Una sfera di acciaio può essere analizzata da diversi punti di vista:

Una sfera di acciaio può essere analizzata da diversi punti di vista:

MECCANICA

Stati di equilibrio (meccanico)

Stati di moto (come cambiano)

Comportamento nelle interazioni con altri sistemi (cambiamento degli stati di equilibrio e degli stati di moto) e proprietà che determinano tale comportamento (massa, elasticità, plasticità)

TERMODINAMICA

Stati di equilibrio termico (temperatura)

Comportamento nelle interazioni termiche con altri sistemi e proprietà che determinano tale comportamento

ELETTROMAGNETISMOProprietà elettriche e magnetiche

Comportamento in presenza di un campo e.m.

OTTICAProprietà ottiche e comportamento nell’interazione con la luce

Le diverse parti della fisica costituiscono altrettanti modi diversi, ma interconnessi, di guardare agli oggetti reali.

Che cosa accomuna tutti questi diversi modi di guardare la sfera (che chiamiamo fisica) e li differenzia per esempio rispetto al modo di guardare alla sfera dell’ingegnere, del pittore o dello scrittore o del fotografo?

In fisica si fornisce una rappresentazione estremamente fedele solo di pochi aspetti del sistema attraverso un apparato formale matematico le cui regole generali sono organizzate in teorie.

Modello fisico: costrutto formale, basato su una teoria fisica, che permette di descrivere con il desiderato dettaglio gli aspetti di interesse di un fenomeno in cui è coinvolto un definito sistema [modello sistema fisico]

Differenza rispetto ai modelli costruiti in ingegneria: il riferimento a una teoria.

Anche il quadro di un artista è un modello di un sistema reale (ne riproduce alcuni aspetti e al tempo stesso può caricare la rappresentazione dell’oggetto rappresentato di significati proprio come fa la fisica), ma non è una rappresentazione formalizzata dell’oggetto.

Ogni sistema fisico può essere descritto attraverso le sue proprietà.

Proprietà per cui è possibile definire un procedimento di misura:

Proprietà per cui non è possibile definire un procedimento di misura:

proprietà organolettiche (Sapore)

(per ora non si sa misurare, anche se è chiaro che esso è in gran parte legato alla struttura fisica dell’alimento)

GRANDEZZE FISICHE

FISICA

Definizione operativa: procedura con cui si effettua la misura della grandezza fisica considerata

Definizione basata su una legge: legge formale che esprime la grandezza fisica per mezzo di altre grandezze

Definizione operativa:

Es. : Temperatura di un sistema: grandezza fisica che si misura con il termometro ponendo quest’ultimo a contatto termico con il sistema misurato e che si realizza all’equilibrio termico tra misuratore e sistema misurato.

Definizione operativa di velocità: grandezza fisica che si misura con il tachimetro

Definizione non operativa:

Es. : Velocità - La velocità istantanea di un sistema fisico in un definito sistema di riferimento è data da:

t

rlimtvt

0

PROPRIETÀ DI STATO – Caratterizzano la condizione (di equilibrio, di stato di moto; di equilibrio termico; di equilibrio elettrostatico..…) in cui si trova un sistema fisico.

PROPRIETÀ DEL MATERIALE O DELLA SOSTANZA con cui è composto il sistema (sottoinsieme: proprietà di interazione)

PROPRIETÀ DEL SISTEMA, ossia che lo caratterizzano nella sua specificità di oggetto diverso dagli altri

Energia, velocità,

Temperatura,

Quantità di carica, potenziale

Densità, moduli di elasticità, viscosità, conducibilità termica, calore specifico, permeabilità magnetica, costante dielettrica, indice di rifrazione

Tre grandi categorie di proprietà di un sistema:

Lunghezza, volume, massa, capacità termica, capacità elettrica

Un altro modo di categorizzare le grandezze fisiche di un sistema

Grandezze intensive:

=m/V: massa volumica (Densità)

Y, : Coefficienti di elasticità

v: velocità

T: Temperatura

c: Calore specifico

k: Conducibilità termica

V: potenziale

: resistività

n: indice di rifrazione

Grandezze estensive:

M = massa

V = volume

q = mv: Quantità di moto

E = energia

S = entropia

C = mc, capacità termica

Q = quantità di carica

R = resistenza

M

M/2 M/2

Un altro modo di categorizzare le grandezze fisiche di un sistema

Grandezze scalari:

Una grandezza scalare è caratterizzata unicamente da un numero (eventualmente positivo o negativo).

T: temperatura

E: energia

m: massa

: densità

V: volume

n: indice di rifrazione

Grandezze vettoriali:

Una grandezza vettoriale viene definita da un modulo, una direzione, un verso un punto di applicazione e segue la regola associativa del parallelogramma

(attenzione: vettore le sue componenti si trasformano come le coordinate per un cambiamento di riferimento)

r: vettore posizione

v: vettore velocità

F: vettore forza

q: vettore quantità di moto

La fisica descrive gli stati in cui si possono trovare i sistemi fisici e i processi con cui tali stati vengono modificati, in generale quando il sistema interagisce con altri sistemi, per mezzo di relazioni tra le grandezze fisiche del sistema.

