E alla fine uscì ....MATEMATICA!!!!

Dopo tutte le polemiche scoppiate sui social, dopo la raccolta petizione da presentare al Ministro con più di 15.000 firme raccolte, oggi sono finalmente arrivate le comunicazioni per la seconda materia scritta.
In diretta Facebook il Ministro ci ha finalmente chiarito cosa succederà all'Esame nelle varie scuole, in primis nei licei.
Al liceo scientifico la seconda materia della prova scritta, affidata ad un commissario esterno, è Matematica.
Tutti i ragazzi hanno gioito ascoltando questa notizia.
C'è però da fare qualche precisazione.........
Una delle materie da affidare ad  un commissario esterno è Fisica!
Questo, ragazzi, vi deve far riflettere.
Prima di tutto questa materia non può essere trascurata.
E' chiaro, infatti, che verrà scelta come materia per la terza prova.
(Sarà l'ultimo anno in cui si svolgerà la terza prova all'Esame).
In secondo luogo si possono venire a creare dei possibili attriti all'interno della commissione.
Un docente della scuola, che insegna matematica e fisica al 5° anno, si troverà in commissione un docente esterno che accerterà la preparazione dei ragazzi.
Questo è sicuramente un aspetto molto delicato da non sottovalutare.
Infatti, in caso di scontro tra i docenti, i ragazzi potrebbero anche trovarsi in difficoltà.

In definitiva il mio consiglio è quello di studiare e di non trascurare, in questi pochi mesi, la Fisica.
Mi raccomando.
Il blog non verrà sospeso ma saranno pubblicati nuovi post!
Ciao a tutti dal vostro prof. Marco Giancristofaro.

I ragazzi che frequentano l'ultimo anno del liceo scientifico sono in attesa che il MIUR comunichi la materia oggetto della seconda prova di fisica......

Bisognerà pazientare fino al 30 gennaio.

Per venire incontro alle esigenze di tutti i ragazzi, completo, con questo post, le mie soluzioni dell'esempio pubblicato dal MIUR della seconda prova di fisica.
Il secondo problema può essere scaricato con il seguente link:

Soluzione problema n.2

I sei quesiti sono visibili con il seguente link:

Soluzione quesiti

Per chi non ha seguito i precedenti post, pubblico nuovamente la soluzione del primo problema:

Soluzione problema n.1

Buon studio a tutti.

Un saluto!

Prof. Marco Giancristofaro

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Esame di Stato - esempio di prova di fisica  n.2 proposto dal MIUR

 

 

Come promesso pubblico la soluzione del quesito n.1.

 

Clicca nel link e scaricala in pdf.

 

Buona lettura e buon studio!

 

https://drive.google.com/file/d/0B1Ixfy4IMDvmUENvN2p6dHRfV28/view?usp=sharing

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Il MIUR ha reso noto un secondo esempio di prova d'esame di Stato di fisica,
Clicca nel seguente link per scaricare la prova.
Nei prossimi giorni pubblicherò la soluzione del primo problema.

https://drive.google.com/file/d/0B1Ixfy4IMDvmQnZCVEhrUkcxS0E/view?usp=sharing

Mi raccomando continuate a studiare e a seguire il blog.

Come avvengono le trasmissioni dei segnali radio e tv?

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La trasmissioni radiotelevisive si effettuano grazie alle onde elettromagnetiche.

Le onde elettromagnetiche vengono generate da antenne (disposte lungo y come in figura 1) in cui gli elettroni si spostano verso l’alto e verso il basso, secondo moti armonici imposti da un generatore a c.a.. Vengono così formate onde di campi elettrici variabili (nel piano xy) che formano, a loro volta,  onde di campi magnetici variabili nel tempo (nel piano xz).

In pratica l’onda elettromagnetica si sviluppa su campi elettrici e magnetici variabili perpendicolari fra loro e perpendicolari alla direzione di propagazione.

Quando le onde raggiungono un’antenna ricevente, interagiscono con gli elettroni presenti in essa. Le antenne riceventi “leggono” il campo elettrico o quello magnetico.

