Applicazioni di Matematica e Fisica Di Massimo Fantin gi15513@iperbole.bologna.it
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Karl F.Gauss (1777,1855) Ludwig Boltzmann(1844,1906) Hendrik A.Lorentz (1853, 1928) Albert Einstein (1879, 1955) |
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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.
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).
Interpolazione polinomiale, con polinomi di Legendre, mediante sviluppo di Fourier e funzioni spline riflessione, rifrazione, moti planetari. 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. 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. schede di laboratorio per alcuni esperimenti, problemi distribuzioni: t di Student e chiquadro
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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. 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.
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.
Prospettiva immagini di alcuni solidi
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
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.