ISTITUTO STATALE DI ISTRUZIONE SUPERIORE Leonardo Sinisgalli C

ISTITUTO STATALE DI ISTRUZIONE SUPERIORE “Leonardo Sinisgalli” C. da Rotalupo - Senise (PZ) DIDATTICA DELLA FISICA LE CARATTERISTICHE DI UNA SOSTANZA ANNO SCOLASTICO 2016 – 2017 Il Docente di Fisica Prof. Ing. Giuseppe SASSONE

Pesa più un kilogrammo di ferro o un kilogrammo di paglia? Quante volte ci siamo sentiti rivolgere questa domanda a trabocchetto! Un kilogrammo è sempre lo stesso, ma un kilogrammo di ferro occupa un volume molto minore di un kilogrammo di paglia. Certamente, a parità di volume, la massa del ferro è molto maggiore della massa della paglia, cioè il ferro è più denso della paglia. Cerchiamo di capire cosa sono queste proprietà «intrinsiche ed estrinseche» di una sostanza. Impariamo le caratteristiche fisiche di base di un corpo. Se vuoi ascoltare musica di sottofondo premi

Le proprietà fisiche di una sostanza possono essere : Le proprietà di una sostanza Intrinseche Estrinseche Proprietà relative a un certo corpo le quali dipendono dalla natura e dalla struttura del corpo. Proprietà relative a un certo corpo le quali dipendono da fattori esterni al corpo in esame o da effetti della combinazione del corpo con altri di tipo diverso. Esempi : massa, densità, cariche elettriche, ecc. Esempi : peso, peso specifico, forze eoliche, forse di Coulomb, ecc.

La massa Come si è osservato nelle prime lezioni, secondo la teoria particellare della materia ogni corpo è costituito da particelle (atomi, molecole o ioni) unite tra loro, in maniera maggiore o minore, da forze di interazione che ne determinano lo stato di aggregazione. La materia si può trovare in natura in tre diversi stati : Ø Solido; Ø Liquido; Ø Gassoso; Vi è un quarto stato detto PLASMA (che possiede proprietà singolari). Immagini di legami atomici

La disposizione più compatta degli Al massimo è possibile avere una Per eliminare tutti i vuoti, gli atomi è : disposizione del tipo : dovrebbero sovrapporsi : Parte solida Vuoti Parte solida Cosa non comporterebbe Quindi in ogni caso esistono sempre dei vuoti che possono essere occupati possibile l’addentramento materia. da aria e/o liquido. Il corpo è costituito da in Parte vuota di un corpo Parte solida detta «la materia» di un corpo VIDEO SPETTACOLO – «FACCIAMO LUCE SULLA MATERIA» quanto della

La massa è la quantità di materia contenuta in un corpo. L’unità di misura è il chilogrammo-massa semplicemente chilogrammo (Kg). o E’ una caratteristica intrinseca di un corpo. Cioè è legata al corpo e non cambia. Per misurare la massa usiamo la bilancia. Immagini di masse

La DENSITA’ Supponiamo di voler conoscere la massa di un corpo. Ad esempio di una montagna di volume noto V. Consideriamo il rapporto tra la massa del corpo ed il suo volume. m = massa V = volume δ = m V Densità (Kg/m 3) Massa (Kg) Volume (m 3) Questo rapporto lo definiamo densità δ della sostanza di cui è costituito il corpo. 1 m Rappresenta Densità (Kg/m 3) la massa contenuta nell’unità di volume. Nello specifico l’unità di volume è il m 3, ma può essere il cm 3, il 1 m km 3. ecc … 1 m

