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martedì 20 dicembre 2011

IL CAOS

 

Il simbolo dell’attrattore di Lorenz, conosciuto anche con il nome di “Farfalla di Lorenz”, può essere una rappresentazione grafica della teoria del caos.
La particolarità di questa  rappresentazione geometrica, consiste nel fatto che le traiettorie non si ripetono mai e non se ne troveranno mai due che si sovrappongano.
Il sistema è imprevedibile, tuttavia presenta una certa regolarità: un ordine nascosto, sensibilissimo, dove la più piccola variazione può dare luogo ad un’evoluzione dinamica completamente diversa.
Da qui la celebre riflessione di Lorenz:
“Può un battito d’ali di una farfalla in Brasile generare un uragano in Texas?”


 Buoni Dies Fasti 2008 da Matteo

L'ENTROPIA

 


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L’entropia è la probabilità che un certo stato abbia di verificarsi.

E’ il logaritmo della probabilità.

Certi casi si possono verificare più probabilmente di altri.

L’entropia è una grandezza che si vuole introdurre per caratterizzare i fenomeni reali, e quindi irreversibili, differenziandoli da quelli reversibili.

Per esempio: una determinata quantità di calore ha in se una diversa potenzialità nel trasformarsi in lavoro meccanico a seconda della temperatura in cui si trova. Più la temperatura è bassa, minore è il lavoro. L’entropia è il rapporto tra la quantità di calore scambiata e la temperatura assoluta.
La quantità di calore scambiata da una reazione reversibile, sarà maggiore della quantità di calore i una trasformazione irreversibile.
La variazione di entropia che si ha in una trasformazione irreversibile è maggiore di zero.

L’entropia (grandezza additiva) è una funzione della probabilità (grandezza prodotto).
L’entropia deve essere  additiva e deve essere una funzione, per cui l’evento prodotto è determinato dal prodotto delle probabilità.

Funzione crescente. L’entropia di un sistema è la somma delle singole parti; è la probabilità del sistema di avere le sue componenti in un certo stato.

Nell’universo, l’entropia non potrà mai diminuire. L’aumento dell’entropia è indice dell’aumento del disordine e dell’aumento della asimmetria.
Il sistema evolve verso lo stato che ha una maggiore probabilità di verificarsi.

PI GRECO: MATEMATICA, STORIA, LETTERATURA E...

La costante matematica π (si scrive "pi" dove le lettere greche non sono disponibili) è utilizzata moltissimo in matematica e fisica. Nella geometria piana, π viene definito come il rapporto tra la circonferenza e il diametro di un cerchio, o anche come l'area di un cerchio di raggio 1. Molti libri moderni di analisi matematica definiscono π usando le funzioni trigonometriche, per esempio come il più piccolo numero strettamente positivo per cui sen(x)=0 oppure il più piccolo numero che diviso per 2 annulla cos(x). Tutte le definizioni sono equivalenti.
π è conosciuto anche come la costante di Archimede (da non confondere con i numeri di Archimede), la costante di Ludolph o numero di Ludolph. Contrariamente ad un'idea comune, π non è una costante fisica o naturale, quanto piuttosto una costante matematica definita in modo astratto, indipendente dalle misure di carattere fisico.
Le prime 64 cifre decimali di π sono (sequenza A000796 del OEIS) :
3,14159 26535 89793 23846 26433 83279 50288 41971 69399 37510 58209 74944 592

UN PO’ DI STORIA...

Un versetto poco noto della Bibbia riporta:
E costruì un bacino di metallo, lungo dieci cubiti da un capo all'altro: era rotondo, alto cinque cubiti: e la circonferenza era di trenta cubiti. (I Re 7, 23)

