2. OTTICA
studia i fenomeni luminosi, cioè quelli relativi al
comportamento delle radiazioni che impressionano
l'occhio (radiazioni ottiche) o, più in generale, quelli relativi
al comportamento di tutte le radiazioni elettromagnetiche
3.
4. Quante immagini virtuali di uno stesso oggetto (per esempio una candela)
interposto tra i due specchi si formano?
5. Come si formano le immagini riflesse
da due specchi?
Posiziona un oggetto fra i due specchi paralleli …
Quante immagini osservi?
6. L’oggetto posto tra due specchi paralleli si riflette
all’infinito, producendo due sequenze di immagini che si
alternano
(la parte anteriore e la parte
posteriore dell’oggetto):
7. Prova a spostare i due specchi in modo che fra
di loro si formino angoli di: 90° …
9. Si osserva che al diminuire dell’angolo tra i due specchi
cresce il
numero delle immagini.
Indicando con N il numero di "cose viste"
N = n° immagini + 1 (s’include nel conteggio anche
l’oggetto)
si ha un collegamento tra l’angolo α compreso tra gli
specchi e
N, che è anche il numero dei lati dei poligoni regolari
ottenuti se α è sottomultiplo di 360°.
Si ha che:
N = 360° / angolo α tra gli specchi
Tra due specchi paralleli (angolo tra gli specchi uguale a
zero) si
sviluppa una successione di immagini tendente a infinito
10. I5
SCHEMA GRAFICO
s2’
I3
I1
S1’
S1
60°
I2
P
I4
P:
S1 e S2:
S1’ e S2’:
S2
oggetto
tracce degli specchi
tracce dei prolungamenti degli specchi
I1, I2 e I3:
immagini formate da S1 ed S1’
I4, e I5:
immagini formate da S2 ed S2’
11. MECCANICA
La branca della fisica più antica è la meccanica, cioè
lo studio del movimento; ha una teoria molto
sviluppata e fa uso di matematiche eleganti. Fa
parte della meccanica lo studio dei sistemi caotici,
cioè quei sistemi per i quali basta un piccolo
cambiamento per modificare significativamente la
loro evoluzione. I fluidi ne sono un esempio; non a
caso la teoria del caos è legata storicamente a un
problema meteorologico:<<Può il batter d’ali di una
farfalla in Brasile provocare un tornado in Texas?>>
13. In natura esistono vari stati di aggregazione della materia: quello solido, quello liquido, quello gassoso. Questi stati (o
fasi) non sono però statici, ma anzi esiste la possibilità la materia subisca una trasformazione e che cambi fase a una
determinata temperatura e pressione. Ecco alcuni esempi di cambiamenti di fase nel caso dell’acqua (H2O)
Sebbene l’acqua ci circondi, sebbene abbiamo a che fare con essa ogni giorno, spesso non siamo a conoscenza
delle spiegazioni di alcuni fenomeni che ci sono estremamente familiari. Per esempio:
1)
2)
Come mai quando chiudiamo lentamente il rubinetto l’acqua dopo un po’ fa la goccia e non “il pisciolo”
sempre più sottile?
Come è possibile che un ago d’acciaio riesca a galleggiare sull’acqua?
14. La tavola periodica è un efficace strumento che raggruppa tutti gli
elementi esistenti in GRUPPI (identificati dalle colonne della
tavola) e PERIODI (identificati dalle righe trasversali della
tavola); è nelle prime due righe che si addensano gli elementi
più importanti per la vita ed è proprio in esse che troviamo gli
elementi costitutivi dell’acqua, cioè OSSIGENO E IDROGENO.
L’ossigeno è un elemento molto elettronegativo (cioè “vorace” di
elettroni) che per completare l’ultimo orbitale di valenza e
raggiungere struttura simile a quella del Neon, gas nobile a lui
simile, ha bisogno di due elettroni. L’idrogeno è meno
elettronegativo dell’ossigeno ed è per questo che tende a
cedergli l’unico elettrone che ha: nel caso dell’acqua li cede
proprio all’ossigeno formando una molecola (la differenza di
elettronegatività non è altissima, quindi l’ossigeno non ce la fa
a strappare gli elettroni all’idrogeno).
