La Fisica Che cosa è? dal greco physis = "natura" È la scienza della Natura Studia tutti i fenomeni naturali e non solo….

Oggetto di studio della Fisica Questo e ... molto altro ancora

Come? La Fisica non si limita a studiare i fenomeni solo qualitativamente … ma studia i fenomeni soprattutto quantitativamente Possiamo dire di conoscere un fenomeno solo quando conosciamo delle formule matematiche capaci di descriverlo … Esempi: v = s/t F = m a s= s0 + v t

Grandezze fisiche e loro misura Essendo la Fisica basata sul metodo scientifico-sperimentale, c’è la necessità di effettuare delle misure. Le caratteristiche misurabili di un corpo prendono il nome di grandezze fisiche. Il risultato di una misura viene sempre espresso mediante un numero ed una unità di misura. Esempi 2 m 37 g 4,3 dl 43 km

Grandezze fisiche e loro misura Misurare una grandezza fisica significa confrontarla con un’altra, a essa omogenea, scelta come campione. Esempio Supponiamo di voler misurare la lunghezza del banco. Per prima cosa dobbiamo stabilire l’unità di misura per le lunghezze Trattandosi di una lunghezza, l’unità di misura che andiamo a scegliere come campione deve essere essa stessa una lunghezza

Grandezze fisiche e loro misura Potrebbe essere : - la penna Bic (senza tappo) - il mio palmo della mano - la larghezza del quaderno - un pezzo di filo Tutte queste scelte sono accettabili perché sono omogenee (= dello stesso tipo) alla grandezza che devo misurare. Una volta scelta l’unità di misura, cioè il campione, andiamo ad effetuare il confronto.

Grandezze fisiche e loro misura Supponiamo di aver scelto la penna Bic Unità di misura = penna Bic Andiamo a confrontare il banco con la penna Bic, cioè andiamo a verificare quante volte il banco contiene la penna Bic Alla fine otterremo un risultato che esprime la grandezza fisica. Esempio Lunghezza banco = 8 penne Bic dove 8 è il valore e penna Bic è l’unità di misura

Grandezze fisiche Il valore non è altro che il rapporto tra la grandezza misurata e l’unità di misura. Una grandezza si dice fisica se è misurabile. Esempi L’altezza di una persona, il suo peso, la sua temperatura corporea sono grandezze fisiche perché sono misurabili. Il coraggio, la simpatia, la sincerità della stessa persona non sono grandezze fisiche perchè non sono misurabili.

Unità di misura nell’antichità La necessità di misurare è antica quanto l’uomo. Per misurare le lunghezze (distanze), l’uomo ha utilizzato per molti millenni le parti del proprio corpo: il piede, il braccio, il pollice, il palmo, il passo Il motivo è semplice. Sono unità di misura che ognuno di noi si porta sempre con sé. Domanda Perché oggi non sono più usati? Risposta Perché sono molto variabili da persona a persona

Sistema Internazionale Per ovviare a questi inconvenienti si cercò di standardizzare (= rendere valide per tutti) le unità di misura. In realtà fino a qualche decennio fa l’operazione di standardizzazione veniva effettuata dalle singole Nazioni. Capitava che in Italia si usava il litro, negli USA il gallone; in Italia il chilometro, negli USA il miglio. Nel 1960, la comunità scientifica (scienziati di tutto il mondo) decide di definire un Sistema Internazionale (siglia SI) che gli scienziati di tutto il mondo sono tenuti ad usare.

Sistema Internazionale In Italia il SI viene introdotto ufficialmente nel 1982 con un DPR Il SI è basato su sette grandezze fondamentali Nome della grandezza Unità di misura simbolo Lunghezza metro m Massa chilogrammo kg Tempo (durata) secondo s Temperatura grado Kelvin K Intensità di corrente Ampere A Quantità di sostanza mole mol Intensistà luminosa candela cd

Sistema Internazionale In Italia (e negli altri Paesi che hanno adottato il SI si dovrebbero usare solo le unità di misura del SI Si continuano ad utilizzare unità di misura che non fanno parte del SI. Ciò dovrebbe essere solo temporaneamente. Alcuni esempi: tonnellata = 1000 kg t Litro = 1 dm cubo l minuto = 60 s min ora = 3600 s h giorno = 86400 s d

Giovanni Giorgi

Esercizi Una lavagna ha una lunghezza di 140 cm ed una altezza di 8,5 dm. Calcolare la superficie (area) della lavagna Qual è la figura geometrica che descrive la forma della lavagna?

