Applicazioni di Matematica e Fisica

Di Massimo Fantin

gi15513@iperbole.bologna.it

 

Numero dei visitatori

 

Karl F.Gauss (1777,1855) Ludwig Boltzmann(1844,1906) Hendrik A.Lorentz (1853, 1928) Albert Einstein (1879, 1955)

 Ultima revisione del   25 settembre 2011

In questo sito ho raccolto materiale di vario genere che ho prodotto  a partire dal 1999, Questi lavori sono delle riflessioni di approfondimento su temi  didattici, di matematica, fisica e astronomia. I temi trattati sono molto differenziati fra loro sia per le tematiche affrontate che per le difficoltà, si è cercato  comunque di presentare il problema nel modo più concreto possibile.  Nella maggior parte dei casi ho inserito uno o più  applet java  che costituiscono l'aspetto più interessante del lavoro perché permette una rappresentazione grafica del problema o del fenomeno che si è voluto studiare. La maggior parte del materiale presentato è rivolto a studenti liceali che tuttavia posseggano un certo amore per lo studio e anche per affrontare le difficoltà.
Sono graditi, da parte dei visitatori,  osservazioni, commenti, suggerimenti o segnalazioni di errori o mal funzionamento dei link o degli applet  .

 

I lavori presenti possono essere suddivisi nelle classi seguenti, ciascuna contrassegnata con un colore diverso ( la classificazione non è rigida ma ha lo scopo di facilitare la ricerca in un così vasto assortimento di materiale).

  • Rappresentazioni grafiche di funzioni matematiche
    Grafici di funzioni esplicite e analisi delle sue principali caratteristiche, grafici polari, parametrici, grafici cartesiani di funzioni implicite. Rappresentazioni delle soluzioni di equazioni differenziali.
  • Interpolazioni medianti funzioni
    Interpolazione polinomiale, con polinomi di Legendre, mediante sviluppo di Fourier e funzioni spline
  • Metodi geometrici per lo studio di questioni fisiche o di problemi algebrici.
    riflessione, rifrazione, moti planetari.
  • Simulazioni di fenomeni fisici
    Particelle accoppiate. Atomo di Bohr. Rappresentazione del campo elettrostatico. Comportamento di un gas. Interferenza e diffrazione.Equazione delle onde e del calore. Stati stazionari in una buca di potenziale.
  • Simulazioni di esperimenti di fisica
    Urti elastici. Effetto fotoelettrico. Pendoli. Rotaia a cuscino d'aria. Moto di una particella carica in un campo elettrico e magnetico. Oscillazioni di una molla. Urti elastici.
  • Materiale strettamente didattico di matematica o per il laboratorio di fisica 
    schede di laboratorio per alcuni esperimenti, problemi
  • Statistica
    distribuzioni: t di Student e chiquadro
  • Vari

 

Astronomia

Orologio solare mediante semplici calcoli permette di trovare l'ora dall'altezza del sole e fornisce altre interessanti questioni sulla posizione del sole nel corso dell'anno

Astrolabio  Simulazione dell'antico calcolatore  analogico che permette di determinare le posizioni delle stelle e del sole nelle diverse ore del giorno e della notte. 

Tolomeo Confronto tra il modello tolemaico e copernicano

Problema dei tre Corpi Simula il moto di tre masse  sia nel caso generale che nel caso ristretto analizzando in particolare i punti lagrangiani

Matematica

Problemi di vario genere da utilizzare anche in preparazione all'esame di stato.

Problemi geometrici di minimo e massimo risolti in modo sintetico

Funzioni goniometriche di angoli noti e meno noti

 Sistemi lineari Risoluzione di sistemi lineari col metodo di Gauss

Euclide Generalizzazione dei teoremi di Euclide per triangoli qualsiasi

Funzioni Rappresenta, mediante applet java di facile uso, il grafico di una funzione, delle sue derivate prima e seconda, delle primitive, dei polinomi di Taylor. Calcola anche gli zeri e l'integrale. Inoltre permette la rappresentazione anche del grafico di famiglie di curve dipendenti da un parametro
Rappresentazione in coordinate polari.
La sintassi usata è semplice ma non usuale, si consiglia pertanto di leggere le istruzioni.

Coniche Costruzioni gemetriche dei punti delle coniche e delle tangenti con riga e compasso ( 2007)

Discussione dei sistemi misti parametrici Rappresenta analiticamente due equazioni in x e y di cui una parametrica, individua in particolare le curve limite e quelle tangenti.

Radicali doppi cubici 

Equazioni parametriche Date le equazioni parametriche di una curva è possibile rappresentarla.
Inoltre consente di visualizzare il moto piano rappresentato dalle stesse equazioni parametriche. Vengono visualizzati anche i vettori velocità e accelerazione istantanea.

