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Perché studiare fisica? Federica Scalari Docente di Matematica e Fisica Liceo Scientifico, Linguistico G. Marconi Parma.

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Presentazione sul tema: "Perché studiare fisica? Federica Scalari Docente di Matematica e Fisica Liceo Scientifico, Linguistico G. Marconi Parma."— Transcript della presentazione:

1 Perché studiare fisica? Federica Scalari Docente di Matematica e Fisica Liceo Scientifico, Linguistico G. Marconi Parma

2 La Scuola di Atene di Raffaello Sanzio databile intorno al , Roma Stanza della Segnatura, Palazzi Apostolici.

3 Platone e Aristotele Al centro della composizione, vicino al punto di fuga, si trovano i due principali filosofi del passato, Platone e Aristotele. La sintesi della rappresentazione di Raffaello nei loro gesti. Platone regge il Timeo: il mondo delle idee trascendenti e linduzione Aristotele per contro regge LEtica: il metodo deduttivo, basato sulla natura e lo studio del concreto. Secondo Aristotele la conoscenza può procedere con un processo induttivo che va dal particolare al generale e con un processo deduttivo che va dal generale al particolare.

4 Prima di Galileo che cosa si conosceva e che cosa era accettato? Secondo Aristotele (Stagira 384 o 383 a. C – Calcide 322 a.C.) le stelle fisse sono incastonate in una sfera eterna e immutabile, estremo confine del cosmo Secondo Aristotele (Stagira 384 o 383 a. C – Calcide 322 a.C.) le stelle fisse sono incastonate in una sfera eterna e immutabile, estremo confine del cosmo Il sole è eterno ed è fatto di una sostanza incorruttibile chiamata etere Il sole è eterno ed è fatto di una sostanza incorruttibile chiamata etere Nella fisica aristotelica il sole e gli astri ruotano intorno alla terra, che è il centro del cosmo Nella fisica aristotelica il sole e gli astri ruotano intorno alla terra, che è il centro del cosmo Nonostante il passare del tempo le concezioni restano queste, anche per motivi legati alla teologia e alle sacre scritture. Ma… Nonostante il passare del tempo le concezioni restano queste, anche per motivi legati alla teologia e alle sacre scritture. Ma…

5 …1400 – 1500 – 1600 Niccolò Copernico (in polacco Mikołaj Kopernik; Torun, 19 febbraio 1473 – Frombork, 24 maggio 1543) fu un astronomo polacco famoso per aver portato all'affermazione la teoria eliocentrica. Niccolò Copernico (in polacco Mikołaj Kopernik; Torun, 19 febbraio 1473 – Frombork, 24 maggio 1543) fu un astronomo polacco famoso per aver portato all'affermazione la teoria eliocentrica. Tycho Brahe, in danese Tyge Brahe, un tempo chiamato in italiano anche Ticone (Castello di Knutstorp, 14 dicembre 1546 – Praga, 24 ottobre 1601), è stato un astronomo danese, crede nella teoria geocentrica. Tycho Brahe, in danese Tyge Brahe, un tempo chiamato in italiano anche Ticone (Castello di Knutstorp, 14 dicembre 1546 – Praga, 24 ottobre 1601), è stato un astronomo danese, crede nella teoria geocentrica. Giovanni Keplero (in originale Johannes Kepler, in italiano anche Giovanni Cheplero; Weil der Stadt, 17 dicembre 1571 – Ratisbona 15 novembre 1630) fu un astronomi, matematica e musicista tedesco, crede alla teoria eliocentrica. Scoprì empiricamente le leggi che regolano il movimento dei pianeti e che sono chiamate, appunto, leggi di Keplero. Giovanni Keplero (in originale Johannes Kepler, in italiano anche Giovanni Cheplero; Weil der Stadt, 17 dicembre 1571 – Ratisbona 15 novembre 1630) fu un astronomi, matematica e musicista tedesco, crede alla teoria eliocentrica. Scoprì empiricamente le leggi che regolano il movimento dei pianeti e che sono chiamate, appunto, leggi di Keplero. GALILEO GALILEI (Pisa, 15 febbraio 1564 – Arcetri, 8 gennaio 1642) GALILEO GALILEI (Pisa, 15 febbraio 1564 – Arcetri, 8 gennaio 1642)

