La FisicaLa Fisica

Che cosa è?

dal greco physis = "natura"

È la scienza della Natura

Studia tutti i fenomeni naturali e non solo….

Oggetto di studio della FisicaOggetto di studio della Fisica

Questo e ... molto altro ancora

Come?Come?La Fisica non si limita a studiare i fenomeni

solo qualitativamente… ma studia i fenomeni soprattutto

quantitativamentePossiamo dire di conoscere un fenomeno

solo quando conosciamo delle formule matematiche capaci di descriverlo …

Esempi: v = s/t F = m a s= s0 + v t

Grandezze fisiche e loro misuraGrandezze fisiche e loro misura Essendo la Fisica basata sul metodo scientifico-

sperimentale, c’è la necessità di effettuare delle misure. Le caratteristiche misurabili di un corpo prendono il

nome di grandezze fisiche. Il risultato di una misura viene sempre espresso

mediante un numero ed una unità di misura. Esempi 2 m 37 g 4,3 dl 43 km

Grandezze fisiche e loro misuraGrandezze fisiche e loro misura Misurare una grandezza fisica significa

confrontarla con un’altra, a essa omogenea, scelta come campione.

Esempio Supponiamo di voler misurare la lunghezza del

banco. Per prima cosa dobbiamo stabilire l’unità di

misura per le lunghezze

Trattandosi di una lunghezza, l’unità di misura che andiamo a scegliere come campione deve essere essa stessa una lunghezza

Grandezze fisiche e loro misuraGrandezze fisiche e loro misura Potrebbe essere :

- la penna Bic (senza tappo)

- il mio palmo della mano

- la larghezza del quaderno

- un pezzo di filo Tutte queste scelte sono accettabili perché sono

omogenee (= dello stesso tipo) alla grandezza che devo misurare.

Una volta scelta l’unità di misura, cioè il campione, andiamo ad effetuare il confronto.

Grandezze fisiche e loro misuraGrandezze fisiche e loro misura Supponiamo di aver scelto la penna Bic Unità di misura = penna Bic

Andiamo a confrontare il banco con la penna Bic, cioè andiamo a verificare quante volte il banco contiene la penna Bic

Alla fine otterremo un risultato che esprime la grandezza fisica.

Esempio

Lunghezza banco = 8 penne Bic

dove 8 è il valore e penna Bic è l’unità di misura

Grandezze fisicheGrandezze fisiche Il valore non è altro che il rapporto tra la

grandezza misurata e l’unità di misura.

Una grandezza si dice fisica se è misurabile.

Esempi L’altezza di una persona, il suo peso, la sua

temperatura corporea sono grandezze fisiche perché sono misurabili.

Il coraggio, la simpatia, la sincerità della stessa persona non sono grandezze fisiche perchè non sono misurabili.

Unità di misura nell’antichitàUnità di misura nell’antichità La necessità di misurare è antica quanto l’uomo.

Per misurare le lunghezze (distanze), l’uomo ha utilizzato per molti millenni le parti del proprio corpo: il piede, il braccio, il pollice, il palmo, il passo

Il motivo è semplice. Sono unità di misura che ognuno di noi si porta sempre con sé.

Domanda Perché oggi non sono più usati? Risposta Perché sono molto variabili da persona a persona

Sistema InternazionaleSistema Internazionale Per ovviare a questi inconvenienti si cercò di

standardizzare (= rendere valide per tutti) le unità di misura.

In realtà fino a qualche decennio fa l’operazione di standardizzazione veniva effettuata dalle singole Nazioni.

Capitava che in Italia si usava il litro, negli USA il gallone; in Italia il chilometro, negli USA il miglio.

Nel 1960, la comunità scientifica (scienziati di tutto il mondo) decide di definire un Sistema Internazionale (siglia SI) che gli scienziati di tutto il mondo sono tenuti ad usare.

Sistema InternazionaleSistema Internazionale In Italia il SI viene introdotto ufficialmente nel 1982

con un DPR Il SI è basato su sette grandezze fondamentali

Nome della grandezza Unità di misura simbolo

Lunghezza metro m

Massa chilogrammo kg

Tempo (durata) secondo s

Temperatura grado Kelvin K

Intensità di corrente Ampere A

Quantità di sostanza mole mol

Intensistà luminosa candela cd

Sistema InternazionaleSistema Internazionale In Italia (e negli altri Paesi che hanno adottato il SI si dovrebbero usare solo le unità

di misura del SI Si continuano ad utilizzare unità di misura che non fanno parte del SI. Ciò dovrebbe

essere solo temporaneamente. Alcuni esempi:

tonnellata = 1000 kg t

Litro = 1 dm cubo l

minuto = 60 s min

ora = 3600 s h

giorno = 86400 s d

Giovanni GiorgiGiovanni Giorgi

EserciziEsercizi

Una lavagna ha una lunghezza di 140 cm ed una altezza di 8,5 dm.

