Formule Fisica IGCSE: Moto, Forze ed Energia (CIE 0625)

L'elenco completo delle formule CIE 0625 per moto, forze ed energia, raggruppate come le testano gli esaminatori, con esempio svolto.

Moto: le formule che servono davvero

La maggior parte dei candidati non sbaglia perché non sa riarrangiare una formula, ma perché ne usa una sbagliata. La Fisica IGCSE Cambridge (0625) fornisce un foglio formule sul Paper 4 (Extended) e sul Paper 3 (Core), eppure i nomi delle grandezze e le unità confondono molti studenti sotto pressione. Questa guida raggruppa le formule come gli esaminatori le testano davvero: prima il moto, poi le forze, poi l'energia. Consideralo la tua scorciatoia per capire in meno di dieci secondi quale equazione una domanda sta chiedendo.

Velocità scalare, velocità vettoriale, accelerazione

La velocità scalare (speed) è una grandezza scalare, la velocità vettoriale (velocity) è un vettore. La distinzione conta nelle domande lunghe del Paper 4 dove gli esaminatori vogliono sia il modulo sia la direzione. Le relazioni fondamentali sono:

velocità media = distanza totale / tempo totale, scritta v = s/t - accelerazione = variazione di velocità / tempo impiegato, scritta a = (v - u) / t

Per accelerazione uniforme c'è una terza relazione che il syllabus si aspetta tu sappia usare anche se non sempre è stampata sul foglio:

v^2 = u^2 + 2as

Questa terza relazione permette di risolvere qualsiasi problema di cinematica senza usare il tempo. Sceglila quando una domanda ti dà velocità iniziale, finale e distanza (o ti chiede una di queste tre).

Leggere i grafici vale metà dei punti

Una quota sorprendente dei punti di moto arriva dall'interpretazione dei grafici, non dall'algebra:

su un grafico distanza contro tempo, la pendenza è la velocità - su un grafico velocità contro tempo, la pendenza è l'accelerazione e l'area sotto la linea è la distanza percorsa

Gli esaminatori adorano chiedere di trovare la distanza totale da un grafico velocità contro tempo triangolare o trapezoidale. Calcola sempre l'area in due pezzi (rettangolo più triangolo) invece che come un'unica figura composta: perderai meno punti di metodo se sbagli l'aritmetica. Per esercitarti a fondo su questo argomento, lavora con la [guida completa a forze e moto](/igcse-physics-forces-motion-complete-guide) prima di andare avanti.

Forze: la seconda legge di Newton è la spina dorsale

Ogni domanda sulle forze in Fisica IGCSE si appoggia su F = ma. Memorizzane le tre forme:

F = ma quando vuoi la forza risultante su un oggetto in moto - a = F/m per trovare l'accelerazione da una forza nota - m = F/a se ti viene chiesta la massa (raro ma compare)

La trappola: F qui è la forza risultante (netta). Se un carrello da 2 kg viene spinto in avanti con 8 N mentre l'attrito si oppone con 2 N, la risultante è 6 N e a = 3 m/s^2, non 4. Gli studenti che inseriscono direttamente la forza applicata perdono due punti ogni volta.

Peso, gravità e il valore di g

W = mg

Cambridge dice di usare g = 9.8 N/kg (o m/s^2) salvo diversa indicazione. Alcune past paper vecchie usano 10 per avere conti più puliti: leggi il testo. Il peso è una forza, si misura in newton, mai in chilogrammi. Gli esaminatori danno deliberatamente le masse in grammi per testare la consapevolezza delle unità: converti in chilogrammi prima di sostituire.

Momenti, pressione, densità e molle

Queste quattro appaiono in quasi ogni Paper 4 e nella maggior parte dei Paper 6 (pratico):

momento di una forza = forza x distanza perpendicolare dal pivot (N m) - pressione p = F / A (Pa, con A in metri quadrati) - densità rho = m / V (kg/m^3 oppure g/cm^3) - legge di Hooke F = k x (la costante elastica k ha unità N/m o N/cm)

Per la pressione nei fluidi il syllabus aggiunge:

p = rho g h

Questa formula crea problemi perché rho deve essere la densità del fluido, h è la profondità sotto la superficie, e la risposta finale spesso va convertita da pascal a kilopascal.

Energia, lavoro e potenza: le tre da non confondere mai

Energia cinetica:

KE = (1/2) m v^2

Energia potenziale gravitazionale vicino alla superficie terrestre:

GPE = m g h (la variazione di altezza, non l'altezza assoluta)

Lavoro fatto da una forza costante:

W = F d (dove d è la distanza percorsa nella direzione della forza)

Potenza:

P = E / t, o equivalentemente P = W / t

La conservazione dell'energia è l'idea più potente di tutto il syllabus 0625: in un sistema chiuso, l'energia totale resta costante, quindi qualsiasi energia cinetica persa diventa energia potenziale, energia termica o energia sonora. Quando una domanda dice 'trascura la resistenza dell'aria' o 'assumi che il piano inclinato sia privo di attrito', ti sta invitando a uguagliare KE e GPE.

