Formule e leggi di fisica generale, Formule e Formulari di Fisica. liceo scientifico
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Formule e leggi di fisica generale, Formule e Formulari di Fisica. liceo scientifico

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Introduzione generale su leggi e formule di fisica generale. Semplice, suddiviso per punti, utile per un ripasso veloce prima delle verifiche.
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Fisica generale Vettore Un vettore è un ente individuato da un intensità, o modulo, da una direzione, cioè da una linea retta lungo la quale agisce, e da un verso, cioè uno dei due sensi possibili lungo la retta. Quindi una grandezza vettoriale è una grandezza che si può rappresentare con un vettore (spostamento, forza, velocità, accelerazione etc.).Però non tutte le grandezze fisiche implicano una direzione, per questo esistono anche grandezze scalari (massa, temperatura, energia, tempo, etc.).

CINEMATICA

Moto rettilineo uniforme Il moto rettilineo uniforme è il moto su una linea retta a intensità di velocità costante.

Velocità: è una grandezza definita come il tasso di cambiamento della posizione di un corpo in base al tempo. (SI metri al secondo m/s)

Legge oraria del moto uniforme.

Moto rettilineo non uniforme Il moto rettilineonon uniforme è il moto su una linea retta a intensità di velocità varabile.

Accelerazione: L’ accelerazione è la rapidità di variazione della velocità nel tempo. (SI metri al secondo quadro m/s2)

Legge oraria del moto accelerato.

Moto circolare uniforme Una particella si definisce in moto circolare uniforme se si muove su una circonferenza o su un arco di questo a velocità di modulo costante (uniforme). Al procedere del moto entrambi i vettori (vettori velocità e accelerazione) restano costanti in modulo, ma le loro direzioni variano continuamente.

Frequenza: numero di giri che il sistema compie in una unità di tempo. (SI Hertz Hz) Periodo: tempo necessario per compiere un giro completo.

Velocità angolare: rappresenta il rapporto tra l'angolo percorso (misurato in radianti) e il tempo impiegato a percorrerlo.

DINAMICA

Leggi di Newton

I)Prima legge della dinamica: Il principio d'inerzia si può quindi riformulare dicendo che un corpo tende a mantenere il proprio stato di quiete o di moto rettilineo uniforme fino a quando non interviene una forza esterna, o una somma di forze esterne la cui risultante sia diversa da zero.

II)Seconda legge della dinamica: A un corpo di massa m viene applicata una forza F, esso acquista un'accelerazione a, con verso e direzioni coincidenti alla forza.

III)Terza legge della dinamica: La terza legge della dinamica, o principio di azione e reazione, stabilisce che a ogni azione corrisponde una reazione uguale e contraria.

FORZE Una forza è una spinta o una tirata. Quando un oggetto risente di una forza netta F, il suo moto cambia, in accordo con la seconda legge di Newton. (SI Newton N)

Forza di attrito L’ attrito rappresenta una forza che si oppone al moto tra due oggetti che sono in contatto diretto. La forza di attrito è proporzionale alla forza normale con cui una superfice agisce su un’ altra superficie.

Attrito statico: L’ attrito statico rappresenta la forza che impedisce a una superficie di scorrere rispetto a un’ altra superficie. Essa compensa esattamente la forza applicata, il che significa che varia all’ aumentare della forza applicata, fi no a un valore massimo. Attrito dinamico: L’ attrito dinamico rappresenta la forza di attrito tra due superfici che si stanno muovendo una rispetto all’ altra.

Forza elastica Sono dette forze elastiche quelle che si oppongono alla deformazione di un corpo.

Legge di hooke: La legge di Hooke descrive una forza di richiamo che aumenta in modo direttamente proporzionale allo spostamento di un sistema dalla sua posizione di equilibrio.

Forza peso Il

peso è la forza che agisce su un oggetto a seguito della gravità. Il modulo del peso di un oggetto è dato dal prodotto della sua massa perl’ accelerazione di gravità. (SI Kilogrammi Kg)

P=mg LAVORO In fisica si parla di lavoro tutte le volte che una forza agisce su un corpo in concomitanza con il suo spostamento. (SI Joule J)

ENERGIA L’ energia rappresenta la capacità di un oggetto o di un sistema di compiere lavoro. (SI Joule J)

Energia cinetica: L’ energia cinetica rappresenta l’ energia associata a un oggetto in moto.

Energia potenziale: In fisica, l'energia potenziale di un oggetto è l'energia che esso possiede a causa della sua posizione in un campo di forze.

(gravitazionale)

POTENZA La grandezza fisica che esprime la rapidità attraverso la quale una forza è in grado di compiere un lavoro è la potenza, definita appunto come il lavoro compiuto dalla forza in un’unità di tempo. (SI Watt W)

LEGGI DI CONSERVAZIONE

La legge della conservazione dell’energia L'energia totale di un sistema si mantiene sempre costante, ma si trasforma passando da una forma all'altra.

