Le grandezze Fisiche Lezione n.1 –Fisica ITI «Torricelli» –S.Agata M.llo (ME) Prof. Carmelo Peri

Grandezze fisiche Si definisce grandezza fisica una qualunque proprietà di un corpo o caratteristica di un fenomeno che può essere misurata. Misurare significa confrontare la grandezza con l’unità di misura scelta cioè vedere quante volte tale unità di misura è contenuta nella grandezza da misurare.

Unità di misura L’unità di misura è una grandezza che si assume per riferimento e a cui, pertanto, si attribuisce un valore pari a 1; Questa grandezza per essere assunta ad unità di misura deve essere scelta in modo inequivocabile; L’unità di misura deve essere individuata attraverso un campione che possa considerarsi immutabile nel tempo e riproducibile.

sIstemi di unità di misura L’insieme delle unità di misura con cui vengono definite le varie grandezze fisiche prende il nome di sistema di unità di misura; Esistono vari sistemi di unità di misura derivanti da consuetudini locali ma la comunità scientifica, alla conferenza internazionale dei pesi e delle misure, nel 1960 ha deciso di dotarsi di un sistema di misura universale che prende il nome di SISTEMA INTERNAZIONALE (S.I.).

Il sistema internazionale (s.i.) Il sistema internazionale comprende 7 grandezze fondamentali, stabilisce le loro unità di misura e quelle di tutte le grandezze derivate. I campioni delle unità di misura di queste grandezze fisiche sono conservati nel museo internazionale dei pesi e delle misure costruito a Sevres (una località vicino Parigi. Si definiscono grandezze fisiche fondamentali quelle grandezze fisiche che sono indipendenti da altre grandezze e che possono misurarsi confrontandole con l’unità di misura; Mentre si definiscono grandezze fisiche derivate quelle che si ottengono (tramite apposite leggi) da relazioni che contengono altre grandezze fisiche.

Le Grandezze fondamentali del s.i. Grandezza Unità di misura Simbolo Definizione Lunghezza metro m Il metro è la distanza percorsa dalla luce nel vuoto in un intervallo di tempo di 1/299 792 458 (un trecentomilionesimo) di secondo. Massa chilogrammo Kg Il kilogrammo è la massa del prototipo internazionale conservato al museo dei pesi e delle misure (Sevres, Francia). Tempo secondo s Il secondo è il tempo che occorre perché si realizzino 9.192.631.770 (circa 9 miliardi e duecento milioni) periodi di oscillazioni dell’atomo di Cesio 133 Temperatura Kelvin K Il kelvin è la frazione 1/273.16 della temperatura termodinamica del punto triplo dell'acqua. Intensità Luminosa Candela cd La candela è l'intensità luminosa, in un'assegnata direzione, di una sorgente che emette una radiazione monocromatica di frequenza 540x1012 Hz e la cui intensità energetica in tale direzione è 1/683 W/sr. Intensità di Corrente Elettrica Ampere A L' ampere è la corrente che, se mantenuta in due conduttori paralleli indefinitamente lunghi e di sezione trascurabile posti a distanza di un metro nel vuoto, determina tra questi due conduttori una forza uguale a 2x10-7 newton per metro di lunghezza. Quantità di sostanza Mole mol La mole è la quantità di sostanza che contiene tante entità elementari quanti sono gli atomi in 0.012 kg di Carbonio 12.

Multipli e sottomultipli Spesso è consuetudine utilizzare al posto dell’unità di misura i suoi multipli e sottomultipli a seconda della scala della grandezza da misurare. I multipli e i sottomultipli si indicano aggiungendo un prefisso all’unità di misura; I multipli si ottengono moltiplicando l’unità di misura per una potenza a base 10 con esponente positivo I multipli si ottengono moltiplicando l’unità di misura per una potenza a base 10 con esponente negativo Ad es.: una lunghezza pari a l=10.000 m (diecimila metri) può più agevolmente essere indicata con 10 Km (dieci chilometri) infatti 10.000 m = 10 · 103 m = 10 Km Prefisso Moltiplicatore Simbolo tera 1012 T giga 109 G mega 106 M kilo 103 k etto 102 h deca 101 da Unità di misura deci 10-1 d centi 10-2 c milli 10-3 m micro 10-6 µ nano 10-9 n pico 10-12 p femto 10-15 f atto 10-18 a

La lunghezza Definizione della lunghezza: La lunghezza è la grandezza che misura la distanza geometrica tra due punti. N.b.: La lunghezza, la larghezza e l’altezza di un solido sono esempi di lunghezza; L’unità di misura della lunghezza: Nel S.I. l’unità di misura della lunghezza è il metro, (simbolo [m] ); Il campione del metro: Il campione del metro è una sbarra di platino-iridio conservato nel museo dei pesi e delle misure di sevres; N.b.: il platino-iridio è una lega metallica che ha la proprietà di rimanere inalterata (entro certi limiti) con il passare del tempo e con il variare della temperatura. La definizione del metro: Il metro è la distanza percorsa dalla luce nel vuoto in un intervallo di tempo di 1/299 792 458 (circa un trecentomilionesimo) di secondo. N.b.: oltre a conservare in modo opportuno il campione è necessario fornire una definizione dello stesso al fine di poter replicare il campione qualora lo stesso subisca alterazioni o nel caso peggiore venisse smarrito. I Multipli e i sottomultipli del metro: sono quelli derivanti dalla tabella precedentemente indicata Lo strumento di misura della lunghezza è il metro.