Esercizi Qual è l’area occupata da una moneta da 1 euro sapendo che il suo diametro è di 22 mm? Qual è la figura geometrica che descrive la forma della moneta?

Scommessa C’è qualcuno di voi disposto a contare da 1 fino a un miliardo in cambio di altrettanti euro? Dovrà scandire bene i numeri e riceverà il miliardo di euro solo quando arriverà ad un miliardo Facciamo un po’ di conti: - supponiamo che per ogni numero da pronunciare ci voglia 1 secondo  ci vogliono un miliardo di secondi - vediamo a quante ore corrispondono: In 1 h ci sono 60x60= 3600 s 1.000.000.000 : 3600 = 277778 h Vediamo a quanti giorni corrispondono: 277778: 24= 11.574 g Vediamo a quanti anni corrispondono: 11.574: 365 = 31,7 anni Ventiquattro ore su ventiquattro senza mangiare e senza dormire!!! Volete ancora scommettere?

Grandezze fisiche derivate Le sette grandezze fondamentali sono tra loro indipendenti, cioè nessuna di loro dipende dalle altre. Esse sono anche complete, nel senso che mediante queste sette si possono esprimere tutte le altre grandezze. Tutte le altre grandezze fisiche che non fanno parte delle sette prendono il nome di grandezze fisiche derivate.

Grandezze fisiche derivate Le grandezze fisiche derivate si possono esprimere combinando fra loro le grandezze fondamentali. Esempio 1 L’area della lavagna (superficie) è il prodotto (moltiplicazione) tra la base e l’altezza. Sia la base che l’altezza sono dimensionalmente delle lunghezze (distanze tra due punti) Quindi l’area non è altro che A= L x L = L2 Nel Sistma Internazionale si misura in m2 E’ una grandezza derivata perché deriva dal prodotto di due lunghezze

Grandezze fisiche derivate Esempio 2 Il volume di una scatola è dato dal prodotto (moltiplicazione) tra la base e l’altezza e la prodondità. Sia la base, sia l’altezza, sia la profondità sono dimensionalmente delle lunghezze (distanze tra due punti) Quindi il volume non è altro che V= L x L x L = L3 Nel Sistema Internazionale si misura in m3 E’ una grandezza derivata perché deriva dal prodotto di tre lunghezze

Grandezze fisiche derivate Esempio 3 La velocità di un corpo è definita come il rapporto tra la distanza percorsa e il tempo impiegato per percorrere la distanza. Lo spazio è una distanza, quindi è una lunghezza, dunque la velocità è il rapporto (divisione) tra la lunghezza L e il tempo T Nel Sistema Internazionale si misura in m/s E’ una grandezza derivata perché deriva dalla divisione di una lunghezza per un tempo.

Unità di misura della lunghezza Abbiamo già visto che gli antichi utilizzavano come unità di misura delle lunghezze parti del proprio corpo. Durante la Rivoluzione Francese (1789) si adottò come unità di lunghezza il metro definito come la quarantamilionesima parte del meridiano terrestre Venne costruito un metro campione di platino-iridio, una lega che non si deforma al cambiare della temperatura, e venne conservato nel museo dei Pesi e delle Misure di Sevres (1889, Francia) Dal 1987, la definizione di metro è cambiata. Il metro è la lunghezza percorsa dalla luce nel vuoto in un intervallo di tempo pari a 1/299.792.458 s

Unità di misura del tempo Domanda Che cosa è il tempo? Risposta Sono millenni che filosofi e scienziati cercano una definizione utile di tempo, ma a tutt’oggi nessuno sembra averla trovata. Possiamo dire che: Il tempo scorre in un’unica direzione; Ci accorgiamo che passa perché  il nostro corpo, il corpo degli esseri viventi che ci stanno vicino (persone, animali, piante) cambia  il giorno si alterna alla notte, le stagioni … Pur essendo pressoché impossibile definire il tempo, è possibile misurare gli intervalli di tempo con estrema precisione.