La molecola che si forma, pur essendo elettricamente neutra, ha
un’alta costante dipolare (ed infatti una delle caratteristiche
dell’acqua è quella di essere un buon solvente)
(*) Il neon è detto nobile non perchè ha "le palle sullo stemma", ma perchè, essendo completo, non reagisce con nessuno, è inerte
15. Avvicinando due molecole d’acqua queste si dispongono in
modo da avere a contatto gli idrogeni di una molecola
con l’ossigeno dell’altra. Si ha perciò tra le due molecole
una forza intermolecolare che per valori minori al raggio
della molecola è positiva (forza repulsiva) mentre per
valori maggiori è negativa (forza attrattiva).
La forza attrattiva tende a 0 quando r > circa 300 volte il
raggio della molecola.
La molecola 1 (in figura) esercita quindi un sistema di forze di
attrazione su tutte le molecole che si trovano intorno ad essa
fino a circa trecento volte il suo raggio (quella in azzurro è
quindi la sua “sfera di influenza”). Per il principio di azione e
reazione le altre molecole esercitano su di essa un sistema di
forze uguale e contrario. Nel caso della molecola 2 (in figura) ,
che si trova in prossimità della superficie, viene a mancare
l’equilibrio (parte della “sfera di influenza” è occupata dall’aria
e non dall’ acqua). Le molecole sulla superficie sono quindi
maggiormente attratte verso l’interno: si crea la forza di
TENSIONE SUPERFICIALE.
17. VERIFICHIAMO CON UN ESPERIMENTO che la superficie dell'acqua si
comporta come se fosse ricoperta da un sottile strato di "pelle" elastica
Si prenda una bacinella piena di acqua, si adagi una
graffetta o una lametta da barba delicatamente sulla
superficie dell'acqua si nota che questi oggetti galleggiano.
Perché la cosa si noti meglio è preferibile porre gli oggetti
su di un pezzo di carta assorbente e poi adagiarli sulla
superficie dell'acqua. Dopo pochi secondi, la carta
assorbente affonda mentre gli oggetti continuano a
galleggiare. Se si osserva attentamente la superficie
dell'acqua, si nota che l'oggetto è adagiato in una lieve
depressione: la superficie dell'acqua si comporta come se
fosse ricoperta da un sottile strato di "pelle"elastica. In
natura si trovano anche degli insetti che sfruttano questa
proprietà dell'acqua per potersi spostare e rimangono in
equilibrio sulla superficie dell'acqua.
19. COSA SUCCEDE SE nell'acqua su cui galleggia il nostro
oggetto
introduciamo alcune gocce di soluzione
saponata, o di alcool ?
Si osserva che l'oggetto affonda.
Questo perché la soluzione saponata, l'alcool e i detersivi in genere provocano una
rottura della pelle e quindi riducono la possibilità di galleggiamento.
Infatti una molecola di sapone o di un tensioattivo qualsiasi è formata da una lunga
catena idrocarburica apolare attaccata ad un gruppo fortemente polare. Quando
queste molecole di sapone vengono a trovarsi in un mezzo acquoso tendono a
migrare alla superficie e a orientarsi in modo che le loro estremità apolari vengono a
trovarsi fuori dal mezzo. La superficie dell'acqua viene quindi a trovarsi ricoperta
quasi completamente da uno strato apolare che riduce drasticamente la sua tensione
superficiale. Si può immaginare che queste code di molecole di sapone buchino la
superficie dell'acqua facendo si che gli oggetti che prima galleggiavano ora affondino.
20. Misura della tensione superficiale τ
-
Attacchiamo un anello al dinamometro e leggiamo la misura della forza peso relativa all’anello stesso (F1)
Solleviamo lentamente l’anello fino a che la parte inferiore non raggiunge il pelo dell’acqua e leggiamo ancora una
volta la forza misurata dal dinamometro: vedremo che è aumentata di molto (F2)
Solleviamo ancora l’anello e noteremo il netto “distacco” di esso dall’acqua.
