Corso di Fondamenti di Fisica per Scienza della Formazione Primaria

Comprendere i fondamenti teorici, concettuali, ed applicativi delle principali leggi della Fisica, in particolare la Fisica classica, selezionati in base alla loro rilevanza e accessibilità nel contesto della scuola dell'infanzia e primaria

Capacità di operare con le grandezze fisiche e di valutare le dimensioni e le relazioni fra di esse

Capacità di leggere e operare con le rappresentazioni delle osservazioni (disegni, diagrammi, grafici, tabelle, etc.).

Capacità di spiegare con concetti semplici i fenomeni fisici più importanti sperimentati nel mondo circostante e nell'attività quotidiana Capacità di progettare e costruire piccoli esperimenti di Laboratorio che permettano l'acquisizione da parte dell'alunno di concetti alla base della comprensione dei fenomeni naturali.

Obiettivi formativi

Corso di Fondamenti di Fisica per Scienza della Formazione Primaria

Aritmetica (operazioni, potenze, frazioni, proporzioni) Geometria (figure piane e solide, trigonometria, teorema di Pitagora)

Algebra (Monomi, polinomi, equazioni)

Prerequisiti formativi

Corso di Fondamenti di Fisica per Scienza della Formazione Primaria

Appunti delle lezioni del docente, scaricabili in formato pdf dal sito docente di unica: http://people.unica.it/alessiofilippetti/ Corso di Fisica (in 2 volumi), Ugo Amaldi, Ed. Zanichelli La Fisica per maestri, D.Allasia, V.Montel, G.Rinaudo, Edizioni libreria cortina Torino.

Testi di riferimento

Il metodo scientifico di Galileo

Osservazione di un fenomeno fisico: raccolta di

dati empirici sotto la guida delle ipotesi e teorie note al momento

Elaborazione di concetti, idee, ipotesi che spieghino le osservazioni formulazione di una nuova grandezza o di una

legge fisica Verifica sperimentale o Misura di una legge fisica mediante esperimenti di Laboratorio

(Pisa 1564 – Arcetri 1642)

Il metodo scientifico o metodo sperimentale, è la modalità con cui la scienza procede per raggiungere una conoscenza della realtà oggettiva, affidabile,verificabile e condivisibile

Esempio: caduta dei gravi

Verifica sperimentale: considero oggetti di massa M differente, misuro per ciascun oggetto la forza peso con una bilancia, e verifico che P è sempre proporzionale ad M

Osservazione: un corpo lasciato libero in aria precipita sulla

superficie terrestre Elaborazione: deve esistere una forza (FORZA PESO P) che attira gli oggetti verso il suolo formulo una legge: la forza

PESO che agisce sull’oggetto è proporzionale alla quantità di materia (MASSA M) di cui è costituito l’oggetto

MgP

Esempio: caduta dei gravi

28.9

s

mg

M

P

EUREKA! La forza peso è sempre proporzionale alla massa della biglia; il rapporto g tra peso e massa è una costante universale, detta accelerazione di gravità terrestre

Ma è sempre vero ? Lo scopriremo in seguito…

KgM 11 KgM 22

KgM 44

KgM 33

141312 432 PPPPPP

Misura delle grandezze fisiche

LUNGHEZZA: Per misurare una lunghezza la

confrontiamo con una analoga grandezza che chiamiamo metro (m), o regolo graduato

TEMPO: misuriamo il tempo tramite un orologio. Si può scegliere come grandezza campione l’anno solare ed un suo sottomultiplo che è il secondo (s).

MASSA: utilizziamo il dinamometro (bilancia): appendiamo la massa alla molla, e leggiamo sulla scala graduata la forza peso esercitata dall’attrazione terrestre. L’unità di misura della massa è il chilogrammo (Kg)

Si dice grandezza fisica una qualsiasi quantità che può essere oggettivamente misurabile Nella misurazione diretta di una grandezza fisica si sceglie una grandezza omogenea (dello stesso tipo) definita campione e la si paragona alla grandezza da misurare

Il Sistema Internazionale di Unità di misura

Secondo il Sistema Internazionale (SI) ci sono sette grandezze fondamentali

Tutte le altre grandezze, con le rispettive unità, possono essere derivate da queste

Multipli e sottomultipli

Lunghezze (m) Tempi (s) Masse (Kg)

