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Fisica - Deutsches Museum: Deutsches · PDF fileLa misura della pressione atmosferica può essere dimostrata in un esperimento particolarmente interessante. Il più famoso probabilmente

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Progetto 100 classi

IIS di Zagarolo IV A e IV B - ITIS A.Meucci IA Liceo Scientifico C.Cavour VF 1

Fisica Introduzione

Meccanica Oscillazioni e onde Calore Elettricit Ottica Fisica atomica, nucleare e delle particelle Esperimenti nellesposizione di fisica

Lallestimento della mostra segue la traccia dello sviluppo storico che ha separato i diversi campi secondo i sensi delluomo. La meccanica tratta i movimenti dei corpi, specialmente sotto lazione di forze esterne. Un importante ramo della meccanica la teoria delle oscillazioni, che diventata un elemento di tutti gli altri rami della fisica, per esempio dellottica. Semplici leggi della meccanica e dellottica erano gi conosciute nellantica Grecia, ma progressi sostanziali sono iniziati solo intorno al 1600. Una teoria sul calore si sviluppata intorno al 1700 con la costruzione dei primi termometri. I fenomeni elettrici, comunque, non corrispondono strettamente a una singola percezione sensoriale umana. Il loro studio scientifico iniziato nel XVIII secolo. La speculazione filosofica sulla struttura della materia, degli atomi e delle molecole pu essere rintracciata nellantica Grecia. Spiegazioni di tipo sperimentale, comunque, sono state ricavate solo a partire dalla ricerca del XIX secolo. Allinizio del XX secolo si sviluppato un campo della conoscenza che trattava le parti degli atomi, ossia le particelle elementari, ed diventato la base di quella che la fisica moderna. Levoluzione storica dei singoli rami, comunque, stata abbastanza diversa e sar descritta pi dettagliatamente nelle pagine che seguono.

In tutte le aree dellesposizione si possono trovare esperimenti e dimostrazioni. Alcuni di questi li presentiamo sul Web: cercate le pagine degli esperimenti!

La fisica una scienza che sta alla base dellintero campo della tecnologia. Indaga le regolarit osservabili nella natura inanimata, servendosi dello studio teorico e della sperimentazione. una scienza esatta; ci significa che esprime queste relazioni in formule matematiche, usando determinati simboli.

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Meccanica Oscillazioni e onde Calore Elettricit Ottica Fisica atomica, nucleare e delle particelle Esperimenti nellesposizione di fisica

Meccanica dei solidi I bisogni del lavoro quotidiano hanno costretto presto luomo a servirsi dei principi della fisica, pur non avendone una chiara comprensione. Le leve semplici e il piano inclinato sono stati i primi strumenti delluomo. Viti usate come meccanismi di guida e pulegge furono aggiunte solamente nellantica Grecia. La credenza che luomo fosse capace di sopraffare la natura (di qui lorigine della parola meccanica in greco) persistette per molto tempo. Una delle scoperte che ha anticipato l'era moderna fu realizzata con il dato che era possibile, tramite una macchina, alzare un carico pesante con poca forza, a condizione che la distanza coperta dalla forza venisse aumentata in modo corrispondente, cos che il lavoro svolto fosse lo stesso, come se il carico fosse stato alzato direttamente. Questa fu una scoperta che venne estesa alla legge generale, nota come il "principio della conservazione dellenergia" (XIX secolo), legge che ha guadagnato unimportanza fondamentale nel campo della fisica e della tecnologia. Una parte decisiva nell'evoluzione della meccanica verso le scienze matematiche fu giocata da Galileo (agli inizi del XVII secolo). Nel 1687 Isaac Newton introdusse una sistema di idee riguardanti la meccanica che ebbe uninfluenza decisiva sulla civilt europea del XVIII e XIX secolo. Questa teoria divenne un punto di riferimento per tutti i successivi tentativi di approfondire la conoscenza scientifica della natura. Cos la matematica divenne il fondamento della fisica. La teoria della meccanica dei solidi parte dal presupposto che gli atomi siano connessi rigidamente tra di loro. Nelle sale seguenti di questa sezione gli elementi della meccanica e le loro relazioni sono spiegati da semplici esperimenti. Le grandezze fisiche fondamentali sono: massa, lunghezza, tempo. Tutte le altre grandezze, come la forza, il lavoro, lenergia, sono combinazioni di queste grandezze fondamentali.

