CAPITOLO V

5.3 - Gli esperimenti di fisica da realizzare nel laboratorio

Si  elencano di seguito i titoli degli esperimenti di Fisica che si intendono proporre agli allievi durante il Corso  triennale,  la maggior parte svolti con finalità di  riscoperta guidata della legge del fenomeno, nel senso di attività finalizzate  alla conferma o smentita di ipotesi fisiche inserite in un contesto di idee che intende la realtà in termini di modello fisico,  tenendo presente che le esercitazioni proposte rappresentano, a  giudizio dello  scrivente, una proposta minima e per niente esaustiva,  ma estremamente significativa, di esperienze che per la loro valenza culturale e la significatività concettuale sono assolutamente  da svolgere.   

Gli esperimenti proposti, dunque, al di là dei settori fisici indagati hanno l'obiettivo di discutere, non solo le  modalità di  raccolta dei dati sperimentali e la loro analisi nell'ambito delle teorie di Elaborazione dati e degli Errori, ma  soprattutto hanno  lo scopo di confrontare i dati ottenuti, come conseguenza di  interventi empirici intenzionalmente preparati,  con  ipotesi e/o  modelli matematici precedentemente avanzati in sede di  progettazione degli esperimenti.

Cinematica

 1. Ricerca sperimentale e studio fisico delle leggi del moto rettilineo  uniforme e del moto rettilineo uniformemente  accelerato s=s(t), v=v(t)  e   a=a(t)  mediante l'uso di una guidovia a  cuscino d'aria e misurazione indiretta della velocità e  dell'accelerazione  media assunte da un carrello soggetto  rispettivamente ad una forza non equilibrata nulla e ad una forza  costante.

Dinamica

2.  Verifica sperimentale  del 2° Principio   della  dinamica  e studio fisico della dipendenza dell'accelerazione di un  carrello in moto su  una guidovia a cuscino d'aria in funzione dell'intensità della forza esterna applicata e della massa  inerziale  del corpo  a=a(F,m).

3. Ricerca sperimentale della legge oraria del moto di un pendolo semplice S(t)=So sinωt  nell'approssimazione di piccole  ampiezze di  oscillazione, conferma empirica delle leggi dell'isocronismo galileiano nel moto dello stesso pendolo semplice  T=T(l,g)  e di un pendolo a molla elicoidale  T=T(m,k) dotati  di moto  armonico semplice e misurazione indiretta del modulo dell'accelerazione di gravità g e della costante elastica k della molla.

4.  Conferma empirica della legge di Hooke relativa  all'allunga­mento  elastico  di una molla elicoidale;  misurazione  indiretta della costante elastica k della molla; analisi fisica del comportamento  di più molle disposte rispettivamente in serie e in  parallelo; confronto tra il valore della costante elastica  equiva­lente del sistema di molle calcolato teoricamente e misurato spe­rimentalmente come conferma della validità del modello "a  molle" di struttura microscopica dei corpi solidi; verifica sperimentale del  fenomeno  dell'isteresi meccanica e determinazione  per  via grafica del limite di elasticità della molla mediante analisi fisico-matematica del diagramma (F,x) di isteresi meccanica.

Principi di conservazione

5. Conferma empirica del Principio di conservazione della  q.d.m. totale  in un sistema isolato costituito da due carrelli  su  una guidovia a cuscino d'aria sottoposti all'azione di una molla  nei fenomeni  fisici dell'esplosione, dell'implosione e nel  caso  di urto centrale elastico e anelastico tra masse uguali e diverse.

6.  Convalida  sperimentale  del   Principio   di   conservazione dell'energia  meccanica di un sistema isolato mediante il  metodo della caduta di una sferetta secondo una traiettoria parabolica.

Statica dei liquidi

7.  Ricerca sperimentale del Principio di Archimede  mediante  il metodo del dinamometro e misurazione indiretta della densità  as­soluta di un corpo mediante la bilancia idrostatica.

 Meccanica dei gas

8.  Conferma empirica delle leggi di Boyle, di Charles e di  Gay-Lussac e misurazione indiretta delle costanti di  proporzionalità e dei coefficienti di dilatazione del gas ideale.

Termologia

9. Ricerca sperimentale dell'equazione fondamentale della calori­metria  mediante studio fisico del rapporto  esistente tra  quan­tità di sostanza e variazione di temperatura, tra temperatura di miscelazione e quantità di materia, nonchè misurazione  indiretta del calore specifico di sostanze, in diverso stato di aggregazione,  mediante il calorimetro delle mescolanze adiabatico  di  Regnault  e determinazione dell'equivalente in acqua del calorimetro.                      

10.  Verifica sperimentale del principio di equivalenza di  Joule tra  calore  e lavoro  e misurazione indiretta  dell'equivalente meccanico del calore mediante il metodo dell'apparecchio di  Callendar.

11.  Conferma empirica del principio  dell'aumento  dell'entropia relativo ad una trasformazione spontanea e irreversibile; misurazione indiretta della variazione totale dell'entropia mediante il raffreddamento  spontaneo di un liquido posto in un recipiente  e ricerca  sperimentale della legge esponenziale di  raffreddamento di una sostanza liquida in un processo spontaneo e irreversibile.

Circuiti elettrici in c.c.

12.  Ricerca sperimentale delle leggi di Ohm, analisi  fisica  di semplici circuiti elettrici e misurazione indiretta di medie  resistenze  col metodo volt-amperometrico e con il ponte di  Wheatstone.

13.  Ricerca sperimentale della legge di variazione  della  resistenza  elettrica  con la temperatura R=R(t) mediante  il  metodo della regressione lineare.

14.  Ricerca sperimentale della legge di Joule, relativa  all'effetto  termico della corrente elettrica, e misurazione  indiretta dell'equivalente meccanico del calore mediante il metodo del  calorimetro adiabatico di Regnault.

15.  Ricostruzione ipotetico-deduttiva della legge  del  fenomeno della scarica di un condensatore elettrolitico e misurazione  indiretta della capacità del condensatore mediante il metodo  della integrazione grafica della funzione esponenziale i=i(t).

16. Ricerca sperimentale della caratteristica di un diodo a giunzione e analisi fisica del fenomeno della semiconduzione.

Elettromagnetismo

17. Ricerca, mediante il metodo dei minimi quadrati, della  legge del  campo magnetico generato da una bobina percorsa da  corrente elettrica  come  esempio significativo  di  processo  fisico  che permette di passare dall'osservazione di un fenomeno alla  formulazione di una legge e misurazione indiretta della componente  orizzontale del campo magnetico terrestre H_ot;

Fisica Moderna

18. Verifica sperimentale dell'effetto fotoelettrico e misurazione  indiretta della costante di Planck mediante il  metodo  della pendenza della retta dell'energia cinetica massima dei  fotoelettroni emessi dal catodo da una radiazione prodotta da una lampada al mercurio.

19. Conferma empirica del modello particellare della materia  mediante misurazione indiretta dell'ordine di grandezza dello spessore, del volume e della massa di una molecola di acido oleico (C₁₈H₃₄O₂) mediante il metodo della goccia; calcolo approssimato del numero di molecole presenti in 1 cm³ di sostanza e misurazio­ne indiretta dell'ordine di grandezza del Numero di Avogadro.

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