Lo stesso verso è riportato in II Cronache 4, 2. Si trova in una lista di specifiche per il grande tempio di Salomone, costruito intorno al 950 a.C. ed il suo interesse per noi è che fornisce π = 3. Non è certo una stima accurata e non lo era neanche in quei tempi, giacché i valori egiziani e mesopotamici di 25/8 = 3.125 e  10 = 3.162 risalgono a date ben anteriori: sebbene in difesa dei costruttori di Salomone debba essere notato che l'oggetto descritto era costituito da un'unica colata di ottone molto ampia, dove un alto grado di precisione geometrica non era possibile né necessario.Ci sono alcune interpretazioni di ciò (se il diametro fosse misurato internamente e la circonferenza esternamente, ad esempio) che conducono a un valore molto più accurato.
Il fatto che il rapporto tra la circonferenza e il diametro di un cerchio sia costante è noto da così lungo tempo che la sua origine è pressoché irrintracciabile. I più antichi valori di π, compreso il valore biblico di 3, erano certamente stati trovati per misura. Nel papiro egiziano di Rhind, datato intorno al 1650 a.C., c'è chiara evidenza che 4(8/9)2 = 3.16 sia assunto come valore di π.
Il simbolo "π" per la costante di Archimede è stato introdotto nel 1706 dal matematico inglese William Jones, benché lo stesso simbolo fosse stato utilizzato in precedenza per indicare la circonferenza del cerchio. La notazione diventò di uso comune dopo che la utilizzò Eulero. In entrambi i casi π è la prima lettera di περιμετροσ (perimetros), che significa «misura attorno» in greco. Inoltre il simbolo π venne usato all'inizio dallo stesso William Jones che, nel 1706 lo usò in onore di Pitagora (l'iniziale di pitagora nell'alfabeto greco è appunto Π, ma trattandosi di un numero si preferisce usare la minuscola). Tuttavia, ancora nel 1739 lo svizzero Eulero usava il simbolo "p".

UN PO' DI  LETTERATURA ...

Anche Dante nel canto XXXIII del Paradiso esprime il concetto del “π”, quando arriva alla visione di Dio nei versetti 133-135:
Quale è ‘l geomètra che tutto s’affligge
Per misurare lo cerchio, e non ritrova,
pensando, quel principio ond’elli indige,…


Come il matematico che si concentra completamente
Per trovare la misura del cerchio, e non trova,
pur impegnandosi con il pensiero, il principio matematico di cui egli ha bisogno,…

Questo è stato un suggerimento datoci dal nostro professore di storia e filosofia, che ci ha inoltre fatto ragionare sul significato filosofico di questo valore matematico. Infatti stiamo studiando in questo periodo filosofi che ritengono la figura dell’uomo una nullità a confronto della verità assoluta; lo stesso è per “π” in quanto è composto da infinite cifre decimali, di cui ne sono state scoperte solo una parte infinitesimale in confronto al totale.

...E  QUALCHE CURIOSITA'....


Che cosa è pi?
Pi greco o pi per gli amici è definito come il rapporto fra una qualsiasi circonferenza C e il il suo diametro d=2r.
 = C/d = C/2r
Pi è un numero irrazionale e trascendente
. Ecco le sue prime 999 cifre decimali.
Le prime 999 cifre di pi greco.
Meno di un granello di sabbia nell'Universo.

3.14159265358979323846264338327950288419716939937510582097494459230
7816406286208998628034825342117067982148086513282306647093844609550
58223172535940812848111745028410270193852110555964462294895493038196
44288109756659334461284756482337867831652712019091456485669234603486
104543266482133936072602491412737245870066063155881748815209209628292
5409171536436789259036001133053054882046652138414695194151160943305727
03657595919530921861173819326117931051185480744623799627495673518857527
248912279381830119491298336733624406566430860213949463952247371907021798
6094370277053921717629317675238467481846766940513200056812714526356082778
57713427577896091736371787214684409012249534301465495853710507922796892589
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Un aneddoto su John Horton Conway (un celebre matematico inglese)


"Un giorno decisi di imparare a memoria le prime mille cifre del pi greco - ricorda Conway - stimolato da mia moglie Larissa, una matematica di origine russa, che aveva bisogno del valore di π e non ricordava che 3,14. Le insegnai le prime cento cifre che ricordavo già a memoria. Ma questo a lei non bastava e, visto che anch'io non sapevo andare oltre, decidemmo insieme di programmare lo studio di cento nuove cifre ogni giorno, per arrivare almeno a mille, da imparare nei momenti in cui eravamo insieme, al di fuori del nostro lavoro".
"E' stato divertente - continua Conway - perché ogni domenica facevamo una passeggiata fino a Grantchester, una graziosa, piccola cittadina vicino a Cambridge e lungo il percorso recitavamo a turno i gruppi successivi di 20 cifre del π, come fossero piccole poesie. Venti cifre io e venti cifre mia moglie e così di seguito, alternandoci nella recita: in questo modo siamo arrivati a memorizzare le mille cifre del pi greco".

