NUOVI ESPERIMENTI REALIZZATI DAGLI ALUNNI DELLA PRIMA SCIENTIFICO

Video realizzato dall'alunna Alessandra Toffoli e Arianna Giaccari della 1E scientifico del Liceo "Leopardi Majorana" di Pordenone. Sono proposti esperimenti da realizzare in casa con materiale povero sulla pressione e i fluidi.

Segue il video realizzato da  Querin Alessandro della classe 1F scientifico del Liceo "Leopardi Majorana" di Pordenone. Argomento la pressione. 
Procedimento:

Si inserisce verticalmente la candela nel recipiente e la si accende. Riempito il recipiente d’acqua (fino ad un livello inferiore rispetto alla candela), si copre la candela con la campana di vetro.

Il fenomeno è dovuto a diversi fattori:

-          Lo spegnimento della candela è dovuto al fatto che il fuoco consuma, nel processo di combustione, tutto l’ossigeno a disposizione all’interno della campana. L'ossigeno costituisce circa il 21% e infatti è circa la stessa percentuale di volume occupata dall'acqua nel recipiente.

-          Allo spegnimento della fiamma, segue una diminuzione della temperatura; quindi si riduce il volume del gas e l’acqua tende a salire in quanto occupa lo spazio lasciato libero dall’aria.

-          Nel contempo, si produce –dal processo di combustione- anidride carbonica la quale, tuttavia, non influisce in quanto tende a combinarsi in soluzione con l’acqua.

MOTO RETTILINEO UNIFORME

Un corpo si muove di moto rettilineo uniforme se si muove lungo una retta e lo spostamento è direttamente proporzionale al tempo trascorso. 
v=spostamento/tempo . 
Si misura in metri/secondi .

Il grafico spazio tempo è una retta essendo grandezze direttamente proporzionali.

video lezione su moto rettilineo

La seguente simulazione mostra i grafici del moto al variare della velocità:
  

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La legge oraria è un'equazione che esprime la posizione in funzione del tempo del tipo s=s(t)

Nel caso del moto rettilineo uniforme con velocità costante v possiamo ricavare s dalla definizione della velocità :

dove s0  è la posizione iniziale e t0 e il momento della partenza del moto (ritardo). Se il corpo parte al tempo  t0 =0 allora la legge oraria diventa: s=s0 +vt

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Vari esperimenti con materiale povero sul moto rettilineo uniforme proposti dall'AIF. Clicca qui . Vengono consigliati degli esempi di corpi che si muovono di moto uniforme in modo lento in modo da poter utilizzare un normale cronometro per la misura del tempo.

LA FORZA DI LORENTZ

Una particella carica che si muove con velocità v in un campo magnetico B subisce una forza magnetica detta FORZA DI LORENTZ.
La DIREZIONE della forza è perpendicolare al piano formato dai vettori v e B.
Il VERSO è dato dalla regola della mano destra:
1)indice nella direzione della velocità
2)medio nella direzione del campo B.

3)Il pollice è la forza che subisce una carica positiva.

NB: è equivalente considerare il pollice per la velocità, l'indice per il campo B e il medi per la forza.

Altra regola equivalente: "dal verso positivo di F si vede il vettore v ruotare su B in verso antiorario descrivendo l'angolo minore"

NB: la regola vale per una carica POSITIVA. Se la carica è negativa il verso è opposto.

Si definisce la forza di Lorentz come:

F = q · v × B,
dove q è la carica elettrica, v il vettore velocità della particella, B il campo magnetico e × indica il prodotto vettoriale tra i due vettori.

Il modulo della forza è:
F = q · v · B · sin α,
dove α è l’angolo compreso tra i vettori v e B.

Da questa relazione si ricava l’unità di misura del campo magnetico B nel Sistema Internazionale: il tesla (T).
Vale la definizione:
1 T = 1 N / (A · m)
poiché 1 C / 1 s = 1 A.

Un’altra unità di misura del campo magnetico è il gauss (G):
1 G = 10^-4 T,
circa il doppio dell’intensità del campo magnetico terrestre.

NB: Per convenzione, i vettori uscenti dal piano si indicano con un punto, mentre i vettori entranti si indicano con una x.

Forza magnetica su una particella carica

Una particella carica subisce una forza magnetica solo se è in moto all’interno di un campo magnetico.

Una carica ferma in un campo magnetico B non interagisce con il campo.

La forza di Lorentz è nulla quando la particella si muove parallelamente alle linee di campo (α = 0 → sin α = 0), mentre è massima quando si muove perpendicolarmente alle linee di campo (α = 90° → sin 90° = 1).

La traiettoria della carica in un campo magnetico è in generale elicoidale.

Infatti una forza perpendicolare alla velocità del corpo al quale è applicata ha come unico effetto quello di deviare la traiettoria. (vedi moto circolare)
Come sappiamo, nel caso in cui forza e spostamento siano perpendicolari, il lavoro compiuto dalla forza (dato dal prodotto scalare di forza e spostamento) è nullo. Ricordando il teorema dell'energia cinetica possiamo dire che in questo caso l'energia cinetica è costante.
In particolare se la carica entra con velocità v perpendicolare al campo magnetico B UNIFORME (cioè costante) allora la forza F è costante sempre perpendicolare allo spostamento. F è quindi una forza centripeta. La traiettoria è CIRCOLARE di raggio r.

Dal verso positivo del campo B si vede il verso antiorario della carica positiva q.

Come sempre, per una carica negativa la direzione della forza è invertita.

Ponendo la forza magnetica uguale alla forza centripeta:

q · v · B = m · v² / r

si ricava il raggio dell’orbita:

r = m · v / (q · B)

Il rapporto carica-massa identifica la natura della particella.
q/m=v/r⋅B. Significa che cariche diverse hanno rapporti carica/massa diversi.
Nello studio sperimentale delle particelle si misura il raggio della sua orbita in un campo magnetico perpendicolare noto e con la sua velocità misurata.
Fissato il valore di B e della velocità v le particelle con maggiore massa hanno orbite più grandi e quelle con maggiore carica hanno orbite più piccole.

applet per lo studio del moto di una carica in piano dove agisce un campo magnetico perpendicolare: CLICCA QUI

Se la velocità non è perpendicolare al campo B la compenente di v// nella direzione di B determina il passo dell'orbita elicoidale mentre v⟂ determina il raggio.

aurora boreale: fasci di particelle cariche entrano nel campo magnetico terrestre. Vengono accelerate ed emettono radiazioni colorate.


 

La traccia delle traiettorie di particelle generate in un campo magnetico nelle collesioni generate in sincrotone

 

un fascio di elettroni (raggi catodici) è deviato da un magnete

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