Corso di Fondamenti di Fisica

✓ Comprendere i fondamenti teorici, concettuali, ed applicativi delle principali leggi della Fisica, in particolare la Fisica Classica

✓ Capacità di operare con le grandezze fisiche (scalari e vettoriali) 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

✓ Aritmetica (operazioni, potenze, frazioni)

✓ Geometria (figure piane e solide, semplici nozioni di trigonometria, il teorema di Pitagora)

✓ Algebra (Poche e semplici equazioni)

Prerequisiti formativi

Corso di Fondamenti di Fisica

Appunti delle lezioni del docente, scaricabili in formato pdf dal sito

docente di unica: http://people.unica.it/alessiofilippetti/ (le lezioni aggiornate vengono caricate alla fine di ogni settimana di corso)

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

http://people.unica.it/alessiofilippetti/

Il principio di autorità: ‘ipse dixit’

Pitagora (Samo, 580 A.C.) filosofo, matematico,

astronomo, politico; fondatore a Crotone della Scuola Pitagorica, una delle più importanti scuole di pensiero dell'umanità; per primo capì l’importanza della matematica nella descrizione dei fenomeni naturali

Aristotele (Stagira, 384 A.C.) filosofo, scienziato e logico. Fu allievo di Platone (Atene 428 A.C.), a sua volta allievo di Socrate (Atene, 470 A.C.); è il padre del pensiero filosofico occidentale, ed una delle menti più innovative, prolifiche e influenti del mondo; per tutto il Medioevo, è stato assunto come principale ed indiscussa autorità scientifica dell’umanità

«Ipse dixit»: così i pitagorici erano soliti riferirsi alla loro somma autorità, Pitagora: se l’ha detto lui non può che essere esatto ! (dal De natura deorum, di Marco Tullio Cicerone)

Da ‘ipse dixit’ al metodo scientifico di Galileo

Osservazione di un fenomeno fisico: raccolta di dati empirici

Analisi: Elaborazione di concetti, idee, ipotesi che spieghino le osservazioni formulazione di una legge o un modello

teorico

Verifica sperimentale o Misura della 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, ovvero affidabile, verificabile e condivisibileIl metodo prevede 3 fasi:

Esempio: caduta dei corpi

g è una costante universale, che non dipende dall’oggetto che sto considerando (detta accelerazione di gravità terrestre)

Osservazione: un corpo lasciato libero in aria precipita sulla

superficie terrestre

Analisi: deve esistere una forza (FORZA PESO F) che attira gli oggetti verso il suolo formulo una legge: ipotizzo che la forza che agisce sull’oggetto è proporzionale alla quantità di materia (MASSA M) di cui è costituito l’oggetto

F M g

Fg

M

g è il rapporto tra forza sull’oggetto e massa dell’oggetto: se la legge è vera, questo rapporto deve essere costante, ovvero uguale per qualsiasi corpo che precipita verso il suolo

Esempio: caduta dei corpi

KgM 11 KgM 22

KgM 44

KgM 33

2 1 3 1 4 12 3 4F F F F F F

Verifica sperimentale: considero una serie di biglie di massa M differente, e misuro per ciascuna biglia la forza peso con un dinamometro (o bilancia):

L’allungamento della molla misura la forza sulla scala graduata

raddoppiando la massa della biglia, la forza raddoppia; triplicando la massa, la forza triplica, e così via:

EUREKA! La forza peso è proporzionale alla massa della biglia, e il rapporto g tra forza e massa è sempre uguale: la legge è verificata !!

Misura delle grandezze fisiche

LUNGHEZZA: Per misurare una lunghezza la

confrontiamo con un’analoga grandezza che chiamiamo metro (m), o regolo graduato TEMPO: misuriamo il tempo tramite un orologio. Si sceglie come grandezza campione una frazione dell’anno solare, detta 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✓ Una grandezza fisica è caratterizzata dalla quantità (il numero), dalla dimensione fisica, dall’unità di misura (unità campione) ✓ Nella misurazione diretta si confronta la grandezza da misurare con una omogenea (dello stesso tipo) definita campione

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 = 10-3 g

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

1 Å = 10-10 m 1 ns = 10-9 s 1 ng = 10-9 g

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 nmIl tempo che intercorre tra due urti consecutivi dell’elettrone col reticolo atomico in un metallo è di circa un fs

La massa di una nave da crociera può superare le 200 000 Ton

La distanza tra atomi contigui nei cristalli è circa un nm

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 ft80 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 (millilitro) = 1L /1000 = 1 cm3

1 cL (centilitro) = 1L /100 = 10 cm3

Unità di misura derivateGrandezze derivate e relative unità di misura