Cinematica e dinamica
Grandezze fisiche e unità di misura
Che cos’è una grandezza fisica e un’unità di misura, il Sistema Internazionale (SI), i prefissi da micro a giga, le potenze di dieci e le conversioni di unità, anche da km/h a m/s. Con calcolatrice.
Grandezze scalari e vettoriali
In che cosa una grandezza scalare differisce da una vettoriale, come si sommano i vettori e si moltiplicano per un numero e come si scompongono nelle componenti con seno, coseno e teorema di Pitagora.
Moto e quiete
Perché moto e quiete sono relativi, che cosa sono il sistema di riferimento, il punto materiale e la traiettoria, qual è la differenza tra spazio percorso e spostamento e come si classificano i moti.
Velocità
Che cos’è la velocità e come si calcola, velocità media e istantanea, perché andata a 60 e ritorno a 40 km/h non dà una media di 50 e perché la velocità è un vettore. Con calcolatrice.
Moto rettilineo uniforme
Il moto a velocità costante lungo una retta: le formule s = v·t e s = s₀ + v·t, perché il grafico dello spazio è una retta la cui pendenza è la velocità e come leggere lo spazio percorso dal grafico della velocità.
Come risolvere i problemi di cinematica e dinamica
Il procedimento per i problemi di fisica passo dopo passo: dati e incognite, conversione delle unità, schizzo, soluzione generale, controllo delle unità, stima del risultato ed errori tipici.
Problemi sul moto
Come risolvere i problemi sul moto: due auto una contro l’altra, inseguimento, treno in galleria e barca a favore e contro corrente. Soluzione con l’equazione e con l’intersezione dei grafici.
Accelerazione
Che cos’è l’accelerazione e perché si misura in m/s². La formula a = Δv/Δt, accelerare e frenare, l’accelerazione in curva sull’esempio della rotonda e la forza g.
Moto uniformemente accelerato
Il moto con accelerazione costante: le formule v = v₀ + at e s = v₀t + ½at² dall’area sotto il grafico della velocità, il grafico dello spazio come parabola e la relazione v² = v₀² + 2as.
Frenata e spazio di frenata
Dove si ferma l’auto: spazio di reazione, spazio di frenata e spazio totale. Perché una velocità doppia significa uno spazio di frenata quadruplo. Con calcolatrice.
Caduta libera
Perché sulla Luna un martello e una piuma cadono con la stessa rapidità. La caduta libera con accelerazione g, le formule per velocità e altezza, il pozzo, il tuffo da una torre e la calcolatrice.
Composizione dei moti
Come si compongono i moti: camminare su una scala mobile, una barca che attraversa il fiume portata dalla corrente e la pioggia obliqua vista da un’auto. Il principio di indipendenza dei moti e i calcoli passo per passo.
Moto circolare uniforme
Come descrivere un moto su una circonferenza: periodo e frequenza, angolo in radianti, velocità angolare e la relazione v = ωr. Perché il bordo della giostra va più veloce dei punti vicino al centro.
Accelerazione centripeta
Perché un corpo su una circonferenza ha un’accelerazione anche se va sempre alla stessa velocità. La formula a = v²/r = ω²r, la sua deduzione dalla figura e gli esempi con una curva, la Terra e la lavatrice.
Forza
Che cos’è una forza, quanto vale un newton e come si sommano e si scompongono le forze. Risultante, equilibrio delle forze e perché non si può tendere un cavo perfettamente dritto con una lampada appesa.
Primo principio della dinamica
Il principio d’inerzia: perché un corpo senza forza risultante resta fermo o si muove di moto rettilineo uniforme. L’autobus, la tovaglia sfilata da sotto i piatti, le cinture di sicurezza e il sistema di riferimento inerziale.
Secondo principio della dinamica
Il principio F = m · a: come calcolare l’accelerazione dalla forza e dalla massa e viceversa. La massa come misura dell’inerzia, la definizione del newton e perché i corpi pesanti e leggeri cadono allo stesso modo.
Terzo principio della dinamica
Il principio di azione e reazione: perché le forze nascono sempre in coppia su due corpi diversi. Il paradosso del cavallo e del carro, il camminare, il nuoto, il razzo e il libro sul tavolo.
Forza peso e peso apparente
La differenza tra massa e peso apparente, la forza peso e la sua formula, che cosa mostra la bilancia del bagno, la forza normale e perché in un ascensore che parte verso l’alto ci sentiamo più pesanti.
Quantità di moto e impulso
Che cos’è la quantità di moto p = m · v e l’impulso di una forza F · Δt. Perché airbag, materassino e mani che cedono riducono la forza dell’urto e come scrivere il secondo principio della dinamica con la quantità di moto.
Conservazione della quantità di moto
Perché la quantità di moto totale di un sistema isolato non cambia. La dimostrazione dal terzo principio della dinamica, il rinculo del fucile, le pattinatrici, l’urto tra vagoni e il razzo.
Attrito
Attrito statico e dinamico, la formula della forza di attrito e la tabella dei coefficienti di attrito. Perché un armadio è più difficile da mettere in movimento che da spingere, a che servono le ruote e da dove viene la decelerazione in frenata.
Piano inclinato
Come scomporre la forza peso su un piano inclinato, quanto è grande l’accelerazione di una slitta su un pendio con e senza attrito e quando un corpo resta fermo. Un esercizio svolto passo per passo.
Forza centripeta
Che cosa tiene un corpo su una circonferenza e con quale forza. La formula F = mv²/r, il sasso sulla corda, l’auto in curva, la velocità massima a seconda del fondo e le curve sopraelevate.
Forze apparenti
Che cosa sono la forza apparente e la forza centrifuga, perché le sente solo chi viaggia sul mezzo e perché la descrizione dall’esterno e dall’interno dà lo stesso risultato. Il treno, l’ascensore e la giostra.
Esercizi svolti di cinematica
Tredici esercizi svolti di cinematica passo per passo: spazio e spostamento, velocità media, accelerazione, spazio di frenata, caduta libera, circonferenza e lettura dei grafici.
Esercizi svolti di dinamica
Tredici esercizi svolti di dinamica passo per passo: composizione di forze, principi della dinamica, ascensore, quantità di moto e urti, attrito, piano inclinato, curva e forza apparente.