Trasformazioni geometriche Permette di osservare e studiare le trasformazioni geometriche piane.

Curve in forma implicita Consente di rappresentare oltre al grafico cartesiano anche il segno della funzione in due variabili.

Equazioni e sistemi differenziali di primo ordine Risolve graficamente le equazioni differenziali di primo ordine del tipo y'(x)=F(x,y) e i sistemi del tipo y'(z)=F(x,y,z) e x'(z)=G(x,y,z)

Equazioni e sistemi differenziali di secondo ordine Risolve graficamente le equazioni differenziali del secondo ordine del tipo y''=F(x,y,y') e i sistemi del tipo x''=F(x,y,x',y',t) y''=G(x,y,x',y',t), permettendo lo studio del moto di una particella in un campo di forze.

Funzioni particolari della matematica e della fisica Rappresentazione della gamma euleriana, funzioni di Bessel, distribuzione degli errori di Gauss, della distribuzione di Maxwell e dello spettro di emissione di corpo nero.

Geodetiche  Rappresentazione delle geodetiche su di una superficie di Riemann individuata dalla mappa

Equazioni integrali di Fredholm e di Volterra

Teorema fondamentale dell'algebra

Frattali. Permette di costruire dei frattali a partire da tre segmenti di retta

Insieme di Mandelbrot Permette di immergersi all'interno dell'insieme di Mandelbrot, è possibile ingrandire a piacimento una sua piccola porzione.

Equazioni diofantee Breve trattazione sulla risoluzione di equazioni lineari a soluzioni intere mediante l'algoritmo euclideo

Interpolazione polinomiale Costruzione del polinomio interpolante per punti, fra punti e misto.

Interpolazione polinomiale generalizzata Consente di trovare funzioni interpolanti di tipo vario.

Serie di Fourier Calcola e rappresenta l'approssimazione trigonometrica di una funzione periodica mediante i coefficienti di Fourier

Trasformate di Fourier Calcola la trasformata di Fourier, permette di eseguire la convoluzione tra due funzioni e di filtrare una funzione.

Approssimazione di una funzione continua mediante polinomi di Legendre

Interpolazione mediante funzioni spline cubiche

Piano di Poincaré Studio della geometria analitica del piano iperbolico di Poincaré e visualizzazione dinamica di alcuni esempi

Funzioni complesse Permette di rappresentare sul piano le alcune funzioni complesse in falsi colori o mediante la trasformazione di alcune figure

La funzione "p" di Weierstrass rappresentazione della funzione p(z) e della sua derivata p'(z) e della parametrizzazione di una curva ellittica

Il problema di Diriclet  calcola una funzione armonica all'interno ed all'esterno di una circonferenza unitaria

Rifrazione e Riflessione Come un raggio di luce sceglie il percorso più veloce.

Specchi parabolici ed ellittici Come dalle proprietà geometriche delle coniche si può giungere alle leggi degli specchi concavi

La curva di Ippia e il problema della trisezione dell'angolo

Risoluzione delle equazioni di secondo grado con riga e compasso

Risoluzione delle equazioni cubiche

Teorema di Desargues e il piano non deserguesiano

Risoluzioni di equazioni con metodi numerici Vengono utilizzati i metodi numerici di Newton, delle secanti, di bisezione e del punto unito.

La t di Student Viene rappresentata la t di Student a confronto con la gaussiana e è possibile effettuare stime per piccoli e grandi campioni.

La c2(Chi quadro) Rappresentazione delle distribuzione con i diversi gradi di libertà e possibilità di fare stime di varianza della popolazione.

Automi cellulari

Prospettiva immagini di alcuni solidi

regolo calcolatore 

Visione stereoscopica  Permette di visualizzare alcune figure geometriche in modo tridimensionale


 

Fisica

Sintesi dell'elettromagnetismo Contenuti essenziali minimi per la preparazione all'esame

Introduzione alla relatività ristretta 1 Il problema dei due cani

Introduzione alla relatività ristretta 2. Considerazioni e complementi scaturiti dalla lettura del libro "l'ABC della relatività" di Bertrand Russel

Riflessioni sulla simultaneità

Laboratorio di fisica Contiene una trattazione elementare di teoria degli errori e alcune schede di laboratorio: Verifica delle leggi della dinamica, legge di Ohm, Calorimetro. (ancora in via di completamento)

Esperimento di Guglielmini sulla caduta di un grave da una torre 

Maree 

Macchina di Stirling

Esperimento di Cavendish simulazione per la determinazione della costante di gravitazione universale

Pendolo di Foucault Permette l'osservazione e lo studio del moto di un pendolo di Foucault  in diverse posizioni della superficie terrestre. 

