Ugo Amaldi Corso di fisica Sesta edizione

Unità 1 Unità 1 Le grandezze

1. Di che cosa si occupa la fisica? La fisica (dal greco ): studia i fenomeni naturali, come la luce o l’energia contenuta nella materia; parla di grandezze, cioè di quantità che possono essere misurate mediante strumenti; cerca di trovare delle leggi, cioè delle relazioni tra queste grandezze espresse mediante equazioni matematiche (per es. la nota formula E = mc2); costruisce modelli e teorie, cioè descrizioni semplificate e supportate da ipotesi, che cercano di spiegare quanto descritto dalle leggi.

Le parti della fisica Meccanica: equilibrio e movimento dei corpi Termologia: trasmissione del calore Acustica: generazione e propagazione del suono Ottica: studio dei fenomeni luminosi Elettromagnetismo: fenomeni elettrici, magnetici e loro correlazione Fisica Atomica e subatomica Astrofisica e Cosmologia Biofisica

2. La misura delle grandezze Grandezza: quantità fisica misurabile Misurare: confrontare la grandezza con l'unità di misura, ossia dire quante volte l'unità di misura è contenuta nella grandezza in esame Unità di misura: grandezza omogenea presa come campione Misura: rapporto tra grandezza di unità di misura

2. La misura delle grandezze Misura = grandezza unità di misura E' un numero puro perché è il rapporto di due entità omogenee. numero simbolo unità di misura V = 4,23 L

3. Le definizioni operative Definizione operativa di una grandezza fisica: descrizione degli strumenti necessari; determinazione di un protocollo con cui utilizzarli. Per le grandezze derivate (definite a partire da quelle fondamentali) può servire più di uno strumento di misura.

Un esempio: la velocità Strumenti: Metro Cronometro Protocollo: A) misurare la distanza; B) e C): misurare il tempo di percorrenza

4. Il Sistema Internazionale di Unità Nasce nel 1960, è adottato per legge nell'Unione Europea ed attualmente è in vigore in 51 Stati.

Regole di scrittura Regole di scrittura dei simboli delle unità di misura: I simboli seguono sempre il valore numerico (es. 5,2 m e non m 5,2) Non vanno mai seguiti dal punto (es. 2 s e non 2 s.) Vanno scritti con l'iniziale minuscola, eccetto quelli derivanti da nomi propri. In questo caso il nome completo dell'unità va comunque minuscolo. (es. km e non Km, ma W e non w per watt, A e non a per ampere)‏

I prefissi Per multipli e sottomultipli delle unità di misura si usano i prefissi (alcuni con le lettere maiuscole). Esempi 10 km = 104 m = 107 mm 2 mg = 2 x 10-6 kg = = 2 x 103 g 1 Gbyte = 103 Mbyte = =106 kbyte

5. L'intervallo di tempo Unità di misura: il secondo è l'intervallo di tempo impiegato da un'onda elettromagnetica emessa dagli atomi di Cesio per compiere 9 192 631 770 oscillazioni. Definizione operativa: Strumento di misura: cronometro Protocollo: avvio (A) ed arresto (B) del cronometro all'inizio ed alla fine dell'intervallo da misurare

6. La lunghezza Unità di misura Il metro è la distanza percorsa dalla luce, nel vuoto, in un intervallo di tempo di 1/299 792 458 di secondo (nel 1791: 1/40 000 000 del meridiano terrestre). Definizione operativa Strumento di misura: un metro (o riga, o calibro, o distanziometro, a seconda dell'ordine di grandezza)‏ Protocollo: si fa coincidere la prima tacca dello strumento con l'inizio della lunghezza da misurare e si legge sulla scala il valore corrispondente all'estremità finale.

7. L'area e il volume AREA Unità di misura: m2 Multipli e sottomultipli: 1 km2 = 106 m2 1 hm2 (ettaro) = 104 m2 1 cm2 = 10- 4 m2 1 mm2 = 10- 6 m2 VOLUME Unità di misura: m3 Multipli e sottomultipli: 1 km3 = 109 m3 1 dm3 (litro) = 10-3 m3 1 cm3 = 10- 6 m6 1 mm3 = 10- 9 m3

8. La massa inerziale Caratterizza la “quantità di materia” di cui un oggetto è fatto. Descrive l'inerzia, cioè la resistenza che il corpo oppone a raggiungere, da fermo, una certa velocità. (una massa maggiore è più “difficile” da muovere). Unità di misura: il kilogrammo (kg)

La massa inerziale ed il peso Massa: caratteristica intrinseca di ogni corpo. Si può misurare con la bilancia a bracci. Peso: forza con cui il pianeta su cui ci troviamo ci attrae verso il suo centro. Si misura con la bilancia a molla. Ponendo il campione della massa di 1 kg su una normale bilancia da cucina, posta sulla Luna, quest'ultima indicherebbe una valore di circa 160 g.

La definizione operativa della massa inerziale Strumento di misura: carrello delle masse. (Oggetti più leggeri oscillano più rapidamente). E' usato anche dagli astronauti nello spazio. Protocollo: si confronta il periodo di oscillazione del corpo da misurare con quello di masse note. Quotidianamente si usa la bilancia a bracci.

9.La densità E' il rapporto tra la massa di un corpo ed il suo volume. Indica quindi la massa di un m3 di sostanza. A parità di volume, un corpo più denso ha massa maggiore. Acqua: d = 1000 kg/m3( a 4°C)‏ Ferro : d = 7870 kg/m3 Oro: d = 19300 kg/m3 Olio d'oliva: d = 920 kg/m3

Le grandezze unitarie Si dicono unitarie tutte le grandezze definite come rapporto di altre due grandezze. Sono dette unitarie perché rappresentano il valore della grandezza al numeratore per ogni unità di quella al denominatore.

10.Le dimensioni delle grandezze Si dicono derivate tutte le grandezze definite a partire da quelle fondamentali. Le dimensioni fisiche indicano in quale modo si ottiene la grandezza da quelle fondamentali. L'unità di misura si ottiene a partire da quelle delle grandezze fondamentali che le definiscono. Esempi: la velocità, la densità, il volume, l'area.

Le grandezze derivate: dimensioni fisiche Esempio: Le dimensioni fisiche si ottengono sostituendo nella definizione della grandezza le grandezze fondamentali Dimensioni fisiche: L'unità di misura si ottiene sostituendo nella definizione della grandezza le unità delle grandezze fondamentali Unità di misura di v: m/s (metro al secondo)‏