6 Galieo Galilei (Pisa 15 febbraio 1564 – Arcetri 8 gennaio 1642) sensata esperienza, ovvero l'esperimento, che può essere compiuto praticamente o solo astrattamente ("esperienze mentali"), ma che deve in ogni caso seguire a una attenta formulazione teorica, ovvero a ipotesi che siano in grado di guidare l'esperienza in modo che essa non fornisca risultati arbitrari sensata esperienza, ovvero l'esperimento, che può essere compiuto praticamente o solo astrattamente ("esperienze mentali"), ma che deve in ogni caso seguire a una attenta formulazione teorica, ovvero a ipotesi che siano in grado di guidare l'esperienza in modo che essa non fornisca risultati arbitrari necessaria dimostrazione, ovvero una analisi matematica e rigorosa dei risultati dell'esperienza, che sia in grado di trarre da questa ogni conseguenza in modo necessario e non opinabile, e che va ulteriormente verificata, con ulteriori esperienze, ovvero il cosiddetto cimento, che è l'esperimento concreto con cui va sempre verificato l'esito di ogni formulazione teorica. necessaria dimostrazione, ovvero una analisi matematica e rigorosa dei risultati dell'esperienza, che sia in grado di trarre da questa ogni conseguenza in modo necessario e non opinabile, e che va ulteriormente verificata, con ulteriori esperienze, ovvero il cosiddetto cimento, che è l'esperimento concreto con cui va sempre verificato l'esito di ogni formulazione teorica.

7 Galilei: lanalisi matematica dei fenomeni e l'uso degli strumenti di misura Il piano inclinato per studiare il moto dei corpi; Il piano inclinato per studiare il moto dei corpi; la bilancia idrostatica per misurare la densità dei corpi; la bilancia idrostatica per misurare la densità dei corpi; il termoscopio per misurare le variazioni di densità dellaria in funzione della temperatura; il termoscopio per misurare le variazioni di densità dellaria in funzione della temperatura; una macchina azionata da energia animale per innalzare acqua dai pozzi profondi; una macchina azionata da energia animale per innalzare acqua dai pozzi profondi; il compasso proporzionale per risolvere problemi di matematica e geometria; il compasso proporzionale per risolvere problemi di matematica e geometria; il celatone, uno strumento per misurare la longitudine in mare usando i satelliti di Giove; il celatone, uno strumento per misurare la longitudine in mare usando i satelliti di Giove; il giovilabio, uno strumento per calcolare la posizione relativa di Terra e Giove; il giovilabio, uno strumento per calcolare la posizione relativa di Terra e Giove; lelioscopio, uno strumento che permette di osservare il Sole. lelioscopio, uno strumento che permette di osservare il Sole. il micrometro un dispositivo che montato sul cannocchiale permetteva di misurare, in contemporanea osservazione col cannocchiale, quanto distasse ogni satellite dal pianeta. il micrometro un dispositivo che montato sul cannocchiale permetteva di misurare, in contemporanea osservazione col cannocchiale, quanto distasse ogni satellite dal pianeta. lorologio ad acqua per misurare il tempo di caduta di un corpo lungo il piano inclinato lorologio ad acqua per misurare il tempo di caduta di un corpo lungo il piano inclinato

8 Galileo e i suoi Discorsi matematici intorno a due nuove scienze In un regolo, o vogliàn dir corrente, di legno, lungo circa 12 braccia, e largo per un verso mezzo braccio e per laltro 3 dita, si era in questa minor larghezza incavato un canaletto, poco più largo dun dito; tiratolo drittissimo, e, per averlo ben pulito e liscio, incollatovi dentro una carta pecora zannata e lustrata al possibile, si faceva in esso scendere una palla di bronzo durissimo, ben rotondata e pulita. [...] Elevando sopra il piano orizzontale una delle estremità (del regolo) un braccio o due ad arbitrio, si lasciava […] scendere per il detto canale la palla, notando […] il tempo che consumava nello scorrerlo tutto, replicando il medesimo atto molte volte per assicurarsi bene della quantità del tempo […]. Fatta e stabilita precisamente tale operazione, facemmo scender la medesima palla solamente per la quarta parte della lunghezza di esso canale; e misurato il tempo della sua scesa, si trovava sempre puntualissimamente esser la metà dellaltro (G. Galilei, Discorsi matematici intorno a due nuove cienze, Leida Olanda, 1638)