Per utilizzare il campo elettrico le antenne sono essenzialmente rettilinee e devono essere disposte parallelamente al campo elettrico. (vedi figura 2).

 

Per rilevare il campo magnetico vengono utilizzate antenne a forma di spira.

La ricezione è ottimale quando la normale della spira è parallela al campo magnetico. In questo modo la variazione del flusso del campo magnetico è massima. (vedi figura n.3).

 

 

In entrambi i tipi di antenna, il segnale elettrico viene gestito da un circuito di sintonia, che è sostanzialmente un circuito LC privo di generatore, in cui i valori della  o dell’induttanza possono essere modificati. In figura si può notare che il condensatore ha una capacità variabile.

In questi circuiti l’ampiezza della corrente ( ma anche l’ampiezza della forza elettromotrice) è massima se si verifica la condizione di risonanza.

Cioè quando:

 

I segnali radio captati sono tantissimi. Per estrarne uno solo si deve agire sul valore di

L o C.

Questo è il processo di sintonizzazione.

Nelle vecchie radio c’erano i condensatori variabili a lamine mobili  poi sono stati usati i diodi varicap. Ora si utilizzano sistemi digitali.

 

Esempio di calcolo

Un’antenna a forma di spira quadrata di lato 0,20 m capta un’onda elettromagnetica.

Cambiando il valore di C otteniamo la condizione di risonanza  con un valore f = 30 Mhz.

Il valore efficace della f.e.m è letta su un voltmetro installato sul circuito LC. Essa è pari a 10,0 mV.

L’antenna trasmittente dista 100 m dalla ricevente.

Calcoliamo la potenza della stazione radio.

 

 

 

 

 

 

Ecco la simulazione di un esame di fisica che il MIUR ha pubblicato alla fine di ottobre.

Scarica il file dal seguente link:

https://drive.google.com/file/d/0B1Ixfy4IMDvmdWhPN0lkNC05dHM/view?usp=sharing

Molti docenti dei licei scientifici hanno protestato affermando che per svolgere questa prova sono necessarie delle competenze che esulano dai corsi scolastici di fisica.
Pertanto io ed i colleghi abbiamo firmato una petizione affinché vengano proposte prove risolvibili con i testi di fisica in adozione.
Per avere un'idea della difficoltà della prova, ho svolto il primo esercizio.
Ve lo propongo nel seguente link:

https://drive.google.com/file/d/0B1Ixfy4IMDvmQkpGcjFNeGppQzQ/view?usp=sharing

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IL LETTORE DI TESSERE MAGNETICHE

 

Come funzionano i lettori di tessere magnetiche e come si leggono i dati sulla banda magnetica dei badge?  Chissà quanti di voi posseggono una carta telefonica o sono titolari di una tessera Bancomat: tutte queste tessere, meglio note come “badge”, dispongono di una banda magnetica per la registrazione dei dati. Controllo accessi, casse automatiche, macchine distributrici, sistemi di controllo orario, chiavi per alberghi: sono questi alcuni dei principali campi applicativi dei badge.

Entriamo subito nel vivo dell’argomento e vediamo com’è realizzato fisicamente un badge. Le tessere vengono costruite incollando tra loro degli strati di PVC ( Polyvinyl Chloride), per la precisione due interni bianchi e due esterni trasparenti per un totale di 0,76 mm di spessore. In uno dei due lati viene laminata una banda magnetica; questo lato prende il nome di “retro”, mentre l’altro (“fronte”) viene generalmente personalizzato con la pubblicità del committente. Per comprendere il funzionamento di un badge, immaginiamo la banda magnetica di quest’ultimo come un segmento di nastro di una cassetta audio.

Sulla banda magnetica del badge viene memorizzata una sequenza di bit che verrà successivamente letta ed interpretata dal lettore e dalla relativa scheda di controllo. La banda magnetica assume dunque la funzione di memoria non volatile, ovvero trattiene permanentemente le informazioni. Il supporto magnetico viene suddiviso in tre diversi settori di memorizzazione denominati “tracce”. Secondo lo standard ISO, a cui si attengono tutti i principali costruttori di badge, le tre tracce disponibili sulla banda magnetica prendono il nome di traccia ISO1, traccia ISO2, traccia ISO3 e presentano ognuna una larghezza di circa 1,5 mm e una lunghezza di 85,7 mm.