4r F2 F1
F2 F1
4r
Anello di metallo al momento del distacco dall’acqua; A->
forza peso dell’anello ; B-> forza di tensione superficiale
(agisce solo in prossimità della superficie)
La forza di Archimede è praticamente ininfluente, visto che la
parte immersa dell’anello è piccolissima
21. Esperimento sulla tensione superficiale
Strumenti usati:
•
•
•
•
•
Dinamometro
(portata 0,1N)
Becher
Calibro
Tensimetro
Piedistallo
regolabile
Utilizziamo la formula:
( F2 F1 )
2 (r1 r2 )
F1 è il peso dell’anello fuori dall’acqua
F2 è il peso dell’anello misurato nel
momento precedente al distacco
R1 è il raggio interno dell’anello
R2 è il raggio esterno dell’anello
22. Sono stati ottenuti i seguenti dati:
F1= 0,058 N
ΔF= 0,02 N
F2= 0,078 N
R1= 2,9 cm
R2= 3,0 cm
0,029 m
0,030 m
0,02 N
N
54 10 3
2 0,059m
m
23. Argomento: le bolle di sapone
ROMPIAMO LA MEMBRANA! (O NO?)
Materiale
•1 cannuccia da bibita
•1 forbice
•60 cm di filo da cucito
•acqua
•detersivo liquido per piatti
•1 bacinella
•1 caraffa con un po' d'acqua
Procedimento
•taglia a metà la cannuccia
•inserisci il filo nelle due mezze cannucce e annoda le due estremità: otterrai un
telaio come quello mostrato in figura
•crea la tua soluzione saponosa: versa nella bacinella acqua e detersivo in quantità
opportune (fai vari tentativi!) e cerca di evitare la formazione di schiuma sulla
superficie del liquido
•immergi il telaio nella soluzione, toglilo e aprilo lentamente in posizione orizzontale
•ora chiedi ad un tuo amico di versare lentamente all'interno del telaio l'acqua
contenuta nella caraffa: cosa succede?
•aspetta un po' di tempo prima di utilizzare la soluzione: più tempo passa, più il liquido
migliora
Spiegazione (cenni)
Il fatto che la membrana si rompa oppure no, è dovuto alla relazione tra la tensione superficiale
della soluzione saponosa e quella del liquido che versi sulla membrana stessa: utilizzando liquidi che
contengono acqua (acqua, vino, aranciata), o che sono chimicamente simili al sapone (ad esempio
l'olio), la membrana non si rompe.
25. La spinta idrostatica
Un dinamometro a cui è appeso un
corpo misura una diminuzione della
forza necessaria a sostenere il
peso del corpo quando esso viene
immerso in acqua. L’entità della
diminuzione varia se si cambia il
liquido in cui il corpo è immerso.
La diminuzione apparente del peso
è causata da una forza in verso
opposto, esercitata dal liquido sul
corpo. Tale forza è prodotta da
ogni fluido e cresce con la sua
densità.
26. Galleggiamento di solidi in liquidi
Ovetti identici (di stessa forma e stesso volume) si collocano
spontaneamente a diverse profondità di immersione in una
vaschetta d’acqua. Un corpo galleggia se il suo peso è equilibrato
dalla spinta idrostatica. Gli ovetti hanno contenuti diversi. La
frazione di volume immersa esprime la densità del solido
relativa al liquido e quindi l’entità della spinta idrostatica
rispetto al peso di ciascun ovetto.
27. Galleggiamento di liquidi in liquidi: Liquidi che stratificano
Materiale
• Bilancia
• 3 cilindri graduati
• 1 provetta
• Olio
• Acqua
• Alcol denaturato
• Sciroppo di menta
Procedimento
Verificare se esiste una correlazione tra la densità
di alcuni liquidi e la loro disposizione in una
provetta.
• Misura la massa di un cilindro graduato prima vuoto,
poi con circa 50 cm³ di acqua colorata con lo sciroppo di
menta e leggine accuratamente il volume. Ricava per
differenza la massa della soluzione acquosa e
determinane la densità.
• Determina nello stesso modo la densità dell’olio.
• Determina nello stesso modo la densità dell’alcol.