Primi strumenti meccanici

Lo studio di Galileo Galilei

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Meccanica dei liquidi e dei gas La produzione di gas estremamente rarefatti ha una speciale importanza nella tecnologia del vuoto. La misura della pressione atmosferica pu essere dimostrata in un esperimento particolarmente interessante. Il pi famoso probabilmente l'esperimento di Otto von Guericke, il quale - attraverso la sua macchina pneumatica - dimostr nel 1663 che era possibile produrre spazi di aria altamente rarefatta. In questo modo egli confut l'opinione diffusa allepoca, secondo la quale la natura teme il vuoto" (horror vacui). Lidrodinamica si occupa di liquidi e gas in movimento. La ricerca in questo campo essenziale per tutte le attivit nelle quali hanno importanza le sostanze fluide e i gas, specialmente nella costruzione di navi e aerei.

Le leggi fondamentali che sono alla base della meccanica dei liquidi e dei gas in quiete (idrostatica) erano in parte note nellantichit. Intorno al 250 a.C. Archimede trasse conclusioni importanti dal fenomeno del galleggiamento dei corpi e nel I secolo d.C. Erone di Alessandria introdusse il concetto di pressione atmosferica nella spiegazione dei suoi strumenti. Ma anche in questo campo non vi sono stati ulteriori sviluppi fino allet moderna. Le molecole dei liquidi, se paragonate a quelle dei corpi solidi, si possono muovere pi liberamente le une rispetto alle altre. Questo spiega perch fluiscono facilmente e perch prendono la forma del recipiente che le contiene. Comunque, la compressione di liquidi quasi impossibile, dato che le loro molecole sono cos vicine. Le molecole di un gas, al contrario, sono quasi interamente indipendenti, dato che si muovono nello spazio a disposizione. Possono perci essere compresse facilmente, rispetto a quelle dei solidi e dei liquidi.

Pompa con emisferi di Magdeburgo di Otto von Guericke, 1663 (originali)

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Oscillazioni e onde La prima oscillazione mai studiata dettagliatamente fu quella del pendolo (Galileo, 1609). La propagazione di onde sulla superficie dellacqua, cos come anche delle onde acustiche, fu poi descritta pi precisamente da Newton (1687). Comunque, fino al XVII secolo non fu posta una base per una comprensione pi profonda di questi fenomeni. Le oscillazioni sono movimenti periodici nei quali lo stato di quiete e il movimento si alternano continuamente, come avviene nel pendolo dellorologio. Le oscillazioni si possono diffondere nello spazio circostante e la formazione di onde, come per esempio nellacqua, ne sono la prova. Una propriet speciale delle onde quella di amplificarsi o estinguersi, nel caso in cui si incontrino pi onde. Questo fenomeno chiamato interferenza. La teoria delle oscillazioni ebbe dapprima grande importanza nella meccanica. Venne applicata, per esempio, allintero campo dellacustica, in quanto le onde sonore non sono altro che onde di aria compressa e rarefatta che si propagano. Successivamente la teoria ondulatoria divenuta un elemento essenziale di altri rami della fisica. Si pensi solo alle oscillazioni elettriche e alla propagazione di onde elettromagnetiche. Lo stesso si applica all'ottica, perch la luce pu essere descritta come un'onda elettromagnetica. Molti esperimenti nellesposizione del museo illustrano oscillazioni meccaniche e acustiche. Tra le varie esperienze possibili vengono anche dimostrate la propagazione di onde e il fenomeno dellinterferenza, l'amplificazione reciproca e l'estinzione di due campi di onde.

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Calore Nel corso del XVIII secolo si comprese che, per quanto riguarda il calore, due concetti diversi devono essere distinti: temperatura e quantit di calore. Corpi che hanno la stessa temperatura, pur tuttavia possono contenere quantit di calore differenti. Per molto tempo si pensato che il calore fosse una sostanza che penetrava i corpi. Fu solo all'inizio del XIX secolo che venne accettata lidea che ci che era definito calore in realt consisteva nel moto casuale delle molecole. Allora divenne possibile associare il calore alla legge della conservazione dellenergia meccanica. Ci port al principio generale "della conservazione dellenergia", enunciato per la prima volta da Julius Robert Mayer nel1842: " Lenergia non pu essere generata, ma solamente convertita da una forma a unaltra ". Questa una delle Leggi della Termodinamica. Un grande impulso alla fisica di base stato dato dagli sviluppi successivi nello studio del calore. Problemi si presentarono in collegamento con la radiazione