La testina magnetica è costituita da un blocchetto di materiale ferromagnetico che presenta un'apertura, denominata traferro.
Al passaggio della banda magnetica, si alternato aumenti e diminuzioni del flusso del campo magnetico nel blocchetto. Intorno al blocchetto viene avvolto un filo elettrico, in modo da formare una bobina.
Per la legge di Faraday-Neumann-Lenz nasce una corrente indotta nella bobina. La corrente cambierà alternativamente il verso di percorrenza, a seconda dell'aumento o della diminuzione del flusso del campo magnetico nel tempo.

Facendo scorrere la testina di lettura sulla banda magnetica , ogni inversione di flusso generata durante la registrazione determina un segnale di ritorno, indispensabile per decodificare le informazioni registrate sulla banda.

A titolo esemplificativo immaginiamo che, durante la strisciata della banda magnetica, il campo all'interno della bobina vari come in figura nel tempo.
Considerando 100 avvolgimenti e un'area di 0,05 cm2, possiamo tracciare il grafico della fem indotta nel tempo.

Fino a 5 ms non c'è variazione di flusso e quindi la fem =0 V.
Tra 5ms e 10 ms, la f.em. indotta vale:

Tra 10 e 20 ms, fem =0 V
Tra 20 e 30 ms, la fem indotta vale:



 Il segnale della forza elettromotrice indotta è tipicamente a dente di sega. Quindi potrà essere inviato ad un trasduttore che lo convertirà in un segnale binario.
Ad es.0 per fem positive e 1 per fem negative.
La sequenza di questi bit costituisce una stringa di valori che corrispondono ai codici binari dei caratteri dell'alfabeto e dei numeri.
 





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La risonanza magnetica

L’esplorazione interna  dell’organismo umano mediante Risonanza Magnetica è indiscutibilmente vantaggiosa in quanto non invasiva e sicura.

Il macchinario che esegue queste analisi diagnostiche è denominato tomografo.




Tipico tomografo usato per la risonanza magnetica

Un parametro che caratterizza i tomografi è l’intensità del campo magnetico statico che viene prodotto in essi.

Sono molto diffuse apparecchiature ad alta intensità di campo B di oltre 3 Tesla (T); negli ultimi anni sono stati raggiunti valori più elevati per applicazioni di ricerca (fino a 9.4T, ed ancora in fase di progetto, 11.7T).

Ad oggi sono 32 i sistemi con campo magnetico ≥ 7 T che risultano installati nel mondo e questo numero continua a crescere. Sistemi a campo magnetico ancora maggiore (tre da 9.4T) sono già installati e stanno cominciando ad acquisire dati. Infine è imminente la costruzione di uno scanner da 11.7T al centro NeuroSpin di Parigi.

Il campo magnetico terrestre (geomagnetico) ha valori di qualche decina di Gauss (1 G = 10⁻⁴ T).

Pertanto campi magnetici generati dai tomografi (1T, 1,5T, 2T e addirittura 3T) sono altissimi, rispetto a quello naturale geomagnetico.

Vediamo con quale tecnica si producono questi campi e quali sono le principali problematiche a riguardo.

La geometria per realizzare un campo magnetico così intenso è quella solenoidale.

Per un solenoide vale la seguente relazione:

 

Ricavando la corrente, fissato un numero di spire per metro lineare pari a N/L=1000, otteniamo:

L'effetto Joule vale:

 

Per fissare il valore della resistenza, prendiamo un cavo elettrico di rame avente le seguenti caratteristiche:

La potenza dissipata per effetto Joule vale: P =280W.
L'avvolgimento non potrebbe resistere a questo calore.
Pertanto, per eliminare il problema del calore, L’avvolgimento, che può raggiungere una lunghezza di oltre 20 km, è realizzato con fili di Nichel-Titanio (Ni-Ti) o Niobio-Titanio (No-Ti) intrecciati e incamiciati in una matrice di Rame ed è mantenuto ad una temperatura prossima allo zero assoluto (4,2 K, circa –269oC) per immersione in un bagno di elio liquido. In tal modo viene garantito il mantenimento delle proprietà superconduttive che consentono il passaggio di corrente senza dispersione di energia sotto forma di calore.