LEGGE FISICA: relazione tra grandezze fisiche che si possa verificare sperimentalmente o ricavare formalmente (TEOREMA) da altre leggi e concetti

Leggi fenomenologiche: descrivono le relazioni tra grandezze fisiche coinvolte in un fenomeno (cinematica dei processi)

Leggi interpretative: descrivono i processi che determinano i fenomeni in termini causali o in generale a partire da principi primi

PRINCIPI FISICI: leggi fisiche che vengono assunte come capisaldi di una teoria. Tali leggi sono verificate sperimentalmente, sia direttamente, sia soprattutto indirettamente attraverso la verifica delle loro conseguenze.

Si differenziano dagli assiomi delle teorie matematiche, in quanto i PRINCIPI FISICI derivano da evidenze sperimentali e non sono una mera costruzione concettuale della mente umana.

In genere ad una legge fisica si attribuisce lo statuto di PRINCIPIO quando insieme agli altri principi di una teoria consente la deduzione logica della teoria stessa.

-Ogni teoria ha sempre valore in un definito ambito di applicabilità (es.: per dimensioni opportune, velocità non elevate dei sistemi in oggetto, per proprietà che si considerano…) e non ha mai valore assoluto (anche nel tempo)

-Ogni teoria è valutata esclusivamente per la sua capacità predittiva e condivisione dei suoi presupposti concettuali

-Ogni teoria ha validità solo in quanto riesce a fornire previsioni quantitative confrontabili con esiti sperimentali e tale confronto ha dato riscontro positivo (nell’ambito di applicabilità).

Vince una teoria non in quanto “più vera”, ma in quanto è quella “che predice meglio” e che soddisfa a criteri di semplicità concettuale e simmetriaTeorie concettualmente superate possono essere comunque di insostituibile valore e utilità (es.: meccanica classica)

Il raccordo tra teoria e fatti sperimentali ha natura circolare.

Esso si basa sulla costruzione di modelli formali attraverso cui si possono effettuare previsioni quantitative su un fenomeno fisico confrontabili con gli esiti di esperimenti.

MODELLI per prevedere

esiti sperimentali

TEORIA

ESPERIMENTI

MODELLIper

confermare, validare,

falsificare teorie

Al di sopra del mondo reale, cioè del mondo fenomenologico, si colloca il mondo fisico che si compone di principi, leggi e relazioni empiriche: si tratta di operazioni che permettono all’uomo di studiare più agevolmente i fenomeni che lo circondano.

MONDO FISICO

MONDO FENOMENOLOGICO

MONDO MATEMATICO

MONDO FISICO

MONDO FENOMENOLOGICO

Grandezza fisicaGrandezza fisica

Una grandezza fisica è una classe di equivalenza di proprietà fisiche che possono essere misurate mediante un rapporto reciproco.

Peso Lunghezza

Proprietà fisicheProprietà fisiche

Con proprietà fisica si fa riferimento, genericamente, a una caratteristica di un sistema che viene evidenziata nello studio dei fenomeni fisici.

L'accento sull'aggettivo fisico ne sottolinea l'oggettività (secondo il paradigma galieiano dell'intersoggettività) e la riproducibilità.

FerroFerroProprietà fisiche

Stato a temperatura ambiente

solido (ferromagnetico)

Punto di fusione 1808 K (1535 °C)

Punto di ebollizione 3023 K (2750°C)

Volume molare 7,09 x 10-6 m3/mol

Calore di evaporazione

349,6 kJ/mol

Calore di fusione 13,8 kJ/mol

Velocità del suono 4910 m/s a 293,15 °K

Calore specifico 440 J/(kg*K)

Conducibilità elettrica 9,93 x 106/m ohm

Conducibilità termica 80,2 W/(m*K)


AlluminioAlluminioProprietà fisiche


solido

Punto di fusione 933,47 °K (660,32 °C)

Punto di ebollizione 2792 °K (2518,85 °C)

Volume molare 10,00 × 10-3 m³/mol


293,4 kJ/mol


Velocità del suono 5100 m/s a 933 °K



Conducibilità termica 237 W/(m*K)


Proprietà fisiche


solido (ferromagnetico)

Punto di fusione 1808 K (1535 °C)

Punto di ebollizione 3023 K (2750°C)

Volume molare 7,09 x 10-6 m3/mol


349,6 kJ/mol


Velocità del suono 4910 m/s a 293,15 °K



Conducibilità termica 80,2 W/(m*K)

Proprietà fisiche


solido

Punto di fusione 933,47 °K (660,32 °C)

Punto di ebollizione 2792 °K (2518,85 °C)

Volume molare 10,00 × 10-3 m³/mol


293,4 kJ/mol


Velocità del suono 5100 m/s a 933 °K



Conducibilità termica 237 W/(m*K)

Misurare le grandezzeMisurare le grandezze

Condizione necessaria perché una proprietà sia misurabile è quella di poter stabilire una relazione d'ordine fra quelle proprietà in sistemi diversi: ovvero poter giudicare quale sistema esibisce "più" proprietà dell'altro.

