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1. Nota Le figure inserite in queste lezioni sono state tratte da: Borsa - Scannicchio, Fisica con applicazioni in biologia e in medicina, Unicopli Cromer,

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2 Nota Le figure inserite in queste lezioni sono state tratte da: Borsa - Scannicchio, Fisica con applicazioni in biologia e in medicina, Unicopli Cromer, Fisica per medicina, farmacia e biologia, Piccin Editore Giambattista, Fisica generale, McGraw-Hill Giancoli, Fisica 2a edizione, CEI Kane - Sternheim, Fisica Biomedica, E.M.S.I. Serway & Jewett, Principi di Fisica, EdiSES Scannicchio, Fisica biomedica, EdiSES Walker, Fondamenti di Fisica, Zanichelli Gran parte delle animazioni sono tratte da: 2

3 La lezione di oggi Presentazione La Fisica Dimensioni / unità di misura Conversioni 3

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5 Presentazione Corso : lezioni di 2 ore, 3 volte la settimana. Da Febbraio a Giugno. Frequenza alle lezioni : fortemente consigliata Lezioni in aula : Presentazione al computer + lavagna Esercitazioni alla lavagna Persone : Prima parte del corso: prof. Massimo Masera Seconda parte: prof. Cristiana Peroni Esercitazioni: dr Giorgia Mila 5

6 Esame Lesame prevede uno scritto e un orale Scritto : soluzione di esercizi + risposta ad alcune domande Validità dello scritto : un anno Orale : domande su tutto il programma svolto ed, eventualmente, sulla prova scritta. Voto : La valutazione complessiva (in trentesimi) dell'esame viene effettuata in sede di prova orale, tenendo conto del risultato dello scritto Media ragionata di scritto e orale 6

7 Testi consigliati Testi consigliati (non obbligatori. Se ne avete altri, contattatemi): J.S. Walker, Fondamenti di Fisica, Zanichelli (confezione tomo 1a, 1b, volume 2), ISBN G.Riontino, Lezioni di fisica, ed. Cortina Altri testi (in ordine alfabetico): A.Giambattista, Fisica generale, McGraw-Hill, ISBN D.Giancoli, Fisica con Fisica Moderna, 2a edizione, Casa Editrice Ambrosiana, ISBN D.Scannicchio, Fisica biomedica, EdiSES, ISBN G.Bellini, G.Manuzio: Fisica per le scienze della vita, ed.Piccin Esercizi: Celasco–Panzieri,2000 problemi di fisica,ECIG, ISBN Programma del corso : interamente svolto a lezione. Si trova sulle slide disponibili in formato PDF su CampusNet Caveat: le slide non sostituiscono MAI un buon testo di riferimento 7

8 Reperibilità del docente Su appuntamento: Telefono: Ufficio: Dipartimento di Fisica - via Pietro Giuria, 1 Edificio Vecchio primo piano, stanza A30 (chiedere in portineria) 8

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10 Fisica La Fisica ha per obiettivo lo studio delle leggi fondamentali della Natura (da = natura) Studio: Descrizione quantitativa dei fenomeni naturali uso del linguaggio matematico Formalizzazione dei problemi Scienza della Natura: La base della conoscenza è sperimentale Capacità di predizione dei fenomeni organizzazione dei fenomeni in teorie e modelli fisici Teorie confrontate sempre con i dati esperimentoali 10

11 Grandezze fisiche La quantificazione delle osservazioni sperimentali è il processo di misura. Si misurano delle grandezze, quali intervalli di tempo, distanze, velocità, correnti elettriche, campi magnetici etc. Queste grandezze possono espresse numericamente con ladozione di un sistema di unità di misura Nel Sistema Internazionale (SI) – Parigi 1960 – ci sono 7 unità base, che consentono di esprimere quantitativamente le più disparate grandezze fisiche Unità base e derivate – 2 esempi: Il tempo è stato scelto come grandezza fondamentale. Si misura in secondi (s) la velocità è una grandezza derivata. Si esprime come rapporto tra una lunghezza e un tempo m/s 11

12 Unità base (S.I.) Le unità base sono associate a grandezze fisiche che vengono assunte come fondamentali Questo significa che le altre grandezze possono essere espresse come combinazioni di queste 12

13 Definizioni unità base 13

14 Lunghezza: metro (m) La velocità della luce è esattamente pari a m/s 1791: 1/ distanza Polo Nord – Equatore Barra campione di Pt-Ir Distanza percorsa dalla luce nel vuoto nel tempo 1/ s 14

