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Il nuovo Invito alla biologia.blu 13/11/11 H. Curtis, N. S. Barnes, A. Schnek, A. Massarini, G. Valitutti, M. Falasca, P. Amadio Il nuovo Invito alla biologia.blu 2 2 2

Metodo scientifico, grandezze e misure 13/11/11 Capitolo 1 Metodo scientifico, grandezze e misure 3 Curtis et al., Il nuovo Invito alla biologia.blu © Zanichelli editore 2017 3 3

Il metodo scientifico o sperimentale 13/11/11 Lezione 1 Il metodo scientifico o sperimentale 4 Curtis et al., Il nuovo Invito alla biologia.blu © Zanichelli editore 2017 4 4

Materia e metodo scientifico 13/11/11 Materia e metodo scientifico La materia è tutto ciò che possiede una massa e occupa uno spazio. La chimica studia la composizione, la struttura e le trasformazioni della materia usando il metodo scientifico. 5 Curtis et al., Il nuovo Invito alla biologia.blu © Zanichelli editore 2017 5 5

Le fasi del metodo scientifico 13/11/11 Le fasi del metodo scientifico Il metodo scientifico si articola in diverse fasi: osservazione e domanda di ricerca; confronto con altri scienziati; formulazione di un’ipotesi; conduzione di un esperimento; raccolta e analisi di dati sperimentali; verifica dell’ipotesi e conclusione. 6 Curtis et al., Il nuovo Invito alla biologia.blu © Zanichelli editore 2017 6 6

Le osservazioni e le misurazioni nella ricerca scientifica 13/11/11 Lezione 2 Le osservazioni e le misurazioni nella ricerca scientifica 7 Curtis et al., Il nuovo Invito alla biologia.blu © Zanichelli editore 2017 7 7

Osservazioni qualitative e quantitative 13/11/11 Osservazioni qualitative e quantitative Le osservazioni qualitative indicano le caratteristiche esteriori di un fenomeno. Le osservazioni quantitative indicano l’intensità di certe caratteristiche di un fenomeno. Si fanno con misurazioni. 8 Curtis et al., Il nuovo Invito alla biologia.blu © Zanichelli editore 2017 8 8

I livelli di osservazione 13/11/11 I livelli di osservazione La materia si studia a diversi livelli: a livello macroscopico si osserva a occhio nudo ciò che appare; a livello microscopico si studiano con strumenti ed esperimenti le caratteristiche interne; a livello simbolico si descrive con equazioni e simboli chimici il macroscopico e il microscopico. 9 Curtis et al., Il nuovo Invito alla biologia.blu © Zanichelli editore 2017 9 9

13/11/11 Le grandezze fisiche Le grandezze che si possono misurare sono dette grandezze fisiche. Le grandezze fisiche, nel Sistema Internazionale di unità (SI) si dividono in fondamentali e derivate. 10 Curtis et al., Il nuovo Invito alla biologia.blu © Zanichelli editore 2017 10 10

Le grandezze fondamentali 13/11/11 Le grandezze fondamentali Secondo il Sistema Internazionale di unità ci sono sette grandezze fondamentali. 11 Curtis et al., Il nuovo Invito alla biologia.blu © Zanichelli editore 2017 11 11

13/11/11 Le grandezze derivate Dalle grandezze fondamentali si ricavano le grandezze derivate. Ogni grandezza fondamentale ha una sua unità di misura la cui combinazione fornisce le unità di misura delle grandezze derivate. Si usano anche multipli e sottomultipli. 12 Curtis et al., Il nuovo Invito alla biologia.blu © Zanichelli editore 2017 12 12

La notazione scientifica 13/11/11 La notazione scientifica Per esprimere numeri molto grandi o molto piccoli si usa la notazione scientifica: è il prodotto di un numero decimale, compreso tra 1 e 9, e una potenza di 10. L’ordine di grandezza del numero è espresso dal valore della potenza di 10. 13 Curtis et al., Il nuovo Invito alla biologia.blu © Zanichelli editore 2017 13 13

Le grandezze estensive 13/11/11 Lezione 3 Le grandezze estensive 14 Curtis et al., Il nuovo Invito alla biologia.blu © Zanichelli editore 2017 14 14

Grandezze estensive e intensive 13/11/11 Grandezze estensive e intensive Le grandezze che descrivono le proprietà della materia sono di due tipi: grandezze estensive, cioè le proprietà che dipendono dalla dimensione del campione; grandezze intensive, cioè le proprietà fisiche di un materiale che non dipendono dalla dimensione del campione. 15 Curtis et al., Il nuovo Invito alla biologia.blu © Zanichelli editore 2017 15 15

La lunghezza e il volume 13/11/11 La lunghezza e il volume L’unità di misura della lunghezza nel SI è il metro. Il volume è una grandezza derivata da una lunghezza (elevata al cubo) e la sua unità di misura nel SI è il m3. 16 Curtis et al., Il nuovo Invito alla biologia.blu © Zanichelli editore 2017 16 16

13/11/11 La massa La massa (m) è la misura della resistenza che un corpo oppone alla variazione del suo stato di quiete e di moto. L’unità di misura della massa nel SI è il kilogrammo (kg). 17 Curtis et al., Il nuovo Invito alla biologia.blu © Zanichelli editore 2017 17 17

13/11/11 Il peso Il peso (P) di un corpo dipende dalla sua massa e dall’accelerazione di gravità, g, pari a 9,8 m/s2. Il peso è pari alla forza con cui la sua massa (m) viene attratta dalla Terra secondo la relazione P = m  g L’unità di misura del peso nel SI è il newton (N). 18 Curtis et al., Il nuovo Invito alla biologia.blu © Zanichelli editore 2017 18 18