1 km = 103 m 1 anno = 31536000 s 1 Ton = 103 Kg

1 mm = 10-3 m 1 giorno = 86400 s 1 g = 10-3 Kg

1 mm = 10-6 m 1 ms = 10-3 s 1 mg = 10-6 Kg

1 nm = 10-9 m 1 ms = 10-6 s 1 mg = 10-9 Kg

1 Å = 10-10 m 1 ns = 10-9 s 1 ng = 10-12 Kg

1 pm = 10-12 m 1 ps = 10-12 s

1 fm = 10-15 m 1 fs = 10-15 s

n: nano p: pico f: femto Å : Angstrom

Spesso è molto più conveniente utilizzare multipli e sottomultipli dell’unità di misura fondamentale:

d Å

t ps, fs

M200 000 Ton

Unità di misura in UK

Nei paesi anglosassoni (Regno Unito, USA, ecc.) si usano unità molto diverse …

Lunghezze Masse

1 inch (pollice) = 2.54 cm 1 oz (oncia) = 28,3495 g

1 ft (piede) = 12 inches = 30.48 cm 1 pound (libbra) = 16 oz = 0,453592 Kg

1 yard = 3 ft = 91.44 cm

1 mile (miglio) = 5280 ft = 1609.344 m

180 cm = 5.905 ft 80 Kg = 176.37 pd

120 Km/h = 74.56 miglia/h

Unità di misura derivate

AREA

A=1 m2 = 102 dm2 = 104 cm2 = 106 mm2 = 1012 mm2 = 10-6 km2

1 m

1 m

VOLUME

1 m

1 m

1 m

V=1 m3 = 103 dm3 = 106 cm3 = 109 mm3 = 1018 mm3 = 10-9 km3

Dalle grandezze fondamentali si ricavano le grandezze

derivate. L’unità di misura di una grandezza derivata si ricava

da una o più unità di misura fondamentali

Volume e capacità

L’unità di misura del volume nel SI è il metro cubo (m3), con i suoi sottomultipli. Se il volume esprime una misura di capacità, l’unità di misura utilizzata è il litro (L) con i suoi sottomultipli, decilitro (dL), centilitro (cL), millilitro (mL).

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Per convertire L in m3 è necessario ricordare che: 1 L = 1 dm3 = 10-3 m3 = 1000 cm3 1 mL = 1L /1000 = 1 cm3

Unità di misura derivate Grandezze derivate e relative unità di misura

Grandezze estensive e intensive

Le grandezze

estensive, come

lunghezza, volume e

massa, dipendono dalle

dimensioni del campione.

Grandezze estensive

massa

l’unità di misura è il kilogrammo (kg)

volume

l’unità di misura è il litro (L)

lunghezza

l’unità di misura è il metro (m)

Le grandezze fisiche corrispondenti alle proprietà di un

corpo si distinguono in estensive ed intensive

Grandezze estensive e intensive

Le grandezze intensive,

come densità, peso

specifico, temperatura,

non dipendono dalle

dimensioni del campione.

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Grandezze intensive

densità

peso specifico

temperatura

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Densità di massa e peso specifico

© Zanichelli editore, 2014

La densità (Kg/m3) di un corpo è il rapporto fra la sua massa M e il suo volume V:

d = M / V

Il peso specifico (N/m3) di un corpo è il rapporto fra il suo peso e il suo volume, ovvero corrisponde al prodotto della densità per l’accelerazione di gravità

Ps = P/V = (M g) / V = d g

Misure indirette

Per alcune grandezze fisiche la misura attraverso il confronto diretto con la quantità campione, è impossibile. Volendo misurare il diametro della Luna non potremo mai usare il regolo graduato..così come non possiamo misurare la temperatura superficiale del Sole con un termometro... In questi casi si ricorre ad una misura indiretta: Si considera una legge fisica nella quale intervenga la grandezza da misurare più altre grandezze note oppure direttamente accessibili

Misura del raggio lunare

Supponiamo di conoscere la distanza d tra la superficie della terra ed il centro della luna Puntando il telescopio verso il centro ed il bordo della circonferenza lunare, possiamo misurare l’angolo a Conoscendo d ed a applichiamo le leggi della trigonometria per ricavare il raggio lunare R

a R

d Luna

)tan()tan( aa dRd

R

Errori di misura

Una misura non è mai infinitamente esatta, è sempre accompagnata da errori che dobbiamo valutare per stabilire il grado di precisione della misura. Esistono di due tipi di errori: sistematici: dovuti alla risoluzione degli strumenti di misura; uno strumento è tanto più potente quanto maggiore è la sua risoluzione

accidentali: a causa di cambiamenti delle condizioni ambientali e strumentali durante la misurazione; si riducono ripetendo la misura molte volte e poi considerando la media dei valori