso in cui si abbiano degli sbal-zi dell’intensità di corrente tra l’ingresso e l’uscita dell’impianto.

... internet

Il Museo Nazionale della Scienza e della TecnologiaUn sito di indubbio interesse è quello del Museo Nazionale della Scienza e della Tecnologia“Leonardo da Vinci” di Milano:

http://www.museoscienza.org/

Gli argomenti trattati in modo specifico, collegati a ciò che si trova nel Museo, sono suddivisi,come gli spazi espositivi, in Dipartimenti. I dipartimenti Energia e Comunicazione contengonoinformazioni utili riguardanti i temi sviluppati da noi in questa parte del testo. Nel dipartimentoComunicazione, tra le altre cose, trovi informazioni proprio sugli strumenti adoperati da Gugliel-mo Marconi nei suoi esperimenti sulle comunicazioni radio.


22 MODULO 8 • Cariche elettriche in moto UNITÀ 22 • Circuiti elettrici elementari


La disputa Galvani-VoltaNel Settecento, quando nacque l’elettrologia, gli scienziati erano in grado di accumulare cari-che statiche, cioè ferme, con dispositivi come per esempio la bottiglia di Leida, ma non riu-scivano ad avere cariche che nel tempo si mantenessero in movimento. In questo clima, unprofessore di anatomia dell’Università di Bologna, Luigi Galvani (1737-1798), intorno al 1780iniziò a sperimentare gli effetti dell’elettricità nel campo della biologia. La sua esperienza piùfamosa fu quella di mettere i nervi lombari di una rana morta a contatto con i muscoli dellazampa tramite una bacchetta metallica, ottenendo una contrazione muscolare. Alessandro Volta (1745-1827), docente di Fisica sperimentale all’Università di Pavia, lessenel 1791 una pubblicazione di Galvani sul fenomeno della contrazione e fra di essi nacqueun’accesa disputa sulle sue cause. Galvani sosteneva che la rana era la sorgente di un fluidoelettrico mentre Volta, rilevando che la contrazione era molto più intensa se la bacchetta

risultava formata da due metalli diversi, ipotizzò che i movimenti della ranarivelassero semplicemente la differenza di potenziale determinatasi nella zonadi contatto fra i metalli della bacchetta. Eccezionale sperimentatore, Volta riu-scì, mettendo in pratica alcune notevoli intuizioni, a presentare nel 1800 aNapoleone durante una solenne cerimonia la sua famosa pila. Si trattava diuna colonna, detta perciò pila, di dischi sottili di rame e zinco separati dapezze inzuppate di acqua salata: collegando un filo di rame ai dischi era pos-sibile osservare il passaggio di elettricità la quale, anziché scomparire rapida-mente, rimaneva a lungo (vedi figura). Volta capì che l’elettricità non era qualcosa di statico, bensì un’entità che, unavolta generata, poteva spostarsi lungo un filo metallico, alla quale fu dato ilnome di corrente elettrica, in quanto ricordava il flusso dell’acqua nelle con-dutture. Il grande successo del primo generatore fu tale che Volta apparvecome il trionfatore nella disputa con Galvani. Una parziale rivincita di quest’ulti-mo, però, la si è avuta nel tempo, grazie alla scoperta della natura elettricadegli impulsi nervosi, da cui non appare molto lontana l’idea di fluido animalesostenuta dall’anatomista bolognese.

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Per saperne di più su... Alessandro VoltaUn sito che puoi consultare per avere maggiori dettagli sull’attività del famoso fisico italiano èquello dell’Istituto e Museo di storia della scienza di Firenze:

http://www.imss.fi.it/indice.html

Cliccando sulla voce Museo, e successivamente su Museo on line, si accede al Catalogo mul-timediale, dove trovi le biografie degli scienziati, tra cui Alessandro Volta.