Doppia oscillazione  Simula l'oscillazione di un sistema formato da due molle

Equazioni di Hamilton  Studio di un sistema dinamico in due variabili mediante le equazioni di Hamilton 

Ricerca di una semplice legge fisica Rappresentazione dinamica di coppie di grandezze misurare e dei rispettivi errori, al fine di cercare una legge che li metta a confronto. Le leggi considerate sono quelle di proporzionalità diretta, inversa e quadratica.

Giostra Rappresentazione del moto senza attrito su  una giostra rotante di moto circolare uniforme.

Terra Rappresentazione del moto senza attrito su una superficie sferica rotante.

Statica Mediante semplici apparecchiature è possibile simulare la composizione di forze incidenti e parallele

Pendolo di Kater Pendolo reversibile per la determinazione dell'accelerazione di gravità

Macchina elettrostatica di WIMSHURST 

Equazioni delle corde vibranti e del calore Rappresentazione dinamica delle soluzioni delle equazioni di D' Alembert e di Fourier.

 Molle Permette lo studio del moto di una massa vincolata da una molla con e senza attrito

Urti elastici Permette lo studio di urti elastici centrali e obliqui tra due palline

Pendoli Confronta il moto di pendoli circolari cicloidei e lineari sia dal punto di vista teorico che mediante un programma di simulazione.

Rotaia a cuscino d'aria Simulazione di una rotaia di cinque metri per la verifica della legge fondamentale della dinamica

Urti unidimensionali  Simulazione di una rotaia a cuscino d'aria per lo studio degli urti elastici ed anelastici

Moto dei pianeti Studio geometrico ed analitico del moto dei pianeti

I gas Viene studiato un modello di gas bidimensionale del quale se ne offre una realizzazione java che permette di osservarlo dal punto di vista microscopico e di valutare le grandezze macroscopiche.

Diffrazione e interferenza Permette la visione statica e dinamica di alcuni fenomeni tipici ( esperimento di young, diffrazione prodotta da una fenditura ecc)

Esperimento di Young Simula l'esperimento di interferenza delle due fenditure e la diffrazione prodotta da una sola fenditura.

Immagini di interferenza Permette di rappresentare in modo artistico immagini di interferenza prodotte da un certo numero di sorgenti d'onda.

Correzione dell'aberrazione cromatica Simula la dispersione della luce dovuta ad una coppia di lenti di materiale diverso.

Rappresentazione del campo elettrico mediante rappresentazione vettoriale e linee di forza e

Campo elettromagnetico Studia il moto di una o più particelle in un campo elettromagnetico statico

Circuito RCL Simulazione di un circuito RCL

Relatività ristretta Consente di simulare il comportamento spaziotemporale di un'astronave in moto rispetto ad un riferimento

Piano di Minkowski Dopo aver esaminato la contemporaneità e la cospazialità, consente di rappresentare nel piano cartesiano le trasformazioni di Galileo e di Lorentz al fine di confrontarne le conseguenze.

Relatività generale Primo Studia e simula il comportamento dei fenomeni relativistici in prossimità di una grande massa: dilatazione del tempo, contrazione delle lunghezze radiali, precessione del semiasse maggiore dell'orbita dei pianeti, deflessione dei raggi luminosi.

Relatività generale Secondo Studia e simula il comportamento dei fenomeni relativistici in una grande giostra in moto circolare uniforme.

Stati stazionari in una buca di potenziale Risolve l'equazione di Schrodinger per diverse buche di potenziale e confronta la probabilità classica che la particella occupi una data posizione con quella prevista dalla fisica quantistica.

Effetto fotoelettrico Permette di simulare il  fenomeno dell'effetto mediante una apparecchiatura specifica

Atomo di Bohr Simulazione dei vari livelli energetici dell'atomo di Bohr e possibilità di rappresentare le righe spettrali di Balmer al passaggio di un elettrone da un livello ad un altro.

Esperimento di Millikan Simulazione della determinazione della carica dell'elettrone

Disuguaglianza di Bell e le particelle accoppiate Simulazione di particelle accoppiate secondo la fisica quantistica e le teorie a variabili nascoste

Distribuzioni di Boltzmann, Bose e Fermi: Confronto e simulazione

Atomo di Thomson Simula l'atomo a panettone 

F.P.U. Simulazione di Fermi Pasta Ulam

 


Giochi

Il gioco dei fiammiferi I giocatori prendono da uno a tutti i fiammiferi di una sola riga, perde chi prende l'ultimo

Strikes and balls Il gioco consiste nell'indovinare il numero segreto dell'avversario

Reverse gioco da scacchiera, si può giocare tra due giocatori o tra giocatore e computer.

Sudoku Ausilio per la risoluzione del gioco

Quadrato costruzione di un quadrato di numeri secondo determinate regole.