Calcolare la superficie (area) della lavagna

Qual è la figura geometrica che descrive la forma della lavagna?

EserciziEsercizi

Qual è l’area occupata da una moneta da 1 euro sapendo che il suo diametro è di 22 mm?

Qual è la figura geometrica che descrive la forma della moneta?

ScommessaScommessa C’è qualcuno di voi disposto a contare da 1 fino a un miliardo in cambio di altrettanti euro? Dovrà scandire bene i numeri e riceverà il miliardo di euro solo quando arriverà ad un miliardo Facciamo un po’ di conti: - supponiamo che per ogni numero da pronunciare ci voglia 1 secondo ci vogliono un miliardo di secondi - vediamo a quante ore corrispondono: In 1 h ci sono 60x60= 3600 s 1.000.000.000 : 3600 = 277778 h Vediamo a quanti giorni corrispondono: 277778: 24= 11.574 g Vediamo a quanti anni corrispondono: 11.574: 365 = 31,7 anni Ventiquattro ore su ventiquattro senza mangiare e senza dormire!!! Volete ancora scommettere?

Grandezze fisiche derivateGrandezze fisiche derivate

Le sette grandezze fondamentali sono tra loro indipendenti, cioè nessuna di loro dipende dalle altre.

Esse sono anche complete, nel senso che mediante queste sette si possono esprimere tutte le altre grandezze.

Tutte le altre grandezze fisiche che non fanno parte delle sette prendono il nome di grandezze fisiche derivate.

Grandezze fisiche derivateGrandezze fisiche derivateLe grandezze fisiche derivate si possono esprimere

combinando fra loro le grandezze fondamentali. Esempio 1 L’area della lavagna (superficie) è il prodotto (moltiplicazione)

tra la base e l’altezza. Sia la base che l’altezza sono dimensionalmente delle lunghezze

(distanze tra due punti) Quindi l’area non è altro che A= L x L = L2

Nel Sistma Internazionale si misura in m2 E’ una grandezza derivata perché deriva dal prodotto di due

lunghezze

Grandezze fisiche derivateGrandezze fisiche derivate Esempio 2 Il volume di una scatola è dato dal prodotto (moltiplicazione) tra la base e l’altezza e la

prodondità. Sia la base, sia l’altezza, sia la profondità sono dimensionalmente delle lunghezze

(distanze tra due punti)

Quindi il volume non è altro che V= L x L x L = L3

Nel Sistema Internazionale si misura in m3 E’ una grandezza derivata perché deriva dal prodotto di tre lunghezze

Grandezze fisiche derivateGrandezze fisiche derivate Esempio 3 La velocità di un corpo è definita come il rapporto tra la distanza percorsa e il tempo impiegato per percorrere la distanza.

Lo spazio è una distanza, quindi è una lunghezza, dunque la velocità è il rapporto (divisione) tra la lunghezza L e il tempo T

Nel Sistema Internazionale si misura in m/s E’ una grandezza derivata perché deriva dalla divisione di una lunghezza per un tempo.

t

sv

Unità di misura della lunghezzaUnità di misura della lunghezza Abbiamo già visto che gli antichi utilizzavano come unità di

misura delle lunghezze parti del proprio corpo. Durante la Rivoluzione Francese (1789) si adottò come unità

di lunghezza il metro definito come la quarantamilionesima parte del meridiano terrestre

Venne costruito un metro campione di platino-iridio, una lega che non si deforma al cambiare della temperatura, e venne conservato nel museo dei Pesi e delle Misure di Sevres (1889, Francia)

Dal 1987, la definizione di metro è cambiata. Il metro è la lunghezza percorsa dalla luce nel vuoto in un intervallo di tempo pari a 1/299.792.458 s

Unità di misura del tempoUnità di misura del tempo Domanda Che cosa è il tempo? Risposta Sono millenni che filosofi e scienziati cercano una definizione

utile di tempo, ma a tutt’oggi nessuno sembra averla trovata. Possiamo dire che:

– Il tempo scorre in un’unica direzione;– Ci accorgiamo che passa perché

il nostro corpo, il corpo degli esseri viventi che ci stanno

vicino (persone, animali, piante) cambia

il giorno si alterna alla notte, le stagioni …

Pur essendo pressoché impossibile definire il tempo, è possibile misurare gli intervalli di tempo con estrema precisione.