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UNITÀ 23 • Resistività dei materiali 23

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MODULO 8 • Cariche elettriche in moto

... tecnologia

La superconduzioneLa superconduzione è un fenomeno che viene in parte spiegato ipotizzando che gli elettroni, iquali essendo negativi normalmente si respingono, a bassissime temperature riescano a vin-cere la reciproca repulsione, dando origine alle cosiddette coppie di Cooper (dal cognome diLeon Cooper, fisico dell’Università dell’Illinois). Secondo questa interpretazione, nota come teo-ria BCS, i due elettroni della coppia possono essere paragonati a due persone che sono deci-se a rimanere vicine dandosi la mano in mezzo a una folla in movimento: in queste condizionile persone che formano la folla tendono ad aggirare gli ostacoli e la coppia avanza relativa-mente indisturbata. Le possibili applicazioni della superconduzione appaiono molto interessanti, e non soltanto alivello di trasmissione e trasformazione dell’energia elettrica. Per esempio, un supercondutto-re sottoposto a un campo magnetico esterno lo respinge totalmente, con la conseguenza pra-tica di levitare letteralmente su di esso. In Giappone il fenomeno è già stato sfruttato per lacostruzione di treni che, correndo su un binario d’aria con attrito ridotto quasi a zero, rag-giungono velocità elevatissime. Tuttavia, la necessità di mantenere i materiali a temperaturetanto basse da dover ricorrere all’elio liquido, laborioso e quindi costoso da ottenere, costitui-sce un grave inconveniente dal punto di vista economico.

Fino al 1986 esistevano solo i superconduttori a bassa temperatura,cioè a temperature inferiori a –245 °C, ma nel 1986 Bednorz e Müllerdell’IBM Research Laboratory di Zurigo hanno individuato un materiale ditipo ceramico (ossido di lantanio, bario e rame) che diventa supercon-duttore a –238 °C, cioè a 35 K. Grazie a tale scoperta la ricerca ha trat-to un nuovo impulso e in poco tempo si sono raggiunte temperature cri-tiche via via crescenti. Negli ultimissimi anni sono stati annunciati e con-fermati fenomeni di superconduzione a –183 °C (90 K) e, in particolaricondizioni, addirittura a temperature dell’ordine di –30 °C (243 K). Que-sta generazione di superconduttori è definita ad alta temperatura, inquanto presenta il vantaggio di avere temperature critiche superiori a–196 °C (77 K), temperatura di ebollizione dell’azoto liquido che, rispet-to all’elio, richiede una tecnologia molto più semplice ed economica.

... internet

Materiali superconduttoriTra i siti nei quali puoi reperire notizie sui superconduttori, vi è quello della Associazione delleaziende elettriche svizzere:

http://www.poweron.ch/de

Nella pagina che si apre, dopo aver scelto la lingua italiana, cliccando sul percorso Rete elettri-ca trovi una pagina ricca di informazioni sull’argomento, che vanno da una semplice spiegazionedel fenomeno, a diversi esempi di impiego.


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UNITÀ 24 • Campi magnetici

... scienze della Terra

... internet

Il magnetismo in ItaliaL’Istituto Nazionale di Geofisica e Vulcanologia ha un dipartimento che si occupa del magneti-smo terrestre. Dalla home page all’indirizzo:

http://www.ingv.it/

puoi esplorare le sezioni dedicate al Campo magnetico terrestre all’interno delle voci Monito-raggio, Temi di ricerca (La Terra – Campo Geomagnetico) e Sezioni INGV (Sezione Roma 2). Ipercorsi che puoi fare e il materiale che puoi raccogliere sono veramente tanti. Per esempio,hai accesso a informazioni sugli osservatori dedicati al magnetismo terrestre presenti sulnostro territorio e in Antartide, sulla variazione ora per ora dell’intensità di campo magnetico,su come si effettua la ricerca di corpi metallici sepolti, sulle caratteristiche di vari tipi di magne-tometri e così via...

Rappresentazione schematica della deformazione subitadalla magnetosfera in seguito all’interazione con le particelle del vento solare.

Aurora boreale.

