Formule IGCSE Fisica: Moto, Forze, Energia

Cambridge IGCSE Fisica (CIE 0625 e la nuova edizione 0972) non fornisce ai candidati alcun fascicolo di formule stampato in apertura del paper. Le uniche equazioni che trovi sul foglio sono quelle che il syllabus marca come given, e per moto, forze ed energia quasi ogni singola equazione va ricordata a memoria. La regola vale sia per Core sia per Extended, in Paper 2, Paper 3 e Paper 4.

La buona notizia è che la lista da memorizzare è più corta di quanto pensi. Tre blocchi di formule coprono circa l'80 percento dei punti di calcolo nei paper di calcolo: cinematica, meccanica newtoniana, e lavoro, energia e potenza. Padroneggiati questi, sei in grado di affrontare qualunque calcolo diretto, qualunque domanda di inversione e gran parte dei problemi a più passaggi che compaiono nei quesiti strutturati lunghi.

In questa guida trovi la lista completa di lavoro, scritta esattamente nello stesso modo in cui la scrivono le mark scheme ufficiali, con unità di misura, livello (Core o Extended) e tipico contesto d'esame. Usala come obiettivo di memorizzazione, non come lettura passiva. Chiudi il libro, prendi un foglio bianco e prova a riprodurre ogni blocco da zero. Nella settimana dell'esame dovresti riuscire a scrivere l'intera tabella in meno di tre minuti.

Per i tempi del giorno d'esame e la struttura dei paper di tutta la materia, vedi la [guida agli esami IGCSE Fisica](/igcse-physics-exam-guide). Per il catalogo più ampio che copre anche elettricità, onde e fisica termica, l'articolo [formule IGCSE Fisica spiegate](/igcse-physics-formulas-explained) è la tappa successiva.

Compaiono praticamente in ogni Paper 3 e Paper 4, di solito legate a un grafico velocità tempo o a un veicolo in movimento.

• Velocità: v = d / t. Unità metri al secondo (m/s). Per la velocità media usa la distanza totale divisa per il tempo totale. - Accelerazione: a = (v meno u) / t. Unità metri al secondo quadrato (m/s²). Un valore negativo significa decelerazione e il segno va mantenuto fino alla risposta finale. - Distanza da un grafico velocità tempo: la distanza è uguale all'area sotto la linea. Per un triangolo è metà base per altezza. Per un trapezio, somma le due basi parallele, moltiplica per la larghezza orizzontale e dividi per due. - Solo Extended, la relazione tipo SUVAT: v² = u² + 2 a s. Sblocca i problemi in cui il tempo non è dato, per esempio un'automobile che frena di cui conosci velocità iniziale, decelerazione e spazio di arresto.

Micro esempio svolto.

Un'auto accelera da 5 m/s a 25 m/s in 4 secondi. L'accelerazione è (25 meno 5) diviso 4, cioè 5 m/s². La distanza è velocità media per tempo, ovvero (5 più 25) diviso 2, moltiplicato per 4, uguale a 60 m. Nota che non abbiamo avuto bisogno di v² = u² + 2 a s perché il tempo era noto.

La trappola più grossa in cinematica è scambiare u e v. La convenzione è u per la velocità iniziale, v per la velocità finale. Prima di iniziare l'algebra, scrivi u =, v =, a =, t =, s = a margine e riempi i valori dalla traccia. Questa sola abitudine elimina la maggior parte degli errori di cinematica nei mock paper.

Questo blocco vale i punti più alti perché le forze si intrecciano con il moto, con la pressione, con la densità e con gli effetti rotatori.

• Seconda legge di Newton: F = m a. Unità newton (N). F è la forza risultante, mai una singola spinta o trazione. - Peso: W = m g. Sulla Terra, g vale 9,8 N/kg nelle mark scheme CIE più recenti, anche se 10 N/kg è accettato in molti paper più vecchi e in alcune domande Core. Controlla sempre i dati a pagina due del paper. - Densità: ρ = m / V. Unità chilogrammi al metro cubo (kg/m³) o grammi al centimetro cubo (g/cm³). Attenzione alle conversioni. - Pressione (solidi): p = F / A. Unità pascal (Pa), dove 1 Pa equivale a 1 N/m². - Pressione in un liquido (Extended): Δp = ρ g Δh. Si usa per sottomarini, dighe, manometri e problemi con tubi a U. - Momento di una forza: momento = F × d, dove d è la distanza perpendicolare dal fulcro alla retta d'azione. Unità newton metro (N m). Applica il principio dei momenti: orario uguale antiorario in equilibrio. - Legge di Hooke (Extended): F = k x, dove k è la costante elastica (N/m) e x è l'allungamento dalla lunghezza a riposo.

La penalità più frequente in mark scheme su F = m a è dimenticare che F è la risultante. Se un oggetto da 2 kg è tirato con 10 N in avanti e 4 N di attrito agisce all'indietro, la risultante è 6 N, quindi l'accelerazione è 3 m/s², non 5. Disegna sempre un diagramma di corpo libero, o almeno scrivi le forze con segno prima di sostituire.

Per un approfondimento su momenti, equilibrio e le tre leggi di Newton con diagrammi, vedi la [guida completa IGCSE su forze e moto](/igcse-physics-forces-motion-complete-guide).