Intervallo di tempo La durata di un fenomeno viene definita intervallo di tempo Il suo simbolo è Dt (si legge delta ti) Abbiamo visto che nel SI l’unità di misura è il secondo (s) Ancora utilizzati sono il minuto, l’ora, il giorno, anche se non ammessi dal SI Il secondo era definito come la 86.400a parte del giorno solare medio (60 s x60 min x 24 h = 86400 s) Oggi il secondo è definito come l’intervallo di tempo la cui durata è pari a quella di 9 192 631 770 oscillazioni della radiazione emessa dall’atomo di cesio. Lo strumento utilizzato per misurare l’intervallo di tempo è l’orologio oppure il cronometro.

Intervallo di tempo Presso l’Istituto Galileo Ferraris di Torino è depositato l’orologio atomico che fornisce il segnale orario a tutto il territorio italiano.

Multipli e sottomultipli In Fisica come in altre discipline scientifiche si ha spesso a che fare con numeri troppo grandi o troppo piccoli Esempi: Raggio della Terra: 6 370 000 m Raggio dell’atomo di idrogeno: 0,000 000 000 0529 m Per rendere la scrittura più compatta si utilizzano multipli e sottomultipli delle unità di misura Si fa precedere l’unità di misura da un prefisso

Multipli e sottomultipli Esempio: 57 km dove 57 è il valore k è il prefisso m è l’unità di misura Il prefisso contiene in sé un moltiplicatore In questo caso il prefisso k si legge “chilo” e significa: moltiplica per 1000 Quindi 57 km = 57 x 1000 m = 57000 m

Multipli e sottomultipli Esempio: 35 kg dove 35 è il valore k è il prefisso g è l’unità di misura Quindi 35 kg = 35 x 1000 g = 35000 g

Multipli e sottomultipli Nome Simbolo Moltiplicatore esempi tera T x 1 000 000 000 000 = 1012 2 TB 6 Tg giga G x 1 000 000 000 = 109 6 GHz 2GB mega M x 1 000 000 = 106 7 Mm 8 MB chilo k x 1000 = 103 3 km 3kg etto h x 100 = 102 4 hg 5 hm deca da x 10 = 101 7 dam 7 dag Unità di misura u 1 5 m 4g deci d : 10 = 10-1 7 dm 8dg centi c : 100 = 10-2 7 cg 12 cm milli m : 1000 = 10-3 4 mm 15 mA micro m : 1 000 000 = 10-6 50 mA 8 mg nano n : 1 000 000 000 = 10-9 8 nm 70 nA pico p : 1 000 000 000 000 = 10-12 8 pA 78 pg

Multipli e sottomultipli dell’intervallo di tempo I multipli del tempo non sono decimali ma sessagesimali (vanno di 60 in 60) 1 min = 60 s 1 h = 60 min = 3600 s 1 d = 24 h = 1440 min = 86400 s Esempio Dobbiamo sommare questi due tempi: 2h 45’ 50’’ + 1h 38’ 25’’ 2h 45’ 50’’ + 1h 38’ 25’’ = 15’’ 1 Si inizia a sommare da destra (secondi). 50’’+25’’=75’’. Ma 75’’= 1’ 15’’. Scrivo 15’’ con il riporto di 1’ Sommo poi 1’+45’+38’= 84’ che sono uguali ad 1h 24’ Scrivo 24’ e riporto 1h 1 4h’ 24’

Esercizi 1) Ordinare in senso crescente le seguenti misure di lunghezza: 1250 pm; 0,35 nm; 0,00015 mm; 2pm; 0,000004 mm 2) Eseguire le seguenti trasformazioni: 53,2 m = ……………. mm 2,3 dam= …………… cm 485 g = ……………… kg 567 min = …………… s 45 h 37’ 48’’ = ……………. s 32 mm = …………….. dam