Come ricordare pi?

Esistono molte frasi o filastrocche in diverse lingue che permettono di ricordare a memoria un certo numero di cifre di pi.

Ecco tre esempi in italiano.
Ave o Roma o Madre gagliarda di latine virtù che tanto luminoso splendore prodiga spargesti con la tua saggezza.

Qual è il segreto?
Ogni parola rappresenta una cifra di pi. Per sapere quale, basta contare le lettere.

Ave    o    Roma    o    madre    gagliarda    di    latine    virtù    ...
3,    1    4    1    5    9    2    6    5    ...

Ecco alcuni esempi in inglese

How I want a drink, alcoholic of course, after the heavy chapters involving quantum mechanics. One is, yes, adequate even enough to induce some fun and pleasure for an instant, miserably brief.

Oppure:

But a time I spent wandering in bloomy night;
Yon tower, tinkling chimewise, loftily opportune.
Out, up, and together came sudden to Sunday rite,
The one solemnly off to correct plenilune.




UNA POESIA PER CELEBRARE  LA GIORNATA DEL PI GRECO

3,1415926535897932384626433832795028841971693993751058209749445923078164062862089986

Più o meno è forse Archimede il grande genio
che trovò pensando soluzioni incerte disegnava con il suo
compasso gran cerchi su sabbia nuda per far imparare
con le formule gradevoli forme … lo travolse gridando
ieri l'incredulo soldato e adesso piangiamo con amorevole
rimpianto lui fervido genio è! Amato studioso fu!
Studiando disegni fece progressi veri così sarem discepoli
di lui! Precoce studente o somaro vero!
Guarda ai postulati impara ma … poliedri platonici ricordati
studiare dovrai

ESPERIENZE DI LABORATORIO

LE LEZIONI DI FISICA QUEST'ANNO SPESSO SI SVOLGONO IN LABORATORIO.
MERCOLEDI' HO FATTO QUALCHE FOTO DURANTE I NOSTRI ESPERIMENTI.

Siamo andati in laboratorio di Fisica accompagnati dalla Professoressa Zani.
Gli esperimenti sono stati curati da Davide, il nostro assitente.

ESPERIMENTO SULLA PRESSIONE

La pressione è la forza esercitata perpendicolarmente sull'unità di superficie. L'unità di misura della pressione è il Pascal (Pa), che si trova facendo forza/superficie (N/m2).

Abbiamo posto un palloncino semisgonfio sotto ad una campana di vetro; poi con una pompa elettromeccanica abbiamo creato il vuoto.


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Creando il vuoto il palloncino comincia a gonfiarsi: diminuendo la pressione atmosferica, l'equilibrio si ristabilisce quando il palloncino si espande.


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DIAVOLETTO DI CARTESIO

Secondo
il principio di Archimede un corpo immerso in un fluido è sottoposto ad una spinta verso l'alto pari al peso del volume del fluido spostato. E’ il meccanismo fisico alla base del galleggiamento.
Il nostro diavoletto è una figurina di vetro smaltato, immersa in una provetta di vetro piena d’acqua e chiusa con una membrana elastica.
Il diavoletto ha un buchino... da cui entra ed esce l’acqua.
Se si esercita una pressione sulla membrana che chiude la provetta, si produce una compressione dell'aria sopra al pelo libero dell'acqua con conseguente aumento della pressione nell'acqua stessa.



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Per il principio di Pascal questa pressione si trasmette uniformemente in tutta la massa d'acqua e quindi anche entro la bolla di galleggiamento della figurina, con il risultato che la sacca d'aria si contrae lasciando spazio ad una piccola quantità d'acqua il cui contributo in peso è proprio quanto basta per rompere l'equilibrio di galleggiamento facendo precipitare il diavoletto sul fondo.