Le grandezze intensive 13/11/11 Lezione 4 Le grandezze intensive 19 Curtis et al., Il nuovo Invito alla biologia.blu © Zanichelli editore 2017 19 19

La densità e il peso specifico 13/11/11 La densità e il peso specifico La densità (kg/m3) di un corpo è il rapporto fra la sua massa e il suo volume: d = m/V Il peso specifico (N/m3) di un corpo è il rapporto fra il suo peso e il suo volume, cioè corrisponde al prodotto della densità per l’accelerazione di gravità: Ps = P/V = m  g/V = d  g 20 Curtis et al., Il nuovo Invito alla biologia.blu © Zanichelli editore 2017 20 20

La temperatura La temperatura indica lo stato termico di un corpo. 13/11/11 La temperatura La temperatura indica lo stato termico di un corpo. Si misura con il termometro attraverso una scala termometrica. Le scale più comuni sono la scala Celsius; la scala assoluta (o Kelvin). Per convertire gradi Celsius in kelvin si usa l’equazione: T (K) = t (°C) + 273,15 21 Curtis et al., Il nuovo Invito alla biologia.blu © Zanichelli editore 2017 21 21

L’energia e il calore Lezione 5 22 13/11/11 22 Curtis et al., Il nuovo Invito alla biologia.blu © Zanichelli editore 2017 22 22

13/11/11 L’energia L’energia è la capacità di un corpo di compiere un lavoro e trasferire calore. Il lavoro è il prodotto della forza per lo spostamento: L = f  s L’unità di misura di energia e lavoro nel SI è il joule (J). Il lavoro si misura anche in calorie: 1 cal = 4,18 J. 23 Curtis et al., Il nuovo Invito alla biologia.blu © Zanichelli editore 2017 23 23

Gli errori nelle misure 13/11/11 Lezione 6 Gli errori nelle misure 24 Curtis et al., Il nuovo Invito alla biologia.blu © Zanichelli editore 2017 24 24

Errore sistematico ed errore accidentale 13/11/11 Errore sistematico ed errore accidentale Ogni misura può essere accompagnata da errori. Esistono due tipi di errori: sistematici, legati all’imprecisione degli strumenti; accidentali, dovuti a piccoli cambiamenti delle condizioni durante la misurazione. 25 Curtis et al., Il nuovo Invito alla biologia.blu © Zanichelli editore 2017 25 25

13/11/11 La media aritmetica Il valore più attendibile di una misura si ottiene calcolando la media aritmetica dei risultati delle misure. La media aritmetica si calcola sommando tutti i valori delle misure e dividendo il risultato per il numero dei valori. 26 Curtis et al., Il nuovo Invito alla biologia.blu © Zanichelli editore 2017 26 26

Errore assoluto ed errore relativo 13/11/11 Errore assoluto ed errore relativo L’errore assoluto si ottiene calcolando la differenza tra il massimo e il minimo valore misurato e dividendo il risultato per 2. L’errore relativo è dato dal rapporto tra l’errore assoluto e la media dei valori. Cercando di ridurre al minimo questi due tipi di errore si può ottenere una misura accurata. 27 Curtis et al., Il nuovo Invito alla biologia.blu © Zanichelli editore 2017 27 27

Misura precisa e misura accurata 13/11/11 Misura precisa e misura accurata La misura è precisa quando i valori non si discostano molto dai valori medi. La misura è accurata se la media è vicina al risultato ritenuto vero. 28 Curtis et al., Il nuovo Invito alla biologia.blu © Zanichelli editore 2017 28 28

Le cifre significative /1 13/11/11 Le cifre significative /1 Si definiscono cifre significative tutte le cifre certe di una misurazione più la prima cifra incerta. 29 Curtis et al., Il nuovo Invito alla biologia.blu © Zanichelli editore 2017 29 29

Le cifre significative /2 13/11/11 Le cifre significative /2 Le cifre significative si indicano con le seguenti regole: tutti i numeri diversi da zero si considerano cifre significative; gli zeri fra due cifre significative sono sempre significativi; gli zeri a sinistra della prima cifra significativa non sono significativi; gli zeri terminali, a destra di una cifra decimale diversa da zero sono cifre significative. 30 Curtis et al., Il nuovo Invito alla biologia.blu © Zanichelli editore 2017 30 30

Regole di arrotondamento 13/11/11 Regole di arrotondamento Se si ottengono risultati con cifre che non sono tutte significative il risultato deve essere arrotondato con queste regole di arrotondamento: se la prima cifra da eliminare è minore di 5 la cifra precedente rimane uguale; se la prima cifra da eliminare è maggiore di 5 si aumenta di 1 la cifra precedente; se la prima cifra da eliminare è 5 si usa la prima o la seconda regola indifferentemente. 31 Curtis et al., Il nuovo Invito alla biologia.blu © Zanichelli editore 2017 31 31

Raccolta e analisi dei dati 13/11/11 Lezione 7 Raccolta e analisi dei dati 32 Curtis et al., Il nuovo Invito alla biologia.blu © Zanichelli editore 2017 32 32

Variabili dipendenti e indipendenti 13/11/11 Variabili dipendenti e indipendenti La raccolta dei dati deve essere impostata seguendo un metodo ordinato. Si devono individuare per prima cosa le variabili, cioè le grandezze che possono variare nel corso dell’esperimento: la variabile dipendente e la variabile indipendente. Per la raccolta di dati si usano tabelle e fogli elettronici. 33 Curtis et al., Il nuovo Invito alla biologia.blu © Zanichelli editore 2017 33 33