15 Massa: kilogrammo (kg) kilogrammo. Simbolo: kg (k minuscolo!!!!) Inizialmente definito come la massa di un decimetro cubo dacqua. Successivamente come la massa del prototipo di Pt- Ir la definizione non è basata su una proprietà fisica La massa è una proprietà intrinseca e costante di un oggetto Il peso di un oggetto dipende dalla sua massa E dallaccelerazione di gravità 15

16 Tempo: secondo (s) Secondo (s) inizialmente definito sulla base del giorno solare medio, composto di 24 ore ×60 minuti ×60 secondi = s Dalla XIII Conferenza Generale di Pesi e Misure (1967), il secondo è il tempo occorrente alla radiazione emessa da un atomo di 133 Cs per completare oscillazioni 16

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18 Analisi dimensionale La dimensione di una grandezza fisica è il prodotto delle dimensioni fisiche fondamentali, ciascuna elevata a una potenza (razionale) opportuna La massa è una dimensione fisica, mentre il kilogrammo è ununità di misura DimensioneSimboloUnità S.I.Simbolo Unità LunghezzaLmetrom MassaMkilogrammokg TempoTsecondos Corrente elettricaIampèreA Temperatura termodinamica kelvinK Quantità di materiaNmolemol Intensità luminosaJcandelacd 18

19 Analisi dimensionale La dimensione di una grandezza fisica è legata al tipo di grandezza che si sta considerando La misura di una grandezza fisica ha un valore che dipende dallunità di misura scelta (la dimensione non cambia) Distanza tra Torino e Moncalieri: 3 km 2 miglia piedi la dimensione è comunque una lunghezza: [L] 19

20 Analisi dimensionale Qualsiasi formula deve essere dimensionalmente consistente la grandezza a primo membro deve avere la stessa dimensione di quella a secondo membro non si possono sommare grandezze aventi dimensioni diverse (e.g. lunghezze e masse) QuantitàDimensione Distanza[L] Area[L 2 ] Volume[L 3 ] Tempo[T] Velocità[L T -1 ] Problema Verifica che è dimensionalmente consistente la formula: x = x 0 + vt [L] = [L] + [L T -1 ][T] [L] = [L] + [L T -1 T] [L] = [L] + [L] OK 20

21 Cifre significative e decimali A ogni misura è SEMPRE associata unincertezza 21

22 Cifre significative e decimali Cifre significative: numero di cifre note con certezza d=21.26 cm (4 cifre significative) t=0.085 s (2 cifre significative) Decimali: d=21.26 cm (2 decimali) t=8.5 s (1 decimale) 22

23 Operazioni Moltiplicazione o divisione: numero di cifre significative della quantità conosciuta con minore precisione Addizione o sottrazione numero di decimali uguale al minor numero di decimali presenti in ogni addendo 23

24 Esempi 24 d = cm (4 cifre significative, 2 decimali) t = 8.5 s (2 cifre significative, 1 decimale) v = / 8.5 = = 2.5 cm s -1 (2 cifre significative, 1 decimale) (ARROTONDO, NON TRONCO !!!) v 0 = cm s -1 (4 cifre significative, 3 decimali) = = 3.9 cm s -1 DIVISIONEDIVISIONE SOMMASOMMA

25 Notazione scientifica 25 M terra = kg Sposto di 24 posizioni verso sinistra la virgola M terra = 5.97x10 24 (si può anche scrivere ) M atomo idrogeno = kg Sposto di 27 posizioni verso destra la virgola M atomo idrogeno = 1.67x (si può anche scrivere ) M terra M atomo idrogeno = (5.97x10 24 kg)x(1.67x kg) = (5.97x1.67)x(10 24 x ) = 9.99x10 -3 kg 2 M atomo idrogeno /M terra = (1.67x kg)/ (5.97x10 24 kg) = (1.67/5.97)x( /10 24 ) = 0.280x = 2.80x10 -52

26 Esercizi Il numero medio di piastrine nelluomo è di elementi per mm 3. Esprimere tale grandezza utilizzando la notazione scientifica. Soluzione: # medio piastrine = elementi = 3 * 10 5 elementi Nellatomo di Cesio si compiono 9 miliardi di oscillazioni al secondo. Calcolare lordine di grandezza della durata di ogni oscillazione, espressa in notazione scientifica. Soluzione: durata 1 oscillazione = (1/ ) s Questa espressione può essere riscritta facendo uso della notazione scientifica.. durata 1 oscillazione = (1/9*10 -9 ) s = 1.1 * s 26