Sono tre grandezze fisiche diverse ma il syllabus le raggruppa, in parte perché condividono le unità (joule e watt) e in parte perché compaiono quasi sempre insieme nelle domande sui trasferimenti di energia.

• Lavoro: W = F d, dove d è la distanza percorsa nella direzione della forza. Unità joule (J). - Energia cinetica: KE = ½ m v². Unità joule. Attenzione al quadrato: raddoppiando la velocità l'energia cinetica quadruplica. - Variazione di energia potenziale gravitazionale: ΔGPE = m g Δh. Unità joule. Usa la variazione di quota, non l'altezza assoluta da terra. - Potenza: P = E / t = W / t. Unità watt (W), dove 1 W equivale a 1 J/s. - Rendimento: rendimento = energia utile in uscita / energia totale in ingresso, moltiplicato per 100 per la percentuale. Sempre inferiore a 1 (o al 100 percento) nei sistemi reali.

Lavoro ed energia condividono le stesse unità perché, nel caso più semplice, il lavoro fatto su un oggetto diventa la sua energia. Quando uno studente scrive 'il lavoro del motore è uguale all'energia cinetica acquistata' non sta inventando, sta applicando la conservazione dell'energia. Nelle domande di Paper 4 è spesso l'unica via pulita per arrivare alla velocità finale quando le forze in gioco sono complicate.

Un errore frequente sul rendimento è dimenticare l'energia dispersa nel denominatore. L'energia totale in ingresso è uguale all'energia utile in uscita più quella persa come calore, suono o altro. Le mark scheme su questo sono inflessibili.

È il tipo di domanda che capita in Paper 4 Extended, di solito da sei o sette punti distribuiti su più sotto domande.

Traccia.

Un'auto da 1200 kg accelera da ferma su strada piana. Il motore fornisce una forza motrice costante di 3600 N. La forza resistiva totale (attrito più resistenza dell'aria) è 600 N. Dopo 10 secondi, calcola: (a) l'accelerazione (b) la velocità a t = 10 s (c) la distanza percorsa (d) l'energia cinetica a t = 10 s (e) la potenza utile sviluppata dal motore, mediata sui 10 secondi.

Passaggio 1, forza risultante.

F risultante = 3600 meno 600 = 3000 N.

Passaggio 2, accelerazione.

a = F / m = 3000 / 1200 = 2,5 m/s².

Passaggio 3, velocità a t = 10 s.

v = u + a t = 0 + 2,5 × 10 = 25 m/s.

Passaggio 4, distanza.

s = u t + ½ a t² = 0 + ½ × 2,5 × 100 = 125 m. Puoi verificarlo con l'area del grafico velocità tempo, ½ × 10 × 25, che dà sempre 125 m.

Passaggio 5, energia cinetica.

KE = ½ m v² = ½ × 1200 × 25² = ½ × 1200 × 625 = 375 000 J ovvero 375 kJ.

Passaggio 6, potenza utile.

Il lavoro utile fatto dal motore è forza motrice per distanza, cioè 3600 × 125 = 450 000 J. Potenza media = 450 000 / 10 = 45 000 W ovvero 45 kW.

Questa singola domanda tocca ogni formula della guida. Nota come la mark scheme premia i method marks per una sostituzione pulita anche quando l'aritmetica scivola: scrivi sempre equazione, sostituzione, calcolo su tre righe separate per ogni sotto domanda. Così l'esaminatore può assegnare i method marks anche se il numero finale è sbagliato.

Per un elenco lungo degli errori più comuni proprio su questo tipo di problema a più passaggi, l'articolo [calcoli IGCSE Fisica che gli studenti sbagliano](/igcse-physics-calculations-students-get-wrong) mostra gli errori che fanno perdere punti accanto allo svolgimento corretto.

Memorizzare non è la stessa cosa che capire, ma in IGCSE Fisica servono entrambe le cose. Tre tecniche funzionano molto meglio della semplice rilettura del libro.

• Sprint di richiamo a libro chiuso. Una volta a settimana, su un foglio bianco, scrivi l'intera lista delle equazioni con unità di misura e livello (Core o Extended). Cronometrati. Arriva a meno di tre minuti nella settimana dell'esame. È l'atto di richiamo, non la rilettura, a costruire la memoria a lungo termine. - Una formula per domanda. Prendi una qualunque domanda di past paper su moto, forze o energia e cerchia la singola equazione che la sblocca. Spesso è esattamente una, a volte due. Questo allena il passaggio diagnostico che gli esaminatori premiano nelle domande strutturate più lunghe. - Controllo delle unità ad ogni riga. Prima di scrivere il numero finale, scrivi le unità al primo e al secondo membro dell'equazione. Se non corrispondono (per esempio ottieni m/s quando la risposta dovrebbe essere m/s²) la formula è sbagliata. Questa sola abitudine intercetta circa metà degli errori di algebra che gli studenti commettono sotto la pressione dell'esame.

Una rotazione di ripasso realistica su tre settimane è questa. Settimana uno, drill di richiamo formule e domande da un punto di sostituzione. Settimana due, domande multi parte da Paper 4 a tempo. Settimana tre, paper interi con i tempi reali d'esame. Chiudi ogni sessione con una domanda di past paper a tempo e correggila da te confrontando la mark scheme ufficiale.

Se riesci a scrivere le formule in meno di tre minuti e ad applicarle in una domanda strutturata da cinque punti in meno di quattro minuti, sei al ritmo da A star.