Intervallo di tempoIntervallo di tempo La durata di un fenomeno viene definita intervallo di tempo

Il suo simbolo è Dt (si legge delta ti) Abbiamo visto che nel SI l’unità di misura è il secondo (s) Ancora utilizzati sono il minuto, l’ora, il giorno, anche se non

ammessi dal SI Il secondo era definito come la 86.400a parte del giorno solare

medio (60 s x60 min x 24 h = 86400 s) Oggi il secondo è definito come l’intervallo di tempo la cui

durata è pari a quella di 9 192 631 770 oscillazioni della radiazione emessa dall’atomo di cesio.

Lo strumento utilizzato per misurare l’intervallo di tempo è l’orologio oppure il cronometro.

Intervallo di tempoIntervallo di tempo Presso l’Istituto Galileo Ferraris di Torino è depositato

l’orologio atomico che fornisce il segnale orario a tutto il territorio italiano.

Multipli e sottomultipliMultipli e sottomultipli

In Fisica come in altre discipline scientifiche si ha spesso a che fare con numeri troppo grandi o troppo piccoli

Esempi: Raggio della Terra: 6 370 000 m Raggio dell’atomo di idrogeno: 0,000 000 000 0529 m Per rendere la scrittura più compatta si utilizzano

multipli e sottomultipli delle unità di misura Si fa precedere l’unità di misura da un prefisso

Multipli e sottomultipliMultipli e sottomultipli

Esempio:

57 km dove 57 è il valore k è il prefisso m è l’unità di misura Il prefisso contiene in sé un moltiplicatore In questo caso il prefisso k si legge “chilo” e

significa: moltiplica per 1000 Quindi 57 km = 57 x 1000 m = 57000 m

Multipli e sottomultipliMultipli e sottomultipli

Esempio:

35 kg dove 35 è il valore k è il prefisso g è l’unità di misura Quindi 35 kg = 35 x 1000 g = 35000 g

MultipliMultipli e e sottomultiplisottomultipliNome Simbolo Moltiplicatore esempi

Unità di misura u 1 5 m 4g

deca da x 10 = 101 7 dam 7 dag

etto h x 100 = 102 4 hg 5 hm

chilo k x 1000 = 103 3 km 3kg

mega M x 1 000 000 = 106 7 Mm 8 MB

giga G x 1 000 000 000 = 109 6 GHz 2GB

deci d : 10 = 10-1 7 dm 8dg

centi c : 100 = 10-2 7 cg 12 cm

milli m : 1000 = 10-3 4 mm 15 mA

micro m : 1 000 000 = 10-6 50 mA 8 mg

nano n : 1 000 000 000 = 10-9 8 nm 70 nA

pico p : 1 000 000 000 000 = 10-12 8 pA 78 pg

tera T x 1 000 000 000 000 = 1012 2 TB 6 Tg

Multipli e sottomultipli dell’intervallo di tempoMultipli e sottomultipli dell’intervallo di tempo I multipli del tempo non sono decimali ma sessagesimali (vanno

di 60 in 60) 1 min = 60 s 1 h = 60 min = 3600 s 1 d = 24 h = 1440 min = 86400 s Esempio Dobbiamo sommare questi due tempi: 2h 45’ 50’’ + 1h 38’ 25’’

2h 45’ 50’’ + 1h 38’ 25’’ = 15’’

Si inizia a sommare da destra (secondi). 50’’+25’’=75’’. Ma 75’’= 1’ 15’’. Scrivo 15’’ con il riporto di 1’Sommo poi 1’+45’+38’= 84’ che sono uguali ad 1h 24’Scrivo 24’ e riporto 1h

1

24’

1

4h’

EserciziEsercizi 1) Ordinare in senso crescente le seguenti misure di

lunghezza: 1250 pm; 0,35 nm; 0,00015 mm; 2pm; 0,000004 mm

2) Eseguire le seguenti trasformazioni: 53,2 m = ……………. mm 2,3 dam= …………… cm 485 g = ……………… kg 567 min = …………… s 45 h 37’ 48’’ = ……………. s 32 mm = …………….. dam

Da studiareDa studiare

Modulo a unità 1 paragrafi 5, 6, 7Esercizi:Pag. a15 n. 3, 5, 6

Notazione scientifica esponenzialeNotazione scientifica esponenziale

Un qualsiasi numero si può trasformare in notazione (=forma) scientifica.