• Versa nella provetta un po' di acqua colorata, poi
aggiungi adagio un po' di olio, facendolo colare lungo le
pareti e senza agitare, ed infine aggiungi l’alcol (le
quantità devono essere circa uguali). Lascia riposare. In
che modo si separano i 3 liquidi? C’è qualche
correlazione tra la densità dei liquidi e la loro
disposizione nella provetta?
28. Galleggiamento di liquidi in liquidi
Liquidi diversi, contenuti in uno stesso recipiente,
sono sovrapposti l’uno all’altro. I liquidi sono insolubili
e hanno diversa densità. Si dispongono in base a
valori crescenti di densità, dall’alto verso il basso.
29. LA PRESSIONE IDROSTATICA: LA BOTTIGLIA FORATA
OBIETTIVO : Determinare la relazione tra pressione idrostatica e profondità del liquido.
CONOSCENZE : La pressione idrostatica è la pressione che un liquido esercita sulla base del recipiente che lo contiene.
MATERIALE:
•Bottiglia di plastica
•Nastro adesivo,chiodo
•acqua
PROCEDIMENTO : Prendiamo una
bottiglia di plastica vuota e con un chiodo
pratichiamo tre fori allineati verticalmente;
chiudiamo i fori con del nastro adesivo e
riempiamo la bottiglia con l’acqua. Togliamo
il nastro adesivo e osserviamo.
OSSERVAZIONI E CONCLUSIONI :
l’acqua fuoriesce dai fori con pressione
diversa; in particolare il getto basso ha una
pressione maggiore rispetto agli altri: il
liquido zampilla con una gittata tanto
maggiore quanto maggiore è la profondità
del foro.
La pressione idrostatica aumenta
all’aumentare della profondità del liquido.
30. Il principio di Pascal con una bottiglia
Una corona di fori in una bottiglia di plastica genera degli
zampilli in tutte le direzioni, il cui getto arriva alla stessa
distanza dalla bottiglia.
A parità di quota la pressione all'interno del fluido è uguale in
tutte le direzioni.
32. PROCEDIMENTO
1)
In questo caso si riempie un tubo trasparente con dell’acqua,
lasciando una piccola quantità d’aria prima di tappare la parte
superiore del tubo.
2) Sul tubo sono messi dei riferimenti equidistanti necessari per
misurare i tempi di risalita, operazione che si può effettuare con un
cronometro perché anche in questo caso le velocità sono
relativamente basse.
3) Se il tubo è mantenuto con un’inclinazione fissa, la bolla d’aria risale
con moto uniforme .
Anche in questo caso le forze in gioco sono tre: il peso della bolla, la
spinta di Archimede e la forza viscosa. Dopo una breve fase
iniziale, queste tre forze si equilibrano e la bolla risale a velocità
costante. Le velocità della bolla possono essere cambiate variando o
l’inclinazione del tubo o la grandezza della bolla d’aria o il tipo di
liquido.
33. ELETTROMAGNETISMO
L’elettromagnetismo completa il quadro della fisica
classica e ne costituisce, insieme alla meccanica, uno
dei grandi pilastri. Si occupa delle forze elettriche e
magnetiche e delle loro strettissime relazioni.
34. Elettrizzazione per strofinio
Un perno verticale costituito da uno spillo piantato in un cuscinetto
di pezza sostiene una cannuccia di plastica girevole. Si strofina una
parte della cannuccia con un panno di lana e si avvicinano ad essa
altri corpi, uno alla volta, anch’essi strofinati. Si nota che la
cannuccia talvolta gira avvicinandosi al corpo e talaltra gira in senso
contrario.
35. "L'EFFETTO DELL'AMBRA"
Materiale
•1 righello di plastica
•un panno di lana (o un maglione)
•acqua corrente
Procedimento
•strofina il righello con la lana
•avvicinalo ad un filo d'acqua che scorre da un rubinetto: cosa succede? (Il filo d'acqua viene deviato e si
incurva)
Spiegazione (cenni)
Quando lo strofini con la lana, il righello acquista elettroni e si carica negativamente. Se lo avvicini all'acqua,
alcuni elettroni che si trovano negli atomi delle molecole d'acqua, vengono respinti, cosicché la superficie
dell'acqua vicina al righello si carica positivamente e viene attratta dal righello stesso.