Se tale confronto può essere basato sul rapporto fra le proprietà dei due sistemi, allora la classe di equivalenza di quelle proprietà costituisce una grandezza fisica.

misurabile

grandezza fisica

Unità di misuraUnità di misura

In questo caso, è possibile scegliere la proprietà di un particolare sistema ed eleggerla a unità di misura per quella grandezza fisica.

Fissata l'unità di misura, la quantità di tale grandezza per un qualsiasi altro sistema potrà dunque essere univocamente specificata da un valore numerico ottenuto dal rapporto con la proprietà scelta come campione di riferimento.

unità di misura

EsempioEsempio

La lunghezza di un oggetto può essere confrontata con quella di un

altro oggetto.

La lunghezza, in astratto, costituisce una grandezza fisica perché è

possibile stabilire la proporzione, ovvero il rapporto fra la lunghezza

specifica di due oggetti.

Possiamo allora scegliere la lunghezza di un oggetto particolare, come

il metro campione, e utilizzarla come unità di misura per la lunghezza

di qualsiasi altro oggetto.

Grandezza: Lunghezza

Unità di misura: Il metro è l’unità di misura della lunghezza.

1. Fino al 1875:

1 m = 1/40.000.000 lunghezza del meridiano terrestre

2. dal 1875 al 1960

1 m = distanza fra due tacche di una sbarra di Pt-Ir conservata al Bureau International des Poids et Mesures di Sèvres (Parigi)

3. tra il 1960 ed il 1983

1 m = distanza corrispondente a 1 650 763,73 lunghezze d’onda di una specifica radiazione elettromagnetica emessa da un atomo di 86Kr

4. dal 1983

1 m = distanza percorsa dalla luce nel vuoto in (1/2.997 924 58)·108 s

Misura di una grandezza fisica

Numero seguito da una unità di misura e un intervallo di indeterminazione

L = (15,3 0,2) cm

Rapporto tra il valore della grandezza misurata del sistema fisico in osservazione e quello di una grandezza ad essa omogenea assunta come unità.

Misura diretta: numero di volte in cui la grandezza riferita al campione della unità di misura è contenuta nella grandezza del sistema misurata

Misura indiretta: si ricava il valore della grandezza fisica del sistema, utilizzando, nella legge che la definisce, il valore di altre grandezze fisiche ottenuto con una misura diretta.

Esempio

Misura di una lunghezza con un regolo

Quante volte la lunghezza del regolo sta nella lunghezza dell’oggetto misurato

Campione di unità di misura

I criteri che si usano per scegliere i campioni sono:

•Disponibilità

•Facilità di riproduzione

•Precisione

Assieme al campione deve essere garantita la sua portabilità.

Il valore si sceglie in riferimento alla sua utilità pratica onde evitare che sia necessario un eccessivo uso di suffissi

Sistemi di unità di misura

convenzionali fondamentali per poter comunicare in una comunità

Ora universalmente accettato: SISI (Systhème InternationaleSysthème Internationale)Derivazione del MKS

Ogni grandezza ha un simbolosimbolo (non abbreviazione: niente puntino finale!)

Ogni grandezza ha un nomenome che si scrive sempre minuscolo

Esempio:grandezza fisica: forzasimbolo: Funità di misura: N (newton)

Quando si esprime il valore di una grandezza fisica questa va indicata1. o in notazione scientifica2. o in notazione tecnica (con l’uso di prefissi)

Se ci sono dei calcoli intermedi, in essi non si riportano le unità Le unità si riportano solo nel risultato finale

Espressione di una misura in:

Notazione scientifica: P = 5,65 ·106 W

Con l’uso di prefissi : P = 5,65 MW

Principali prefissi usati per le unità di misura nel SI

Nome Simbolo Moltiplica perNome Simbolo Moltiplica per

tera- T- 1012

giga- G- 109

mega- M- 106

kilo- k- 103

etto- h- 102

deca- da- 101

deci- d- 10-1

centi- c- 10-2

milli- m- 10-3

micro- - 10-6

nano- n- 10-9

pico- p- 10-12

Le 7 unità fondamentali del Sistema InternazionaleLe 7 unità fondamentali del Sistema Internazionale

Unità di misura Simbolo u.m. Grandezza fisica

metro m lunghezza

chilogrammo kg massa

secondo s tempo

ampere A intensità di corrente elettrica

kelvin K temperatura termodinamica

candela cd intensità luminosa

mole mol quantità di sostanza

Le 2 unità supplementariLe 2 unità supplementari

radiante rad angolo piano

steradiante sr angolo solido

Una sfera di acciaio può essere analizzata da diversi punti di vista:

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