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L'Esperienza di Torricelli
Abbiamo una colonna alta un metro, di vetro, di qualsiasi diametro + un becker contenente mercurio.
Riempiamo la colonna di mercurio fino all'orlo cercando di non formare bolle d'aria e tappiamo un'estremità della colonna; poi la capovolgiamo e poniamo l'estremità all'interno del becker contenente il mercurio.


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A questo punto si stappa la colonna di vetro.
Osserviamo che il mercurio della colonna scende.
Non si svuota completamente, ma rimane piena fino a 760 mm di altezza. Il peso della colonna di mercurio alta  760 mm bilancia il peso dell'aria che grava sulla superficie. La Forza peso nella colonna di mercurio agisce sul mercurio del Becker: E' il mercurio stesso a creare una forza peso.  
Questo esperimento dimostra il Principio di Pascal sulle proprietà dei fluidi: se si esercita una pressione all'interno di un fluido, la pressione si trasmetterà uniformemente  in tutti i punti del fluido.
Torricelli, con questo esperimento, dimostrò che l'aria ha un peso e ne misurò il valore per ogni cm2 di superficie terrestre. Questa grandezza è la  pressione atmosferica.

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Densità dei Fluidi:
in questo caso conoscevamo la densità dell'alcool (rosa) ed abbiamo calcolato la densità dell'altro liquido.

Come Strumenti, utiliziamo una cannetta a "U", una siringa collegata ad un tubo di gomma, due becker, alcool e un liquido qualsiasi.
Colleghiamo la siringa al tubo a "U" per mezzo del tubo di gomma, portiamo le estremità del tubo a "U" nei becker con i liquidi ed aspiriamo con la siringa un certo volume di aria, in modo da far salire i due fluidi lungo i bracci del tubo.
Notiamo subito che la quota che i due liquidi raggiungono è differente. Quindi prendiamo i dati della differenza:  28,6cm di liquido ignoto, 19,0cm di alcool.
La formula generale, dati due liquidi, per trovare densità o altezza della colonna è: d1∙h1=d2∙h2
cercando la densità dell'alcool (0,806g/cm³), possiamo trovare la densità dell'altro liquido:
0,806g/cm³∙28,6cm= x ∙19,0cm
quindi x = (0,806g/cm³∙28,6cm)/19,0cm = 1,21g/cm3  (densità della glicerina)



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X
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Il Principio di Archimede

Con questo esperimento si misura la spinta idrostatica.
La legge di Archimede afferma che un corpo immerso in un fluido riceve una forza (spinta) dal basso verso l’alto pari al peso del fluido da esso spostato.
Si immerge un corpo in un liquido contenuto in un recipiente. Si misurano le dimensioni del corpo e si calcola il suo volume. Poi si riempie il recipiente d’acqua per tre quarti, e si appende il corpo al dinamometro in modo da tenerlo completamente fuori dal liquido si determini il suo peso.
Si abbassa il gancio del dinamometro fino ad immergere il corpo completamente.
La seconda pesata dà un valore inferiore a quello della prima.
Quando il corpo è completamente immerso il suo volume è pari al volume di liquido spostato.


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LE FORZE SONO GRANDEZZE VETTORIALI



Scopo dell’esperimento

Verificare sperimentalmente che le forze si comportano come vettori.

Materiale e strumenti

Dinamometro di diversa scala
Pesetti da: 50 g, 25 g,
doppio supporto con carrucole legato con uno spago
goniometro

Descrizione dell’esperimento
   
Allineare sullo stesso asse i due supporti, collegare il dinamometro nella parte centrale dello spago situata tra le due carrucole (2), e aggiungere i pesetti, di diversa massa, alle due estremità (1) (3) dello spago facendo attenzione che lo spago non esca dalla carrucola.Sovrapporre il goniometro centrandolo nel punto (2), e misurare l’ampiezza dell’angolo compreso tra le due carrucole. Annotare anche la forza leggendo il dinamometro.
Ripetere più volte la procedura variando la massa dei pesetti e la distanza tra le carrucole.

Accorgimenti:
1.    controllare l’allinaemento delle carrucole e che lo spago sia perfettamente inserito tra esse.
2.    allineare correttamente il goniometro.
3.    cercare di evitare errori di paralasse durante la lettura delle misure sul dinamometro e sul goniometro.
4.    ripetere più volte la lettura per diminuire il margina di errore.