La densità è la massa contenuta nell’unità di volume. La densità è una proprietà caratteristica delle sostanza ed è facilmente definibile in laboratorio per ogni corpo. Infatti, è più facile calcolare la massa contenuta nell’unità di volume del corpo e non quella di tutto il corpo. Di tutte le sostanze sono state definite le densità riportate in tabelle facilmente visionabile su internet. TABELLA DELLE DENSITA’ DI ALCUNE SOSTANZE Osservando i valori numerici delle tabelle densità, si possono ricavare queste conclusioni : Ø I solidi presentano i valori più alti di densità, seguono i liquidi e quindi i gas. Tra i liquidi, il mercurio mostra un comportamento anomalo presentando un alto valore di densità. Ø In ogni tabella è specificata la temperatura a cui si riferiscono i valori numerici di densità. Conoscendo la densità di una sostanza (dalle tabelle) e il suo volume è possibile conosce la massa (ovvero la quantità di materia) applicando la formula inversa : δ = m V * (Kg)

Facciamo alcune considerazioni : La densità in stretta correlazione con la temperatura. La densità è data dal rapporto Massa / Volume. La massa è una costante e non può variare, il volume invece è una proprietà della materia in stretta correlazione con la temperatura. Poiché la densità dipende dal volume e questo varia con la temperatura anche esso varia. Si prenda ad esempio un gas contenuto in un palloncino : se si aumenta la temperatura di una quantità significativa si noterà un espansione (aumento di volume) del palloncino, se la temperatura diminuisce si noterà una riduzione del volume occupato dal palloncino. Questo perchè si verifica una maggiore agitazione delle particelle costituenti il gas che, acquisendo energia cinetica attraverso l'aumento di temperatura. Impattano più velocemente e più frequentemente contro le pareti del palloncino. Discorso analogo ma opposto per la diminuzione di temperatura Come misurare la densità. La massa nel palloncino è sempre la stessa mentre il volume aumenta da Vo a V. Quindi : δo = m / Vo > δ = m / V Misura del volume Vo di un liquido : Vo= A ho Una volta immerso il corpo, il livello dell’acqua aumenta da ho a h e il volume da Vo a V. Quindi : V 1 = V - Vo = A(h – ho) Per misurare la densità di un corpo possiamo misurarne la massa con una bilancia. Per misurare il volume di un corpo irregolare, possiamo invece usare dell'acqua e un cilindro graduato. Dal momento che la massa si misura in kilogrammi (kg) e il volume in m 3 avremo che l'unità di misura della densità assoluta δ nel Sistema Internazionale è il kg/m 3, anche se spesso si usa la densità in kg/dm 3, kg/litro, g/cm 3 e g/litro. In generale la densità dei solidi è maggiore della densità dei liquidi che a sua volta è maggiore della densità dei gas, ma esiste un'importante eccezione, l'acqua : il ghiaccio (solido) galleggia sull'acqua (liquida) perché la sua densità è minore di quella dell'acqua. VIDEO SULLA DENSITA’ VIDEO SULL’ ACQUA CHE GALLEGGIA DENSITA’ DELL’ACQUA

Alcune informazioni : Come detto la densità varia con la temperatura. Per questo motivo in genere si effettuano misure di densità a 20° centigradi, e perciò la densità viene simbolizzata con d 20 (vedi tabella). Oppure si specifica la temperatura alla quale si è effettuata la misura della densità (dt°C). La densità di solidi e liquidi non risente della variazione della pressione poiché questi sono praticamente incomprimibili. La densità dei gas, essendo questi comprimibili, risente invece dell’azione della pressione. La densità dei gas viene misurata in g/l (grammi su litro) e la misura viene effettuata a 0°C e alla pressione di 1 atmosfera. La densità ha notevoli applicazioni tecniche, tra le quali l’analisi del grado alcolico di una soluzione di acqua e alcol etilico. Per grado alcolico si intende i millilitri di alcol presenti in 100 ml di miscela idroalcolica. Per analizzare però il grado alcolico di un vino occorre prima distillarlo per purificarlo e poi eseguire la misura della densità (vedi tabella). densità acqua

IL PESO Tutti i corpi sono attratti verso il centro della terra. La terra esercita su tutti i corpi un’attrazione che li fa muovere dall’alto verso il basso in direzione del suo centro. A questa attrazione si da il nome di forza di gravità capace di imprimere su di un corpo una accelerazione : g = 9, 81 m/s 2 Quindi tutti i corpi di massa m, sulla terra vengono incrementati dell’accelerazione di gravità e a questa grandezza si è dato il nome del peso di un corpo : P=m*g L’unità di misura è il chilogrammo per metro su secondo al quadrato (Kg * m/s 2). Per misurare il peso usiamo il dinamometro.