Sole

vento solarefronte d’urto

MAGNETOSFERA

FASCE DI VAN ALLEN

Le aurore polariCome sappiamo, un ago magnetico lasciatolibero di ruotare si orienta sempre nello stes-so modo a causa della presenza del campomagnetico terrestre. Perché? Un tempo sipensava che la causa risiedesse nel nucleodel pianeta, in quanto formato in prevalenzada materiali ferromagnetici, come nichel eferro, parzialmente allo stato fluido. Tuttavia, ilnucleo si trova a una temperatura notevol-mente superiore alla temperatura di Curie, apartire dalla quale le sostanze perdono le loroproprietà ferromagnetiche, per cui questateoria è stata abbandonata. L’ipotesi oggi piùaccreditata si fonda sull’idea che il magneti-smo terrestre sia generato da intense cor-renti elettriche che si formano proprio nelnucleo. A questo punto, però, ci si interrogasulla maniera in cui nascono tali correnti. Unaspiegazione potrebbe essere che a causa deimoti rotatori e convettivi, la materia fluida fun-zioni come una sorta di generatore elettrico. Uno dei fenomeni più spettacolari che nascedall’interazione tra il campo magnetico terrestree il vento solare è quello delle aurore polari, do-vuto alla fluorescenza dei gas ad alta quota.


UNITÀ 25 • Solenoide e motore elettrico 25

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MODULO 9 • Il magnetismo e l’elettromagnetismo

... tecnologia e medicina

La risonanza magnetica nucleare (NMR)Quando si prende l’aereo, si entra in una banca o in certi musei,l’eventuale bagaglio viene sottoposto al vaglio del metal detector,un’apparecchiatura che serve per rivelare la presenza di oggettimetallici. Supponiamo, per fissare le idee, che si voglia individuare la presenzadell’oro. L’atomo di tale metallo ha una particolare frequenza naturaleconnessa agli effetti magnetici del moto degli elettroni attorno al nucleo.Se gli atomi d’oro vengono posti in un campo magnetico esterno cheoscilla con quella stessa frequenza, allora si manifesta un fenomeno dirisonanza, che permette di amplificare e captare un segnale altrimentiestremamente debole. Sfruttando questa proprietà, basta far passare ilbagaglio in uno spazio chiuso in cui viene generato un campo magneticoche varia con una frequenza identica a quella dell’oro: se si verifica unfenomeno di risonanza, vuol dire che c’è dell’oro nella valigia e viene fattoscattare un segnale acustico. Dato che ogni metallo ha una propria fre-

quenza caratteristica, si può regolare il campo magnetico esterno su più valori di tale grandezza,in modo da poter rilevare la presenza di molti tipi di sostanze metalliche.Un’altra applicazione della risonanza magnetica la troviamo nel campo della diagnostica medi-ca, poiché consente di effettuare esami che non danneggiano l’organismo. Questi esami sibasano sull’elemento più diffuso nel corpo umano, l’idrogeno, che ha una concentrazione chevaria a seconda dei tessuti. Il paziente viene collocato all’interno di un elettromagnete chegenera un campo magnetico oscillante, sintonizzato sulla frequenza caratteristica dell’idroge-no, di cui si registra la diversa concentrazione. Le informazioni vengono poi inviate a un ela-boratore: facendo ruotare con regolarità il campo magnetico, si ottiene sullo schermo delcomputer un’immagine a tre dimensioni che registra anche piccole variazioni nelle condizionichimiche e fisiche degli organi, rendendo così possibile un’indagine maggiormente approfondi-ta rispetto alla TAC, che utilizza i più invasivi raggi X.

... internet

Il Tokamak di FrascatiL’ENEA, cioè l’Ente per le Nuove Tecnologie, l’Energia e l’Ambiente, ha un centro di ricerca aFrascati, presso Roma, che è «il maggior Centro italiano dedicato alle attività di ricerca e spe-rimentazione sulla fusione nucleare controllata. Nel campo del confinamento magnetico si èrealizzata la macchina FT (Frascati Tokamak) e in seguito FTU (Frascati Tokamak Upgrade)...».Il corrispondente sito Internet ha come indirizzo:

http://www.frascati.enea.it/

Per confinare il plasma di gas ionizzati necessario per fare avvenire il processo di fusione nuclea-re, che raggiunge temperature dell’ordine dei milioni di gradi, si adopera un campo magneticomolto intenso di forma toroidale.