La conservazione dell'energia meccanica In un sistema sottoposto a forze conservative (per esempio, la forza gravitazionale) si definisce energia meccanica totale del sistema E la somma dell'energia cinetica Ecin e dell'energia potenziale Epot del sistema:

La legge della conservazione della quantità di moto La quantità di moto totale di un oggetto o di un sistema di oggetti non cambia quando la forza netta che agisce su di esso è zero.

Quantità di moto In meccanica, la quantità di moto di un oggetto massivo è una grandezza vettoriale definita come il prodotto della massa dell'oggetto per la sua velocità. Si tratta di una grandezza fisica conservativa, ovvero che rimane uguale nel tempo in assenza di forze esterne al sistema applicate all'oggetto.

EQUILIBRIO Un sistema soggetto a forze la cui risultante è nulla, e che è anche in quiete, è detto in equilibrio.

Momento di una forza Il momento è quindi il prodotto dell’intensità della forza per il braccio. Forza e braccio sono inversamente proporzionali, perciò più lungo è il braccio meno intensa sarà la forza da applicare per avere lo stesso momento.

M F 03 DF 02 0b F 0B 4F

Momento di una coppia di forze

Un sistema di forze formato da due forze di uguale intensità ma di verso contrario, costituisce una coppia di forze. Il braccio di una coppia di forze corrisponde alla distanza fra le linee di azione delle forze.

I FLUIDI Le molecole di un fluido non si dispongono secondo una struttura ordinata stabile. Il fluido non ha forma propria e assume, per scorrimento, quella del contenitore.

Liquidi possiedono un volume proprio, ma non una forma propria.

Gas non possiedono né forma né volume propri.

Pressione Poiché un fluido si adatta alla forma del suo contenitore, esercita sulle pareti una forza F localmente a esse perpendicolare. La costante di proporzionalità tra la forza e l’ area A della superficie su cui insiste è la pressione. (SI Pascal Pa)

Principio di Pascal La pressione esercitata in un punto qualunque di un fluido, si trasmette inalterata su tutti i punti del fluido, indipendentemente dalla direzione come è stata esercitata.

Legge di Stevin La legge afferma che dato un fluido di densità costante , la pressione esercitata da una colonna di fluido in un suo punto di profondità h (distanza dal pelo libero del fluido, ossia affondamento di un punto dalla superficie in alto del liquido a contatto con l'ambiente esterno) è direttamente proporzionale a h.

F 0 7 2h

F 0 2 0

F 0 3 D

F 0 2 0p g h F 02 0

Principio di Archimede Ogni corpo immerso in un fluido (liquido o gas) riceve una spinta verticale dal basso verso l'alto, uguale per intensità al peso del volume del fluido spostato.

La dinamica dei fluidi La massa di un fluido che attraversa una sezione di un condotto nell'unità di tempo è costante.

In due sezioni diverse:

Viscosità di un fluido La viscosità è la manifestazione delle forze di attrito tra strati adiacenti di fluido che scorrono l’ uno rispetto all’ altro.

Fluido ideale La differenza principale tra un fluido perfetto e un fluido reale è la presenza della viscosità. Inoltre, un fluido reale, a differenza di un fluido perfetto, può presentare due modalità di scorrimento: in un caso può scorrere in strati che scivolano l'uno sull'altro senza mescolarsi

(flusso laminare), mentre in un altro caso può scorrere con mescolamento di porzioni di fluido, cioè in modo disordinato e caotico (flusso turbolento).

Legge di Bernoulli

L’ equazione di Bernoulli mette in relazione la velocità del flusso v, la pressione P, la densità t e l’ altezza h, rispetto a un riferimento, di un fluido in movimento. Secondo l’ equazione di Bernoulli, all’ aumentare della velocità di un fluido che scorre orizzontalmente, la pressione diminuisce.

dove p è la pressione, ρ è la densità del fluido, g è l’accelerazione di gravità, h è l’altezza e v è la velocità del fluido. (Applicabile solo ai fluidi incomprimibili, ovvero con densità invariabile.)

TERMODINAMICA

Temperatura La temperatura di un corpo rappresenta l'indice del grado di agitazione delle sue particelle costituenti ed è direttamente correlata alla velocità media, e quindi all'energia cinetica media, di queste ultime.

Il calore Si chiama calore l’ energia che passa da un corpo a un altro unicamente come conseguenza di una differenza di temperatura.

La propagazione del calore

Conduzione Il trasferimento di calore per conduzione ha luogo tra due corpi a contatto, o tra parti di uno stesso corpo, che si trovano a temperature differenti. In questo caso, nella zona di contatto tra i due corpi, le particelle del corpo a temperatura maggiore, che possiedono un'energia cinetica più elevata, urtandosi con le particelle del corpo a temperatura minore, che possiedono un'energia cinetica più bassa, trasferiscono loro una parte della loro energia cinetica

Convezione La convezione è il processo di trasferimento di calore tipico dei fluidi. La convezione in un fluido è legata al trasporto di materia: quando si riscalda un fluido, la sezione che viene riscaldata per conduzione (per esempio attraverso il contatto con una parete a temperatura maggiore di quella del fluido) si sposta all'interno del fluido, trasportando energia termica. Si creano così all'interno del fluido delle correnti convettive, in modo che le molecole di fluido più ricche di agitazione termica si trasferiscono in un'altra parte del fluido stesso, trasportando il calore all'interno della massa del fluido stesso.