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Campi magnetici e forze sui fili percorsi da corrente

Un circuito elettrico è collegato ad un generatore a c.c.; è incernierato in due punti A e B, in modo che sono possibili le rotazioni intorno all'asse AB, come in figura A.
Una parte di questo circuito è costituito da una barretta metallica lunga 20 cm avente massa 0,085 Kg, posto all'interno di un campo elettrico di intensità 0,075 T.

figura A - circuito aperto

 

Chiudiamo il circuito. Attraverso di esso fluirà una corrente pari 40A.
La barretta all'interno del campo magnetico sarà soggetta, oltre alla forza peso, anche alla forza magnetica F. (vedi figura B). Troviamo la posizione di equilibrio.

figura B - circuito chiuso

La direzione di F si ottiene applicando la regola della mano destra (vedi figura C).
Il pollice indica il verso della corrente (per convenzione dal polo + al polo - del generatore), le altre dita puntando nel verso dell'intensità del campo magnetico B e la forza è perpendicolare al palmo della mano (destra).


Figura C - Regola della mano destra applicata all'esercizio

 

Calcoliamo il modulo di F.
Sappiamo che :              F = iLBsen(teta)
dove:                              i è la corrente espressa in A                      i=40A
                                       L è la lunghezza in m                                L=0,20m
                                       B è l'intensità del campo magnetico in T  B=0,075 T
                                       teta è l'angolo che la corrente forma con il campo magnetico.
Nel nostro caso teta=90° ; tale angolo rimane costante durante la rotazione.
                                       F=40(A)*0,20(m)*0,075(T)sen90°=0,6N
I fili verticali che sostengono la barretta sono disposti parallelamente al campo magnetico nella fase iniziale e pertanto non sono soggetti ad alcuna forza (teta=0);
Successivamente poiché la sbarretta si sposta ed il sistema ruota, i fili verticali formeranno un angolo con il campo magnetico (fi). Su di essi la forza non sarà nulla.
Dobbiamo però osservare che la corrente ha versi opposti sui due fili, infatti dal lato della cerniera B la corrente scende mentre dal lato della cerniera A sale. Le forze che nascono sui due fili verticali hanno stessa intensità ma versi contrari.
La sbarretta si sposterà in direzione di F, ma essendo incernierato il circuito, il sistema ruoterà fino a trovare l'equilibrio.
Le forze cui è sottoposta la sbarretta sono: la forza peso P=mg, la forza magnetica F e la tensione T sui due fili verticali.(figura D)

Figura D - Equilibrio

Nel triangolo delle forze in equilibrio, si nota che F=P*tg(fi), pertanto:
(fi)= arctg (F/P) = arctg (iLB / mg) = 35,7°. 

Esame di stato: facciamo chiarezza sulla seconda prova d’esame

I ragazzi che frequentano l’ultimo anno del liceo scientifico dovranno sostenere, come previsto dalla normativa in vigore, l’Esame di Stato.

L’anno scorso, nei vari ambienti scolastici e ministeriali, si dava per certo che la materia oggetto della seconda prova fosse fisica.

Il ministero inviò alle scuole una simulazione di prova esperta di fisica per far prendere dimestichezza ai ragazzi dell’ultimo anno, ma ci furono molte lamentele a riguardo. In alcuni casi i temi della prova non erano ancora stati svolti per svariati motivi, in altri casi gli alunni conoscevano gli argomenti ma non possedevano le capacità richieste per risolvere bene le problematiche proposte.

Cosa succederà quest’anno?

Le quotazioni di fisica sono molto in rialzo!

Cosa devono studiare i nostri alunni per prepararsi all’esame?

Di seguito ho caricato le unità didattiche previste dal Ministero!

 

 

Per chi volesse saperne di più:

 

https://drive.google.com/file/d/0B1Ixfy4IMDvmMlJPMG4xM1BlNFE/view?usp=sharing