9 Quanto poi alla misura del tempo, si teneva una gran secchia piena dacqua, attaccata in alto, la quale per un sottil cannellino, saldatogli nel fondo, versava un sottil filo dacqua, che sandava ricevendo con un piccol bicchiero per tutto l tempo che la palla scendeva nel canale e nelle sue parti: le particelle poi dellacqua, in tal guisa raccolte, sandavano di volta in volta con esattissima bilancia pesando, dandoci le differenze e proporzioni de i pesi loro le differenze e proporzioni de i tempi; e questo con tal giustezza, che, come ho detto, tali operazioni, molte e molte volte replicate, già mai non differivano dun notabil momento. (Discorsi e dimostrazioni matematiche intorno a due nuove scienze, 1638) Dal libro Le traiettorie della fisica azzurro, ed. Zanichelli Galileo e la misura del tempo

10 Di che cosa si occupa la Fisica? Per capirlo ricorriamo ad Einstein ( ) e alla sua scoperta che la massa è energia, secondo la legge: La Fisica: si occupa dello studio di fenomeni naturali utilizza grandezze, ovvero quantità che possono essere misurabili cerca delle leggi, ovvero delle relazioni tra queste grandezze espresse mediante formule matematiche

11 matita, riga graduata, squadra angoli 30°- 60° e 45°, goniometro e compasso, gomma matita, riga graduata, squadra angoli 30°- 60° e 45°, goniometro e compasso, gomma carta millimetrata carta millimetrata quaderno a quadretti per appunti (in classe di teoria e di esercizi e in laboratorio per la relazione sulle esperienze effettuate) quaderno a quadretti per appunti (in classe di teoria e di esercizi e in laboratorio per la relazione sulle esperienze effettuate) calcolatrice scientifica calcolatrice scientifica Che cosa occorre a scuola per seguire le lezioni di Fisica?

12 Quali prerequisiti occorrono per lo studio della Fisica? Quali conoscenze? Quali abilità? Quali competenze? le regole elementari dellaritmetica dei numeri interi e reali le regole elementari dellaritmetica dei numeri interi e reali le proprietà delle frazioni le proprietà delle frazioni le proprietà delle potenze le proprietà delle potenze le tecniche di calcolo algebrico le tecniche di calcolo algebrico la risoluzione delle equazioni di primo grado la risoluzione delle equazioni di primo grado leggi matematiche di proporzionalità diretta e inversa (riconoscerne le differenze) leggi matematiche di proporzionalità diretta e inversa (riconoscerne le differenze) il piano cartesiano come modello il piano cartesiano come modello le formule per area dei poligoni e area e volume dei solidi notevoli le formule per area dei poligoni e area e volume dei solidi notevoli le equivalenze le equivalenze

13 Perché quei prerequisiti? La fisica si occupa degli aspetti quantitativi e misurabili dei fenomeni e dei corpi, ne cerca possibili relazioni La fisica si occupa degli aspetti quantitativi e misurabili dei fenomeni e dei corpi, ne cerca possibili relazioni Quantità -> numeri Quantità -> numeri Relazioni -> equazioni Relazioni -> equazioni La matematica è il linguaggio formale con cui si affronta lo studio della fisica La matematica è il linguaggio formale con cui si affronta lo studio della fisica Facciamo una prova: descriviamo una attività come una passeggiata con linguaggio naturale e poi con linguaggio scientifico Facciamo una prova: descriviamo una attività come una passeggiata con linguaggio naturale e poi con linguaggio scientifico

14 Il linguaggio scientifico Il linguaggio scientifico Quantifica le grandezze fisiche Lega le grandezze fisiche con equazioni Richiede la conoscenza di Notazione scientifica Relazione tra le lunghezze dei lati di triangoli particolari Rappresentazione in scala Fondata sul principio della similitudine


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