Il peso è dato dalla massa di un corpo per il valore dell’accelerazione di gravità E’ una caratteristica estrinseca di un corpo. Cioè è legata al fattore esterno del corpo e quindi cambia. Il peso di un corpo sulla luna è minore rispetto a quello che ha sulla Terra o su Marte, mentre la sua massa non varia. In prossimità della superficie lunare abbiamo g = 1, 62 N/kg, mentre in prossimità della superficie di Marte abbiamo g = 3, 69 N/kg. Il peso di un corpo diminuisce al crescere dell’altitudine, perché diminuisce il rapporto tra peso e massa g. Inoltre g è minore all’Equatore, dove vale 9, 78 N/kg, e maggiore ai Poli, dove vale 9, 83 N/Kg. Altitudine (m) g (N/Kg) 0 9, 806 8000 9, 782 100000 9, 598 4000 9, 794 32000 9, 708 4000 9, 794

IL PESO SPECIFICO Supponiamo di voler conoscere il peso di un corpo. Ad esempio della precedente montagna di volume noto V. Consideriamo il rapporto tra peso del corpo ed il suo volume. P = peso V = volume Peso specifico (Kg/m 3) = P V Peso (Kg) Volume (m 3) Questo rapporto lo definiamo peso specifico della sostanza di cui è costituito il corpo. Rappresenta il peso contenuto nell’unità di volume. 1 m Nello specifico l’unità di volume è il m 3, ma può essere il cm 3, il Peso specifico (Kg/m 3) km 3. ecc … Nel sistema internazionale, essendo il peso una forza, l’unità di 1 m misura del peso specifico è il N/m 3 (newton su metro cubo). 1 m

Il peso specifico è il peso contenuto nell’unità di volume. Il peso specifico è una proprietà caratteristica delle sostanza ed è facilmente definibile in laboratorio. Infatti, è più facile calcolare il peso contenuto nell’unità di volume del corpo e non quello di tutto il corpo. Di tutte le sostanze sono stati definiti i pesi specifici riportati in tabelle facilmente visionabile su internet. TABELLA DEI PESI SPECIFICI DI ALCUNE SOSTANZE Osservando i valori numerici delle tabelle dei pesi specifici, si possono ricavare queste conclusioni : Ø I solidi presentano i valori più alti dei pesi specifici, seguono i liquidi e quindi i gas. Tra i liquidi, il mercurio mostra un comportamento anomalo presentando un alto valore di densità. Ø In ogni tabella è specificata la temperatura a cui si riferiscono i valori numerici dei pesi specifici. Conoscendo il peso specifico di un corpo (dalle tabelle) e il suo volume è possibile conosce il suo peso applicando la formula inversa : = P V * (Kg)

Facciamo alcune considerazioni : Anche per il peso specifico valgono le stesse considerazioni fatte per la densità, ovvero è in stretta correlazione con la temperatura e per misurare il volume dei corpi irregolari è possibile usare dell’acqua e un cilindro graduato. Sia il peso che il peso specifico sono diretti sempre verso il centro della terra. Quindi in ogni posizione la forza peso è sempre verticale. Il peso specifico è uguale anche a : VIDEO LA FORZA DI GRAVITA’ VIDEO LA MASSA E IL PESO VIDEO SUL PESO SPECIFICO

ESERCIZI SULLA DENSITA’ E MASSA ESERCIZI SUL PESO SPECIFICO Esercitiamoci su quanto trattato