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UNITÀ 26 • Induzione elettromagnetica

... musica

Woodstock e l’induzione elettromagneticaTra i tanti oggetti che nel xx secolo hanno costituito il simbolo di unasvolta epocale nel costume, un posto di rilievo lo occupa certamente lachitarra elettrica. Non ci sono dubbi sul fatto che senza questo ele-mento, la “storica” performance di Jimi Hendrix a Woodstock, insiemea quella di tanti altri musicisti, non avrebbe avuto luogo. L’induzioneelettromagnetica è il principio fisico fondamentale su cui si basa il fun-zionamento di questo versatile strumento. Esaminiamolo brevemente. I pickup presenti nella chitarra elettrica sono formati da una piccolacalamita permanente attorno alla quale è avvolta una bobina. La corda,essendo solitamente d’acciaio, a causa della vicinanza con la calamitasi magnetizza: il campo magnetico generato dalla corda attraversaanche la bobina ma, essendo costante, non provoca nessun effetto. Aquesto punto, quando la corda viene fatta vibrare, il flusso del suocampo magnetico attraverso la bobina cambia nel tempo, producendoperciò nella bobina stessa una forza elettromotrice indotta, la qualeoscilla con la stessa frequenza con cui vibra la corda della chitarra (chedipende dalla nota suonata). Tale f.e.m. disponibile all’uscita del pickupcostituisce il segnale di natura elettrica che viene poi amplificato e invia-to, sotto forma di corrente elettrica variabile, agli altoparlanti per lasua riconversione in segnale sonoro. In questo caso il cono si mette aoscillare avanti e indietro, producendo così il suono appropriato, a causadell’interazione tra la corrente elettrica che attraversa la bobina dispostaal vertice del cono e il campo magnetico di una calamita di forma parti-colare.

... internet

Istituto Elettrotecnico NazionaleL’Istituto Elettrotecnico Nazionale, confluito nel 2004 nell’I.N.RI.M. (Istituto Nazionale di Ricer-ca Metrologica), è intitolato a uno scienziato italiano, noto nel campo dell’elettricità, vissuto allafine dell’800: Galileo Ferraris. Il sito si trova all’indirizzo:

http://www.inrim.it/

A partire dal sito internet si può consultare il CD-ROM Il linguaggio delle misure, dove, tra lealtre cose, vengono messe a disposizione le immagini e le descrizioni di una serie di strumen-ti di interesse storico. Per saperne di più sullo scienziato torinese puoi selezionare la voceGalileo Ferraris, nello stesso CD-ROM, sotto la voce “Protagonisti della metrologia”. A titolo dicuriosità, dal sito internet si può anche accedere alla famosa “ora esatta” cliccando su Tempocampione.

pickup

amplificatore

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corda

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magnetepermanente

bobina f.e.m

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magnetepermanente

bobina

cono

dettaglio della cordae del pickup

dettaglio dell'altoparlante


UNITÀ 27 • Onde elastiche e suono 27

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MODULO 10 • La propagazione delle onde e della luce

... ambiente

L’inquinamento acusticoIl nostro orecchio è in grado di percepire una vasta gamma di suoni: dal fruscio delle foglie alladeflagrazione di un ordigno... L’intensità sonora, adeguandola alle nostre sensazioni fisiche,viene misurata in una particolare unità, il decibel (db). Il rumore di una foglia che cade equivalea 18 dB, mentre nei concerti di musica rock vengono raggiunti anche i 120 dB. Per valorisuperiori, a causa dell’energia trasportata dall’onda sonora che genera un’elevata pressionesul timpano, si può provare un dolore intenso, come nel caso di uno sparo (140 dB), o addi-rittura si possono avere danni irreversibili all’orecchio. All’interno di questo delicato organo visono 16 000 cellule ciliate che si muovono quando vengono investite dal suono e tali movi-menti sono all’origine degli impulsi del nervo acustico che nel cervello vengono poi tradotti inpercezioni sonore. L’esposizione a due ore di un concerto rock causa la perdita definitiva dialcune di tali cellule e non esiste alcun modo per ripristinarle.Gli studi in campo medico confermano che la sovraesposizione al rumore, derivante per esem-pio dall’abitare vicino a una strada molto trafficata, provoca vari inconvenienti all’organismoumano, tra cui problemi respiratori e digestivi, mal di testa, ma soprattutto una serie di distur-bi legati alla qualità del sonno. La legge italiana stabilisce dei limiti ben precisi per le aree dovesi svolgono attività continuative: 65 dB durante il dì e 55 dB nel corso della notte. In realtà