Da studiare Modulo a unità 1 paragrafi 5, 6, 7 Esercizi: Pag. a15 n. 3, 5, 6

Notazione scientifica esponenziale Un qualsiasi numero si può trasformare in notazione (=forma) scientifica. Un numero espresso in notazione scientifica è composto da: - una parte intera compresa tra 0 e 9 - eventualmente la virgola - una eventuale parte decimale - una potenza di base 10 Esempi 2,75  104 -7,0056  109 9,27  10-3 4  105

Trasformazione da forma normale a forma scientifica Vogliamo trasformare il numero 5742,37 1) Si prende il numero in forma normale e si sposta la virgola fino a portarla a destra del primo numero 5,74237 2) Si conta il numero di posti di cui la virgola è stata spostata (nel nostro esempio 3) 3) Se la virgola è stata spostata verso sinistra il numero di posti è positivo, quindi anche l’esponente è positivo (nel nostro esempio +3) 4) Se la virgola è stata spostata verso destra il numero di posti è negativo, quindi anche l’esponente è negativo

Trasformazione da forma normale a forma scientifica 5) si inserisce la potenza di 10 con esponente pari al numero di posti 5,74237  103 Esempi 0,00005789 Spostiamo la virgola: 5,789 Abbiamo spostato la virgola di 5 posti verso destra Quindi l’esponente sarà pari a -5 Pertanto il numero in notazione esponenziale è: 5,789  10-5

Trasformazione da forma scientifica a forma normale Vogliamo trasformare il numero 2,75  104 1) Si osserva il segno dell’esponente (positivo o negativo) 2) Se l’esponente è positivo si sposta la virgola verso destra di un numero di posti pari al valore dell’esponente 3) Se l’esponente è negativo si sposta la virgola verso sinistra di un numero di posti pari al valore dell’esponente. Nel nostro esempio l’esponente è +4, quindi il numero in forma normale è 27500

Attenzione!!! Quando siamo di fronte ad un numero intero cioè senza virgola La virgola è sottintesa Esempi 5740 è come se fosse 5740, 1500 è come se fosse 1500,

Ordine di grandezza di un numero Quando si discute di misure, a volte non è necessario conoscere il valore della misura con precisione, ma ci basta conoscere l’ordine di grandezza. Esempi L’ordine di grandezza della lunghezza di una penna è di una decina di centimetri L’ordine di grandezza della lunghezza dell’aula è del metro (da 1 a 9)

Ordine di grandezza di un numero L’ordine di grandezza della distanza da qui alla Presidenza è della decina di metri (da 10 a 90). L’ordine di grandezza della distanza da Potenza a Roma è delle centinaia di chilometri (da 100 a 900) L’ordine di grandezza del peso di una persona normale (non obesa) e delle decine di chilogrammi (da 10 a 90)

Ordine di grandezza di un numero Si dice che L’ordine di grandezza di un numero è una approssimazione del numero e indica la potenza di dieci più vicina al numero dato. Prima dunque di ricavare l’ordine di grandezza di un numero bisogna trasformare il numero stesso dalla forma normale alla forma esponenziale.

Ordine di grandezza di un numero Vogliamo ricavare l’ordine di grandezza del raggio della Terra. Sappiamo che il raggio della Terra è: 6370000 m Trasformiamo il numero in forma scientifica Risulta: 6,37 106 m Fatto questo si va a guardare il numero escludendo la potenza di dieci. Ci sono due possibilità: 1) Il numero è maggiore o uguale a 5 come in questo caso (6,37 > 5) e allora l’ordine di grandezza è dato dalla potenza di 10 con l’esponente incrementato di 1.

Ordine di grandezza di un numero Diciamo che il valore approssimato del raggio della Terra è 107 m 2) Se il numero è minore di 5 allora l’ordine di grandezza è proprio uguale alla potenza di dieci. Per intenderci, se il raggio della Terra fosse stato 4,69 106 allora avremmo detto che il valore approssimato del raggio della Terra è 106 m