Didattica della fisica Lettura commentata di «Personaggi e scoperte della fisica» Luca Fiorani

Luca Fiorani Didattica della fisica Lettura commentata di «Personaggi e scoperte della fisica»  Vol. 1, da p. 27 a p. 51  Vol. 1, da p. 62 a p. 70 (fino a «dovevano renderlo immortale» a riga 3 dal basso)  Vol. 1, da p. 71 (da riga 1 dal basso) a p. 88 (fino a riga 20)  Vol. 1, da p. 90 a p. 94 (fino a «semimistici e segreti» a riga 8 dal basso)  Vol. 1, p. 104 (da riga 6) 2

Luca Fiorani Didattica della fisica Lettura commentata di «Personaggi e scoperte della fisica»  Vol. 2, da p. 28 a p. 45  Vol. 2, da p. 77 a p. 86 (fino a riga 6)  Vol. 2, da p. 88 (da «la radiazione di» a riga 6) a p. 89  Vol. 2, da p. 90 (inizio ultima sezione) a p. 96 (fino a riga 1)  Vol. 2, da p. 97 (da riga 11) a p. 100  Vol. 2, da p. 196 (da riga 3 dal basso) a p

Luca Fiorani Didattica della fisica Henri Becquerel, i Curie e la scoperta della radioattività  Röntgen scopre i raggi X nel 1895  Becquerel pensa che siano legati alla fluorescenza  Mette composti di U fluorescenti su una lastra fotografica avvolta in carta nera  Ripone il tutto in un cassetto aspettando una giornata di sole  Sviluppa la lastra per avere un controllo (senza sole)  La lastra era impressionata! E la colpa era di U. 4

Luca Fiorani Didattica della fisica Henri Becquerel, i Curie e la scoperta della radioattività  Maria Sklodowska (studentessa) conosce Pierre Curie (insegnante) nel 1894 e lo sposa nel 1895  Maria studia la radioattività per il suo dottorato  La radioattività è una proprietà atomica  I minerali naturali di U sono più radioattivi di quelli sintetici: altri elementi radioattivi?  Nell’aprile 1898 i Curie scoprono Po  La radioattività decade esponenzialmente: N=N 0 e -t/T (0.7×T è il tempo di dimezzamento) 5

Luca Fiorani Didattica della fisica Henri Becquerel, i Curie e la scoperta della radioattività  Da dove viene l’energia della radioattività?  Nel settembre 1898 i Curie scoprono Ra  Nel 1900, da una tonnellata di minerale, ottengono abbastanza Ra (mescolato a Ba) per studiarlo (Ra puro solo nel 1912)  Nel 1903 i Curie vincono metà del Nobel per la fisica (l’altra metà a Becquerel). Nel suo discorso Pierre riconosce la pericolosità della radioattività.  Nel 1904 Maria consegue il dottorato e Pierre ottiene un posto alla Sorbona 6

Luca Fiorani Didattica della fisica Henri Becquerel, i Curie e la scoperta della radioattività  Nel 1906 Pierre muore in un incidente stradale e Maria prende il suo posto alla Sorbona  Nel 1911 Maria vince il Nobel per la chimica  Nel 1934 Irène Curie (figlia) e Frédéric Joliot (genero) scoprono la radioattività artificiale (condividendo il Nobel per la chimica nel 1935)  Nel 1934 Maria muore in Svizzera 7

Luca Fiorani Didattica della fisica Henri Becquerel, i Curie e la scoperta della radioattività  Nozioni che lo studente dovrà possedere all’esame (a livello elementare):  Raggi X  Fluorescenza  Radioattività 8

Luca Fiorani Didattica della fisica Einstein: nuovi modi di pensare  Nasce a Ulm nel 1879 da ebrei tedeschi  Ha un rapporto conflittuale con le istituzioni scolastiche (al secondo tentativo è ammesso al Politecnico di Zurigo)  Nel 1900 si diploma  Nel 1902 inizia a lavorare all’ufficio brevetti  Nel 1905 pubblica tre lavori fondamentali su:  Effetto fotoelettrico  Moto browniano  Relatività ristretta 9