queste indicazioni raramente sono rispettate. Nelle grandi città unadelle principali fonti di inquinamento acustico è il traffico, perciò negliultimi tempi nelle carrozzerie delle automobili vengono inserite specia-li schiume fonoassorbenti e i vari modelli, prima di essere commer-cializzati, vengono sottoposti a un esame relativo all’emissione sonora.In prossimità delle autostrade o delle grandi arterie stradali un sem-plice muro riesce ad abbassare di 20 dB la rumorosità, mentre risul-tati migliori possono essere ottenuti con pannelli che assorbono ilrumore. Per quanto riguarda gli aerei, dato che nelle zone vicine agliaeroporti si raggiungono esposizioni fino a 140 dB, è in fase di speri-mentazione un particolare rivestimento interno alla turbina in grado dideterminare un abbattimento delle emissioni sonore sino all’80%.

... internet

Come difendersi dai... terremotiQuando si verifica un terremoto, l’energia liberata si propaga sotto forma di vibrazioni elasti-che, le onde sismiche, che possono essere longitudinali o trasversali. Per saperne di più suiterremoti, accedi al sito della Protezione Civile con indirizzo:

http://www.protezionecivile.it/

Nella parte alta della pagina, puoi cliccare su Attività, e in seguito su Rischio sismico. In que-sta sezione, ti segnaliamo le pagine Il rischio sismico e Il terremoto, dove troverai numerosiapprofondimenti.


28 MODULO 10 • La propagazione delle onde e della luceS

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UNITÀ 28 • Luce e strumenti ottici

... tecnologia

La telefonia cellulareLe comunicazioni con i telefoni cellulari sfruttano gli stessi principi delle radio ricetrasmit-tenti, con la differenza che la conversazione non avviene su un’unica onda radio, fatto checostringe gli interlocutori a parlare a turno, bensì su due diverse frequenze, in modo che ilchiamante e il ricevente possano parlare e ascoltare nello stesso tempo. Grazie a un siste-ma di antenne e ricetrasmettitori, ogni telefonino è collegato con l’intera rete. Il cuore delsistema è costituito dalle centrali di commutazione.Quando si chiama un cellulare, la centrale di commutazione più vicina della stazione radio dellacompagnia abilitata a operare sul territorio, tramite le apposite antenne, trasmette un segnaleper la ricerca dell’apparecchio identificato dal numero telefonico digitato e lo localizza. Le singoleantenne hanno un’area di copertura piuttosto limitata, detta cella, che varia da 200 m a 30 km

(l’estensione è limitata in quanto le microonde utilizzate per i segnali nellatelefonia mobile, che si propagano in linea retta, rendono necessaria la vici-nanza dell’apparecchio all’antenna). Ogni cella può operare su due bande difrequenza, 900 e 1800 MHz, con un’ampiezza di banda di 25 MHz. I cellu-lari dual band sono in grado di utilizzare ambedue le bande di frequenza. Sedurante la telefonata l’utente si sposta, avvicinandosi ai confini di un’altracella, la centrale di commutazione ordina alla cella interessata di attivarsi perfare sì che la conversazione non si interrompa. Il tipo di tecnologia più diffusoè il GSM, che è di seconda generazione. Esso consente di accedere a costiridotti a vari tipi di servizi, tra cui uno molto in uso presso i giovani: lo scam-bio di “messaggini” (sms). Sviluppi successivi di questo standard sono il GPRSe l’EDGE, che permettono una maggiore velocità di trasmissione dei dati, ren-dendo possibile la videochiamata e l’accesso alle opzioni di Internet. La tec-nologia di terza generazione è l’UMTS, con cui si possono svolgere le video-conferenze. Dato che in altri Paesi, come gli U.S.A., le frequenze di rete sono850 e 1900 MHz, si trovano in commercio cellulari triband e quadriband.

... internet

ElettrosmogC’è molta confusione ai giorni nostri sugli effetti che hanno sull’organismo umano i campi elet-tromagnetici prodotti, per citare solo le fonti più note, dagli elettrodotti ad alta tensione e daitelefoni cellulari. In ogni Regione esiste un organismo denominato ARPA (Agenzia Regionaleper la Prevenzione Ambiente) che si occupa di questi temi. Quello dell’Emilia e Romagna, allapagina

http://www.arpa.emr.it/

offre informazioni su questo argomento. In particolare, alla voce Campi elettromagnetici sipossono consultare le mappe degli impianti e i valori giornalieri.

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