Introduzione alla Fisica Docente: Andrea Perali Dip. di Fisica, Università di Camerino Corso di Fisica - Lezione di Ripasso

Fisica: definizione La fisica è una scienza volta alla comprensione delle leggi che meglio descrivono i fenomeni naturali osservabili e le relazioni che intercorrono tra essi. Le leggi fisiche sono derivate da un'insieme di osservazioni sperimentali del fenomeno accompagnate da una o più astrazioni teoriche che permettano di isolare le caratteristiche rilevanti del fenomeno stesso.

Fisico al lavoro ! Il lavoro del fisico è un continuo oscillare tra astrazione e misura di grandezze fisiche note o di cui si presenta la necessità di nuova definizione e il risultato di tanto operare porta alla formulazione delle leggi fisiche.

La legge fisica La legge fisica è una relazione matematica tra grandezze fisiche: note alcune grandezze (per es. di facile misura) se ne possono ricavare altre matematicamente (per es. più difficili da misurare). Esempio della Legge di Gravitazione Universale

Esempio: misura dell’attrazione gravitazionale tra un pianeta e un satellite Luna Terra Usiamo un dinamometro ??!! Bilancia di torsione per la misura di G E’ meglio servirsi della legge di gravitazione universale !!!

Universalità e Validità di una Legge Fisica La validità di una legge fisica è supportata dalle verifiche sperimentali che si possono effettuare con gli strumenti a disposizione nel dato momento storico e grazie a queste verifiche si assegna un carattere di universalità alla legge fisica.

L'universalità e anche la validità della legge fisica ha una valenza temporale: esse sono accettate sino a quando non si realizzerà un esperimento che mostrerà i limiti di validità della legge fisica. In tal caso si sostituirà all'universalità il dominio di validità della legge fisica. Sarà quindi necessario trovare o una nuova legge per il restante dominio o, meglio, una legge più generale che assicuri nuovamente l'universalità e si riduca alla vecchia legge nel dominio di validità di quest’ ultima.

Galilei vs Einstein La storia della fisica è ricca di questi esempi, come il passaggio dalla relatività classica di Galilei alla relatività speciale di Einstein, reso necessario dalla misura della velocità della luce, che risulta essere una costante universale indipendente dalla particolare scelta del sistema di riferimento. v’=v-v 0 c’=c R R’

Utilità della legge fisica L'utilità di una legge fisica è data dalla sua capacità di formulare predizioni che possono riguardare o l'evoluzione di una grandezza fisica al variare dei parametri esterni, quali per esempio, il tempo, la temperatura, la pressione, i campi elettromagnetici, x(t)=v*t+x0 P(T)=nRT/ V F(E)=q*E oppure la possibilità che si verifichino nuovi fenomeni ancora non osservati. La predizione fornita da una legge fisica è quindi fondamentale per sviluppare applicazioni tecnologiche e per generare nuove conoscenze determinanti per l'avanzamento della scienza.

Comunicazione scientifica Un altro aspetto fondante della fisica, come di ogni altra scienza di base, è la comunicabilità dell'avanzamento delle conoscenze. Viviamo nella società della comunicazione che ha avuto origine dagli avanzamenti della fisica di fine Ottocento nel campo dell'elettromagnetismo, messi in pratica dal nostro grande fisico e inventore Guglielmo Marconi (premio Nobel per la fisica nel 1911). Pensiamo oggi alla globalizzazione quale frutto della comunicazione di massa. Ma la scienza, e in primis la fisica, ha indotto la prima globalizzazione del pensiero umano e affonda le sue radici nell'Europa del Seicento.

La matematica, il linguaggio dei fisici !! E il linguaggio scelto dai fisici è quello della matematica, attraverso la quale scrivono le leggi della fisica e le comunicano a tutta la comunità mondiale degli scienziati, affinché tutti siano in grado di sottoporre a verifica la validità di una legge, sviluppare da essa nuove conoscenze o trarne beneficio per gli sviluppi tecnologici.

Logica e Precisione del Linguaggio La comunicazione dei risultati scientifici si basa quindi sulla precisione del linguaggio e la matematica è un linguaggio preciso per costruzione. E' compito dei matematici tutelare la precisione del linguaggio matematico e sviluppare strumenti sempre più potenti e flessibili per arricchire tale linguaggio. E' compito dei fisici, come degli altri scienziati, fare un uso massimamente corretto di un linguaggio preciso, come quello della matematica, insieme ad una precisa e logica formulazione dei passi che hanno portato alla formulazione di una legge fisica o dei passi necessari per ripetere un esperimento o una simulazione numerica.

Competenze di un Fisico Il fisico deve possedere la capacità di ragionamento profondo per cogliere gli aspetti essenziali di un fenomeno fisico ancora non compreso, per arrivare alla formulazione di una nuova legge e per riuscire a comunicarla efficacemente alla comunità scientifica.

Studiare la Fisica Uno studente che affronta lo studio della fisica dovrà cercare nel tempo di acquisire e fare proprio questo pensiero profondo,preciso, accompagnato dal dubbio, inteso come spirito critico e autocritico, e dalla curiosità unita alla passione, uniche qualità in grado di spingere verso l'elaborazione di nuove e inaspettate conoscenze.

Bibliografia La legge fisica, R. P. Feynman, Universale Scientifica Boringhieri. Il senso delle cose, R. P. Feynman, Adelphi. Gli otto peccati capitali, K. Lorentz, Adelphi. La struttura delle rivoluzioni scientifiche, T. S. Kuhn, Einaudi. Da via Panisperna all'America, E. Amaldi, Editori Riuniti. Fondamenti di Fisica, D. Hallidey, R. Resnick, J. Walker - Casa Editrice Ambrosiana.

Grandezze fisiche rilevanti per la cinematica Vettore posizione Vettore velocità Vettore accelerazione

Moto parabolico del punto materiale in presenza della forza peso Forza peso = forza di attrazione gravitazionale vicino al livello del mare (ovvero per altezze h<<R, con R raggio della Terra) dove g è l’accelerazione di gravità in prossimità del livello del mare, è un vettore diretto ortogonalmente alla superficie della Terra, verso il basso, e vale m

Equazioni del moto a partire dalla legge della forza peso Secondo principio della dinamica o legge di Newton massa inerziale=massa gravitazionale verificata exp con precisione di Il moto nella direzione x è indipendente dal moto nella direzione y (Separazione dei gradi di libertà) Lungo y moto accelerato uniforme Lungo x moto uniforme

Equazioni del moto per la velocità e la posizione Quindi si parte dalla conoscenza dell’accelerazione dalla legge delle forze e si ottiene velocità e posizione tramite integrazioni successive nella variabile tempo, imponendo le condizioni iniziali per la posizione e la velocità.

Equazione della traiettoria Consideriamo x i =0 e y i qualunque. Invertiamo l’equazione oraria per le x(t) in modo da avere una t(x) : Inseriamo nell’equazione per y(t) Traiettoria del moto parabolico

Gittata Condizioni iniziali Altezza massima