Luca Fiorani Didattica della fisica Einstein: nuovi modi di pensare  Relatività ristretta  Rivoluzione dei nostri concetti di spazio e tempo  Teorie corpuscolare (Newton) e ondulatoria (Huygens) della luce  L’interferenza dà ragione a Huygens  La luce come onda elettromagnetica (Maxwell)  Teoria dell’etere  Esperienza di Michelson e Morley: c è la stessa in tutti i sistemi di riferimento (inaspettato) 10

Luca Fiorani Didattica della fisica Einstein: nuovi modi di pensare  Principio di relatività (Galileo): «non è possibile distinguere un sistema di riferimento da un altro che si muove rispetto al primo di moto rettilineo uniforme»  Trasformazioni di Galileo (meccanica): x’=x-vt t’=t  Trasformazioni di Lorentz (elettromagnetismo): x’=γ(x-vt) t’=γ(t-xv/c 2 ) 11

Luca Fiorani Didattica della fisica Einstein: nuovi modi di pensare  Conseguenze del principio di relatività:  Due eventi simultanei per un osservatore possono non esserlo per un altro  Paradosso dei gemelli  Cronotopo  Velocità limite  Massa variabile  Conservazione della massa-energia: E=mc 2 12

Luca Fiorani Didattica della fisica Einstein: nuovi modi di pensare  Effetto fotoelettrico  Luce. Particella? Onda? Quanto!  Planck: la luce è emessa in «quanti»  Einstein: la luce esiste in «quanti»  L’energia di un «quanto» è proporzionale alla frequenza della luce tramite la costante di Planck  Moto browniano  «Prova» dell’esistenza degli atomi e delle molecole 13

Luca Fiorani Didattica della fisica Einstein: nuovi modi di pensare  1909: Università di Zurigo  1911: Università di Praga  1912: Politecnico di Zurigo  1914: Università di Berlino  Dal 1914 al 1916 lavora alla relatività generale  La gravitazione viola il principio di relatività  Principio di equivalenza (Galileo): «le masse inerziale e gravitazionale sono uguali»  Ascensore di Einstein  Gravitazione come deformazione geometrica 14

Luca Fiorani Didattica della fisica Einstein: nuovi modi di pensare  1919: la gravità devia la luce  : Nobel  1922: effetto Compton  1933: Università di Priceton  1939: lettera a Roosevelt  Muore nel

Luca Fiorani Didattica della fisica Einstein: nuovi modi di pensare  Nozioni che lo studente dovrà possedere all’esame (a livello elementare):  Effetto fotoelettrico  Moto browniano  Relatività ristretta  Interferenza delle onde  Relatività generale 16

Luca Fiorani Didattica della fisica Enrico Fermi e l’energia atomica  Nasce a Roma nel 1901  Fermi è studente modello e genio precoce  1922: laurea alla Normale  Corbino e Fermi, maestro e discepolo  Borse, viaggi e cattedra di fisica teorica  «I ragazzi di via Panisperna»  1933: spiegazione del decadimento beta  Radioattività artificiale da neutroni  1934: bombardamento di U: transuranici? No! Fissione nucleare (Hahn e Strassmann 1938). 17

Luca Fiorani Didattica della fisica Enrico Fermi e l’energia atomica  1934: i neutroni lenti sono più efficaci  1938: Nobel e fuga alla Columbia University  Fissione nucleare e reazione a catena: bomba o pila?  Ma occorre arricchire U o produrre Pu  Il Manhattan Project e il Los Alamos Laboratory  2 dicembre 1942: prima reazione a catena  16 luglio 1945: Trinity Test  6 e 9 agosto 1945 Little Boy (U) e Fat Man (Pu)  Muore nel

Luca Fiorani Didattica della fisica Enrico Fermi e l’energia atomica  Nozioni che lo studente dovrà possedere all’esame (a livello elementare):  Decadimento beta  Radioattività artificiale  Neutroni  Fissione nucleare  Uranio  Plutonio 19

Luca Fiorani Didattica della fisica 20 Fine della lezione…