Efficienza

efficienza = energia utile in uscita / energia totale in ingresso

Il risultato è tra 0 e 1 (o espresso in percentuale). Se la tua risposta è sopra 1 hai invertito la frazione. La stessa formula vale per la potenza: efficienza = potenza utile in uscita / potenza totale in ingresso.

Unità che gli esaminatori usano come trappola

Lavoro ed energia sono entrambi in joule (J). La potenza è in watt (W), dove 1 W = 1 J/s. La distanza deve essere in metri per queste formule, non in centimetri. Il tempo deve essere in secondi, non in minuti. Se tieni distanze in cm o tempi in minuti, otterrai un risultato numerico sbagliato di un fattore 100 o 60, e il correttore non potrà assegnare i punti di metodo per una risposta che differisce dal mark scheme di un fattore grande.

Un esempio svolto che usa tutti e tre i gruppi

Domanda:

una palla da 0.5 kg viene rilasciata da ferma in cima a un piano inclinato liscio alto 1.2 m. Calcola la velocità della palla in fondo. (Assumi g = 9.8 N/kg.)

Passo 1: identifica la fisica.

Il piano è liscio, quindi non c'è lavoro fatto contro l'attrito. Tutta la GPE si converte in KE.

Passo 2: scrivi l'equazione energetica.

m g h = (1/2) m v^2

Passo 3: semplifica la massa (compare su entrambi i lati) e risolvi per v.

v^2 = 2 g h - v^2 = 2 x 9.8 x 1.2 = 23.52 - v = 4.85 m/s

Passo 4: verifica con la cinematica.

L'accelerazione lungo un piano liscio di altezza h e lunghezza L è a = g sin(theta) = g h / L. Se il piano è lungo 1.5 m, a = 9.8 x 1.2 / 1.5 = 7.84 m/s^2. Usando v^2 = u^2 + 2 a L con u = 0 si ottiene v^2 = 2 x 7.84 x 1.5 = 23.52, quindi v = 4.85 m/s. I due metodi concordano, ed è il controllo che dovresti sempre cercare nelle domande multi-step del Paper 4.

Punti che l'esaminatore controlla:

corretta identificazione della conservazione dell'energia (1 punto) - sostituzione corretta con unità coerenti (1 punto) - corretto riarrangiamento per v (1 punto) - risposta finale a 2 o 3 cifre significative, con unità m/s (1 punto)

Nota che omettere l'unità, o scrivere 4.8513... m/s con cinque cifre, fa perdere il punto di accuratezza finale anche se il procedimento è giusto. Lo schema di correzione dei veri paper CIE 0625 è severo sulle cifre significative. Per l'anatomia completa di come i punti vengono distribuiti in questo tipo di domanda, vedi [i calcoli che gli studenti sbagliano](/igcse-physics-calculations-students-get-wrong).

Scrivi 'taking g = 9.8 N/kg' una volta sola in cima a una domanda lunga sull'energia. Segnala al correttore che hai capito la convenzione e ti evita di ripeterlo.

Quando energia e cinematica danno la stessa risposta, hai di fatto verificato due volte il calcolo. Usa questa tecnica nelle simulazioni per marcare le risposte di cui ti fidi.

Come CIE 0625 testa davvero queste formule

Il Paper 4 (Extended Theory, 1 ora 15 minuti) usa le formule come mattoni per domande multi-parte. Una tipica domanda da 8 punti potrebbe chiederti di:

calcolare il peso, poi la forza risultante, poi l'accelerazione, poi la velocità dopo un tempo - combinare W = F d con P = W / t per trovare la potenza di un motore - uguagliare GPE e KE per trovare la velocità di atterraggio, poi usare F = ma per trovare la forza d'impatto data una distanza di arresto

Il Paper 6 (Alternative to Practical) testa le stesse formule ma dentro un grafico o una tabella. Dovrai tracciare punti, disegnare una retta di best fit, trovare una pendenza e identificare cosa rappresenta fisicamente quella pendenza (spesso k da F = k x, o g da un esperimento col pendolo).

L'errore più comune in entrambi i paper è la conversione di unità. Tempo in minuti invece che in secondi, massa in grammi invece che in chilogrammi, area in cm^2 invece che in m^2. Prendi l'abitudine di scrivere le unità accanto a ogni sostituzione e recupererai 4 o 6 punti per paper che gli altri candidati buttano via.