27 (Sotto)multipli e grandezze notevoli 27

28 Grandezze notevoli 28

29 Multipli e sottomultipli Esprimi in k e M il prezzo di unauto venduta a x10 -3 k = 5.7 k 5700x10 -6 M = M 29

30 Notazione scientifica e cifre significative 2500 m può avere: 2 cifre significative (incertezza di misura 100 m) 4 cifre significative (incertezza di misura 1 m) Ma non ho dubbi se scrivo m 2 cifre significative m 4 cifre significative 30

31 Errori di arrotondamento 2.21 Euro + 8% tasse = Euro = 2.39 Euro 1.35 Euro + 8% tasse = Euro = 1.46 Euro ( ) Euro = 3.85 Euro 31 ( ) Euro + 8% = Euro = 3.84 Euro Quando si fanno i calcoli, occorre usare almeno 1 cifra significativa in più e arrotondare alla fine

32 Conversione Unità di misura 32

33 Conversione Unità di misura 33

34 Conversione unità di misura 34 Lunghezza S.I. – metro (m) U.K. inch - pollice (in) = m ( mm schermo TV ) U.K. foot - piede (foot) = m U.K. yard – yard (yd) = m U.K. statute mile – miglio terrestre (mi) = m U.K. sea mile – miglio marino (sm) = m Superficie S.I. – metro quadrato (m 2 ) agricoltura – ettaro = 10 4 m 2 tradizione agricola piemontese – giornata – m 2

35 Esempio Esprimere in metri e in pollici il diametro dei globuli rossi ( d = 1/100 di millimetro ) Soluzione: diametro = 0.01 mm = m si ricorda che 1 pollice = mm dunque… 1 mm = 1/25.40 pollici = pollici diametro = 0.01 mm = (0.01 x )pollici = pollici 35

36 Conversione unità di misura Volume S.I. – metro cubo (m 3 ) U.K. imperial gallon – gallone inglese (lmp gal) = dm 3 USA oil barrel – barile di petrolio (bbl) = dm 3 Massa S.I. – kilogrammo (kg) N.S.I. – tonnellata (t) = 1000 kg U.S. ounce – oncia (oz) = kg U.S. pound – libbra (lb) = kg 36

37 Esempio Per preparare una soluzione si dispongono sul tavolo del laboratorio 14.5 g di solfato di rame ed un recipiente contenente 1.5 kg di acqua. Esprimere in once la massa del soluto e del solvente. Soluzione: si ricorda che 1 oncia = kg dunque… 1 kg = 1/ once = once 1 kg = 1000 g Massa soluto = 14.5 g = kg = (0.0145*42.83) once = once Massa solvente = 1.5 kg = (1.5*42.83) once = once 37

38 Passiamo da km h -1 m s -1 38

39 Più velocemente… 39

40 Ancora un esercizio: n. 43, pag. M24 Walker Le fibre nervose di tipo A del corpo umano possono condurre impulsi nervosi a una velocità fino a 140 m/s. 1. A quale velocità viaggiano questi impulsi in miglia per ora ? 2. Quanto spazio percorrono in metri questi impulsi in un tempo di 5 ms? 40

41 Ancora un esercizio: n. 43, pag. M24 Walker Le fibre nervose di tipo A del corpo umano possono condurre impulsi nervosi a una velocità fino a 140 m/s. 1. A quale velocità viaggiano questi impulsi in miglia per ora ? 2. Quanto spazio percorrono in metri questi impulsi in un tempo di 5 ms? 41

42 Stime di ordine di grandezza Stima approssimata a un fattore dellordine della decina A meno di un fattore dieci oppure ordine di grandezza Sempre da fare quando si esegue un sercizio 42

43 Esempio: temporale / gocce Durante un temporale cade 1 cm di pioggia, coprendo unarea di circa 10 8 m 2. Quante gocce sono cadute ? Volume di pioggia caduta: 10 8 m 2 x m = 10 6 m 3 Volume di una goccia (diametro 4 mm): 4/3 R 3 ~ 4x(2x10 -3 ) 3 ~ 30x10 -9 ~ m 3 Numero di gocce ~ 10 6 / ~

44 Teoria degli Errori Ogni misura sperimentale è affetta da un errore o, meglio, è soggetta a un certo grado di incertezza Parte integrande di una misura è la stima dellerrore sperimentale: Ad esempio, la massa di un corpo è data come M=(50±1) kg La teoria degli errori sarà argomento di una delle prossime esercitazioni 44


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