Un numero espresso in notazione scientifica è composto da:

- una parte intera compresa tra 0 e 9- eventualmente la virgola- una eventuale parte decimale- una potenza di base 10 Esempi 2,75 104 -7,0056 109 9,27 10-3 4 105

Trasformazione Trasformazione da forma normale a forma scientifica da forma normale a forma scientifica

Vogliamo trasformare il numero 5742,37 1) Si prende il numero in forma normale e si sposta la

virgola fino a portarla a destra del primo numero 5,74237 2) Si conta il numero di posti di cui la virgola è stata

spostata (nel nostro esempio 3) 3) Se la virgola è stata spostata verso sinistra il numero

di posti è positivo, quindi anche l’esponente è positivo (nel nostro esempio +3)

4) Se la virgola è stata spostata verso destra il numero di posti è negativo, quindi anche l’esponente è negativo

Trasformazione Trasformazione da forma normale a forma scientifica da forma normale a forma scientifica

5) si inserisce la potenza di 10 con esponente pari al numero di posti

5,74237 103

Esempi 0,00005789 Spostiamo la virgola: 5,789 Abbiamo spostato la virgola di 5 posti verso destra Quindi l’esponente sarà pari a -5 Pertanto il numero in notazione esponenziale è: 5,789 10-5

Trasformazione Trasformazione da forma scientifica a forma normale da forma scientifica a forma normale

Vogliamo trasformare il numero 2,75 104

1) Si osserva il segno dell’esponente (positivo o negativo)

2) Se l’esponente è positivo si sposta la virgola verso destra di un numero di posti pari al valore dell’esponente

3) Se l’esponente è negativo si sposta la virgola verso sinistra di un numero di posti pari al valore dell’esponente.

Nel nostro esempio l’esponente è +4, quindi il numero in forma normale è 27500

Attenzione!!!Attenzione!!!

Quando siamo di fronte ad un numero intero cioè senza virgola

La virgola è sottintesa Esempi 5740 è come se fosse 5740, 1500 è come se fosse 1500,

Ordine di grandezza di un numeroOrdine di grandezza di un numeroQuando si discute di misure, a volte non è

necessario conoscere il valore della misura con precisione, ma ci basta conoscere l’ordine di grandezza.

EsempiL’ordine di grandezza della lunghezza di

una penna è di una decina di centimetriL’ordine di grandezza della lunghezza

dell’aula è del metro (da 1 a 9)

Ordine di grandezza di un numeroOrdine di grandezza di un numeroL’ordine di grandezza della distanza da qui

alla Presidenza è della decina di metri (da 10 a 90).

L’ordine di grandezza della distanza da Potenza a Roma è delle centinaia di chilometri (da 100 a 900)

L’ordine di grandezza del peso di una persona normale (non obesa) e delle decine di chilogrammi (da 10 a 90)

Ordine di grandezza di un numeroOrdine di grandezza di un numeroSi dice che L’ordine di grandezza di un numero è una

approssimazione del numero e indica la potenza di dieci più vicina al numero dato.

Prima dunque di ricavare l’ordine di grandezza di un numero bisogna trasformare il numero stesso dalla forma normale alla forma esponenziale.

Ordine di grandezza di un numeroOrdine di grandezza di un numeroVogliamo ricavare l’ordine di grandezza del raggio

della Terra.Sappiamo che il raggio della Terra è: 6370000 mTrasformiamo il numero in forma scientificaRisulta: 6,37 106 m Fatto questo si va a guardare il numero escludendo la

potenza di dieci. Ci sono due possibilità: 1) Il numero è maggiore o uguale a 5 come in questo caso

(6,37 > 5) e allora l’ordine di grandezza è dato dalla potenza di 10 con l’esponente incrementato di 1.

Ordine di grandezza di un numeroOrdine di grandezza di un numero

Diciamo che il valore approssimato del raggio della Terra è 107 m

2) Se il numero è minore di 5 allora l’ordine di grandezza è proprio uguale alla potenza di dieci.

Per intenderci, se il raggio della Terra fosse stato 4,69 106 allora avremmo detto che il valore approssimato del raggio della Terra è 106 m