Irraggiamento Ma il calore si può propagare anche nel vuoto, senza contatto o senza trasferimento di materia. L'irraggiamento è il meccanismo di propagazione del calore nel vuoto ed è il modo in cui la Terra riceve calore dal Sole.

Gli stati di aggregazione A seconda dell'intensità tra le forze di coesione tra le molecole , la materia può presentarsi in uno dei tre stati di aggregazione.

Solido

Allo stato solido e in prevalenza le loro particelle costituenti (atomi o molecole) sono disposte nello spazio con precisa regolarità geometrica: sono, in altre parole, solidi cristallini.

Liquido Le sostanze nello stato liquido sono caratterizzate da forze di coesione tra le particelle più deboli rispetto allo stato solido: le particelle non sono fisse in posizioni regolari, ma possiedono sufficiente energia cinetica perché possano muoversi con una certa libertà, scorrendo le une sulle altre.

Aeriforme Nelle sostanze nello stato aeriforme, infine, l'energia cinetica delle particelle prevale sulle forze di reciproca attrazione e di conseguenza queste tendono a occupare tutto lo spazio disponibile; per questo motivo gli aeriformi non possiedono forma né volume propri.

I cambaimenti di stato Al variare della temperatura e della pressione, ogni tipo di materia, cioè ogni sostanza, può passare da uno stato di aggregazione a un altro, cioè subire un cambiamento di stato. Un cambiamento di stato è sempre accompagnato da uno scambio di calore fra la sostanza interessata e l'ambiente circostante.

Sottoponendo una sostanza a una variazione di temperatura e/o di pressione, è possibile operarne il passaggio da uno stato di aggregazione a un altro, cioè un cambiamento di stato di aggregazione. Ogni cambiamento di stato avviene, a parità di pressione, a una temperatura determinata, caratteristica di ogni sostanza, e che si mantiene costante durante l'intero processo. In tutti i cambiamenti di stato la sostanza interessata scambia con l'ambiente energia sotto forma di calore; tale calore viene ceduto dall'ambiente alla sostanza o dalla sostanza all'ambiente e, per la legge di conservazione dell'energia, è pari rispettivamente al calore ceduto dalla sostanza all'ambiente o a quello ceduto dall'ambiente alla sostanza nel cambiamento di stato inverso. Il calore scambiato fra una sostanza e l'ambiente, riferito all'unità di massa della sostanza, è detto calore latente.

Il punto triplo Per ogni sostanza esiste un valore di temperatura, detto punto triplo, in corrispondenza del quale coesistono i tre stati (solido, liquido e gassoso) in reciproco equilibrio. Il punto triplo per una sostanza si può determinare costruendo un diagramma che riporta l'andamento della pressione in funzione della temperatura della sostanza.

I GAS I gas (insieme ai vapori) costituiscono lo stato di aggregazione della materia propriamente denominato stato aeriforme, nel quale le particelle costituenti (atomi e molecole) possiedono un'energia cinetica che prevale sulle forze di coesione. Per questo motivo i gas non sono caratterizzati da una forma e da un volume propri, ma tendono a occupare tutto lo spazio disponibile. Le particelle del gas sono animate da un moto rapido e casuale, detto moto di agitazione termica, a causa del quale esse urtano continuamente tra loro e con le pareti del recipiente che le contiene.

I gas perfetti

Un gas idele (detto anche gas perfetto) è un gas che ha i seguenti requisiti: 1) Le sue particelle hanno volume nullo : il volume delle particelle del gas è trascurabile rispetto al volume del gas (e quindi del recipiente che lo contiene). 2) Le forze attrattive tra le particelle sono nulle per cui ogni particella è indipendente dalle altre. 3) Le collisioni tra le particelle del gas o tra le particelle del gas e le pareti del recipinete sono perfettamente elastiche. Una collisione elastica è una collisione nella quale la dispersione di energia è nulla. 4) L'energia cinetica media delle particelle aumenta all'aumentare della temperatura assoluta del gas.

Leggi dei gas perfetti:

Legge di Boyle (trasformazione isotermica) A temperatura costante, la pressione di una data quantità di gas è inversamente proporzionale al suo volume.

Legge di Charles (isobara) A pressione costante, il volume di una data quantità di gas è direttamente proporzionale alla sua temperatura assoluta.

Legge di Guy Lussac (isocora) A volume costante, la pressione di una data quantità di gas è direttamente proporzionale alla sua temperatura assoluta.

Equazione di stato dei gas ideali: p V = n R T

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