Leggi utilizzate

Somma vettoriale cioè regola del parallelogramma: c = a + b

Conclusioni
Le linee rappresentanti la somma delle forze e l’azione del dinamometro non sono perfettamente allineate; il che è dovuto ad una errata lettura degli strumenti

I MOTI

Moto rettilineo uniforme
Un corpo che si muove su una traiettoria rettilinea con velocità costante, si muove di  moto rettilineo uniforme

s = so + v (t- to)
v = s/t

Moto rettilineo uniformemente accelerato
Un corpo che si muove su una traiettoria rettilinea con accelerazione costante, si muove di moto rettilineo uniformemente accelerato.

s = ½ a(t-to) 2 + vo (t-to) + so
v 2  = vo 2  + 2 as
v = co + at

COS'E' LA FISICA?

la fisica è lo studio dei fenomeni naturali, dal greco phisio, natura


Meccanica   
                                      Termodinamica
•    cinematica
•    statica
•    dinamica
                                    ↑            ↑
                                 Fisica classica


                                   ↓            ↓   
Ottica                                                     Elettromagnetica
•    geometrica
•    fisica                           

               Fisica moderna
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MOTO RETTILINEO UNIFORME ACCELERATO

Scopo dell’esperimento:

studiare il moto rettilineo uniformemente accelerato di un carrello che si muove su una rotaia.

Materiali e strumenti:

rotaia;
carrello;
fotocelle;
peso;
filo;
metro;
cronometro collegato alle fotocelle. (precisione 0,01)

Descrizione dell’esperimento:


Si posiziona il carrello sulla rotaia, si lega al carrello il filo con il peso per permettere il movimento, ma non si usa alcun appoggio che fermi l’azione dei pesetti; si posizionano le fotocelle il più vicino possibile (nel caso delle fotocelle a disposizione 2,4 cm) per calcolare la velocità istantanea, in seguito si dovranno allontanare per calcolare la velocità raggiunta.

Perché l’esperimento risulti sono necessari degli accorgimenti:
    -il carrello deve sempre scorrere lungo la rotaia;
    -il filo deve sempre scorrere nella apposita carrucola;

Legge utilizzata:
                 
S = 1/2 at2
 
Conclusione:


Abbiamo cercato di dimostrare il moto uniformemente accelerato calcolando l’accelerazione costante. Purtroppo non siamo riusciti a dimostrare la costante mediante calcoli, probabilmente ciò è dovuto all’imprecisione degli strumenti o a noi osservatori.
La nostra ipotesi consiste nel fatto che esistesse una componente di attrito non considerata ( il cigolio del carrello che a nostra supposizione diminuiva l’accelerazione).

MOTO RETTILINEO UNIFORME


Scopo dell’esperimento:


Studiare il moto rettilineo uniforme di un carrello che si muove su una rotaia, calcolando la velocità e la velocità istantanea.

Materiali e strumenti:

  • rotaia;
  • carrello;
  • fotocelle;
  • peso;
  • filo;
  • piattello;
  • metro;
  • cronometro collegato alle fotocelle (precisione 0,01 s)

Descrizione dell’esperimento:

Si posiziona il carrello sulla rotaia, si lega al carrello il filo con il peso per permettere il movimento, ma si utilizza anche un piattello per ottenere il moto rettilineo uniforme inibendo la continua azione dei pesi che determinerebbero il moto rettilineo uniformemente accelerato; si posizionano le fotocelle il più vicino possibile (nel caso delle fotocelle a disposizione 2,4 cm) per calcolare la velocità istantanea, in seguito si dovranno allontanare per calcolare la velocità raggiunta.

Leggi utilizzate:

    v = s/t            s = s0 + vt        σrelv = σrelΔτ  + σrelΔs


Conclusione:

Come si deduce dal grafico il moto è uniforme: infatti lo spazio dipende linearmente dal tempo.

La legge oraria (che lega lo spazio al tempo) appartiene al moto rettilineo uniforme.
Perché l’esperimento risulti sono necessari degli accorgimenti:

    -il carrello deve sempre scorrere lungo la rotaia;
    -il filo deve sempre scorrere nella apposita carrucola;