Un consiglio tattico sulle domande con tanti punti

Nelle domande del Paper 4 da 5 o più punti, l'esaminatore spesso testa tre formule in sequenza. Il primo calcolo alimenta il secondo, e il secondo alimenta il terzo. Se commetti uno scivolone aritmetico all'inizio, scrivi il tuo numero chiaramente e usalo in modo coerente: CIE assegna i punti di 'error carried forward' (ecf) per il metodo corretto anche quando un numero precedente è sbagliato. Gli studenti che vanno nel panico e ricominciano da capo di solito finiscono il tempo e perdono tutto.

Se vuoi un singolo foglio che raggruppa ogni formula per argomento, [l'articolo sulle formule di Fisica IGCSE spiegate](/igcse-physics-formulas-explained) ti dà la versione stampabile, con mini-esempi svolti per ognuna.

Se cerchi un insegnante che spiega la Fisica IGCSE Cambridge come la correggono gli esaminatori, formula per formula ed errore per errore, scopri come [Pietro segue studenti IGCSE a Milano](/igcse-tutor-milan-schools) e online per il syllabus 0625, con risultati solidi su Paper 4 e Paper 6.

Domande Frequenti

Cambridge fornisce un foglio formule per la Fisica IGCSE?▾

Sì, ma è più corto di quello che gli studenti si aspettano. Il syllabus 0625 stampa le formule essenziali sul retro di ogni booklet del Paper 3 e Paper 4, comprese peso, densità, pressione, lavoro, energia cinetica e potenziale. Formule come v = s/t, F = ma e v^2 = u^2 + 2as NON sono stampate: vanno memorizzate. Controlla sempre il più recente specimen paper CIE per la lista esatta, perché il foglio stampato è stato aggiornato per il ciclo di syllabus corrente.

Qual è la differenza tra il foglio formule Core ed Extended?▾

Il Core (Paper 1, 3, 6) copre le relazioni base: velocità, peso, lavoro, potenza, densità, pressione. L'Extended (Paper 2, 4, 6) aggiunge quelle più difficili come p = rho g h per la pressione nei fluidi, la costante elastica F = k x in forma di calcolo, la quantità di moto p = m v, l'equazione del trasformatore e l'indice di rifrazione n = sin i / sin r. Se fai l'Extended, impara entrambi gli insiemi: gli esaminatori danno per scontato che tu sappia tutto del Core più le aggiunte dell'Extended.

Devo memorizzare v^2 = u^2 + 2as?▾

Sì. Non è stampata sul foglio formule 0625 ed è l'unica relazione cinematica che permette di risolvere problemi di moto senza usare il tempo come variabile. Le past paper includono regolarmente una domanda in cui ti danno velocità iniziale, finale e distanza, e chiedono l'accelerazione: quella domanda è irrisolvibile in meno di un minuto senza questa formula. Imparala, e ricordati che vale solo per accelerazione uniforme (costante).

Devo usare g = 9.8 o g = 10 nei calcoli?▾

Leggi la domanda. CIE specifica il valore da usare in cima al paper o nel testo dell'esercizio; nelle serie recenti la maggior parte dei paper usa 9.8 N/kg, mentre alcune domande vecchie e certi past paper usano 10 per avere conti più puliti. Usare il valore sbagliato non ti farà perdere i punti di metodo ma ti farà perdere il punto di accuratezza finale. Se la domanda non specifica, usa 9.8 e scrivi una volta 'taking g = 9.8 N/kg' nel tuo procedimento.

Come vengono testate queste formule nel Paper 6 (Alternative to Practical)?▾

Il Paper 6 inserisce le formule dentro contesti sperimentali. Dovrai tracciare un grafico, trovare una pendenza, e identificare la grandezza fisica che la pendenza rappresenta: per esempio, su un grafico di allungamento contro forza la pendenza è 1/k, mentre su un grafico di v^2 contro distanza la pendenza è 2a. L'aritmetica è più facile del Paper 4 ma l'analisi è più impegnativa. Esercitati a leggere domande del tipo 'trova la pendenza e spiega il suo significato fisico' dai past paper, perché compaiono ogni serie.

Qual è l'errore più comune sulle formule nel Paper 4?▾

Confondere il peso (W = mg, in newton) con la massa (in chilogrammi), e poi usare la grandezza sbagliata in F = ma. Un blocco da 2 kg non pesa 2 N: pesa circa 19.6 N. Quando la domanda ti dà una massa e chiede la forza per accelerarlo, usa direttamente la massa in F = ma. Quando ti dà una massa e chiede la forza con cui la Terra lo attira, moltiplica prima per g. Leggere con attenzione se la domanda dice 'mass' o 'weight' vale almeno un punto per paper.