IL RIZZACAPELLI
Materiale
•1 palloncino
Procedimento
•gonfia il palloncino
•strofinalo sulla tua testa
•allontanalo dai tuoi capelli tenendolo però sopra la tua testa: cosa succede? (I capelli si sollevano e si
rizzano)
Spiegazione (cenni)
Quando strofini il palloncino sulla tua testa, esso si carica negativamente. I capelli che gli hanno ceduto gli
elettroni, nello strofinio, sono ora carichi positivamente, pertanto sono attratti dal palloncino e tenderanno
a seguirlo se lo solleverai
36. Conduttività elettrica del corpo umano
Una pila da 4,5 V è collegata a due elettrodi costituiti da due
placche di rame. In uno dei fili di collegamento è inserito un
tester. Se una persona tiene in ciascuna mano un elettrodo,
chiudendo così il circuito, il tester segnala passaggio di
corrente, indicando in tal modo che anche il corpo umano
conduce corrente. Si possono formare catene di più persone
che si tengono per mano e si ha passaggio di corrente.
37. TERMODINAMICA
La termodinamica nasce , si
sviluppa e si compie nel XIX
secolo
parallelamente
alla
rivoluzione industriale, durante la
quale il calore iniziava a far
muovere le macchine. Studia le
trasformazioni di materia ed
energia a livello molecolare e
come sua applicazione più
importante c’è la trasformazione
del calore in movimento. La
termodinamica
è
usata
principalmente nella chimica e
nelle applicazioni dell’ingegneria
In una turbina il calore del vapore
si trasforma nel movimento
rotatorio dell’albero.
38. ASTROFISICA E COSMOLOGIA
A
partire
da
una
concezione
antropocentrica, in cui la Terra e l’uomo
erano centro immutabile di tutto
abbiamo raggiunto una visione molto
diversa del posto che occupiamo nella
sconcertante
vastità
dell’Universo.
Secondo la teoria del Big Bang tutto ciò
che esiste è in fase di espansione a patire
da uno stato estremamente caldo e
denso. La materia, la radiazione e la loro
interazione erano molto diverse da
quelle che conosciamo ma i fisici
riescono a studiare lo stesso grazie a
teorie coerenti e rigorosi esperimenti.
39. FISICA DELLE PARTICELLE
La fisica delle particelle è la branca
della fisica che studia i costituenti
fondamentali e le interazioni
fondamentali della materia. Talvolta
viene anche usata l'espressione fisica
delle alte energie, quando si vuole far
riferimento allo studio delle interazioni
tra particelle elementari che si
verificano ad altissima energia e che
permettono di creare particelle non
presenti in natura in condizioni
ordinarie, come avviene usualmente con
gli acceleratori di particelle.
40. BIOFISICA
Via via che la materia si organizza in
livelli superiori, cresce il grado di
complessità. Una giovane branca della
fisica si occupa dei sistemi biologici e,
tra essi, del sistema nervoso. Il nostro
cervello è una potentissima rete di
neuroni, cellule in grado di trasmettere
segnali elettrici e di elaborarli come
informazioni. La biofisica è una scienza
di frontiera, in cui le conoscenze e gli
strumenti acquisiti sono usati per
spingersi oltre. Attraverso l’uso di
modelli
matematici
possiamo
avvicinarsi alla comprensione delle reti
neurali biologiche.
41. GEOFISICA
Aria, acqua, terra e fuoco, sono questi
gli elementi che interessano i geofisici:
dallo studio dell’atmosfera, all’interno
della
Terra,
dagli
oceani
al
geomagnetismo. Il nostro pianeta
produce
un
campo
magnetico
responsabile tra le altre cose delle
magnifiche aurore boreali e australi. Le
teorie per spiegare questo fenomeno
sono molte. Si è propensi a pensare La
Terra come una grande dinamo. La parte
ionizzata
dell’atmosfera
terrestre
interagisce con particelle cariche
provenienti dal Sole, che si infittiscono
lungo le linee del campo magnetico
terrestre.