La massa Definizione della massa: la massa è la quantità di materia contenuta in un corpo; L’unità di misura della massa: Nel S.I. l’unità di misura della massa è il chilogrammo, (simbolo [Kg] ); Il campione del chilogrammo: Il campione del metro è un cilindro di platino-iridio conservato nel museo dei pesi e delle misure di sevres; La definizione del chilogrammo : Il kilogrammo è la massa del prototipo internazionale conservato al museo dei pesi e delle misure (Sevres, Francia). I Multipli e i sottomultipli del chilogrammo: dal momento che nel nome dell’unità di misura è presente il prefisso chilo si utilizzeranno i prefissi indicati nella tabella precedentemente indicata applicati al grammo [g]. Inoltre è uso comune usare anche come multipli il quintale pari a 102 Kg, la tonnellata pari a 103 Kg Lo strumento di misura della massa è la bilancia a braccia uguali.

Il tempo Definizione del tempo: il tempo è la grandezza che misura la durata di un fenomeno L’unità di misura del tempo: Nel S.I. l’unità di misura del tempo è il secondo, (simbolo [s] ); Il campione del secondo: è insito nella definizione La definizione del secondo: Il secondo è il tempo che occorre perché si realizzino 9.192.631.770 (circa 9 miliardi e duecento milioni) periodi di oscillazioni dell’atomo di Cesio 133 Multipli: min=60s , h=60 min = 3.600 s , giorno=24 h = 86.400 s Sottomultipli: decimo di secondo = 10-1 s – centesimo di secondo = 10-2 s - millesimo di secondo = 10-3 s Lo strumento di misura del tempo è il cronometro

Alcune grandezze fisiche derivate Grandezza Unità di misura simbolo definizione Area (misura l’estensione di una superficie) Metro quadrato m2 m · m Volume (misura dello spazio occupato da un corpo) Metro cubo m3 m · m · m Densità (il rapporto tra massa e volume) Chilogrammo al metro cubo Kg / m3 Velocità (il rapporto tra spostamento e il tempo impiegato a percorrerlo) Metro al secondo m / sec Forza (una qualunque azione che tende a modificare lo stato di quiete o di moto di un corpo) Newton N Kg · m / sec 2 Pressione (Ia forza agente per unità di superficie) Pascal Pa N / m2 Energia (la Capacità di una forza di compiere lavoro) Joule J N · m

Area Definizione dell’area: l’area esprime la misura dell’estensione di una superficie L’unità di misura dell’area: Nel S.I. l’unità di misura dell’area è il metro al quadrato, (simbolo [m2] ); La definizione del metro quadrato: Il metro al quadrato è la misura della superficie di un quadrato avente il lato pari ad un metro. I Multipli e i sottomultipli del metro: sono quelli derivanti dalla tabella precedentemente indicata Misura dell’area di una superficie: se la superficie da misurare è regolare la misura viene effettuata indirettamente misurando le grandezze caratteristiche geometriche della figura; se la superficie è irregolare è possibile misurare l’area in modo diretto sovrapponendo alla figura un opportuno foglio trasparente in cui sono impresse, in modo opportuno, le unità di misura.

Equivalenza di aree A volte è necessario ricondurre la misura fornita sotto forma di multiplo o sottomultiplo all’unita di misura. A tal scopo si sottopone il seguente metodo: Supponiamo che si voglia sapere a quanti metri al quadrato corrisponde la misura di A=56 Km2 Si sostituisce al posto della K nella formula il valore corrispondente indicato nella tabella cioè k=103 , si inserisce la moltiplicazione al posto degli spazi e quindi si ottiene: A= 56 · (103 m)2 = 56 · 106 m2 = 56.000.000 m2 Oppure, supponiamo che si voglia sapere a quanti metri al quadrato corrisponde la misura di A=236 cm2 Si sostituisce al posto della «c» nella formula il valore corrispondente indicato nella tabella cioè c=10-2 , si inserisce la moltiplicazione al posto degli spazi e quindi si ottiene: A= 236 · (10-2 m)2 = 236 · 10-4 m2 = 236 / 104 m2 = = 0,0236 m2

Il Volume Definizione di volume: il volume esprime la misura dello spazio occupato da un corpo; L’unità di misura del volume: Nel S.I. l’unità di misura dell’area è il metro cubo, (simbolo [m3] ); La definizione del metro cubo: Il metro cubo è la misura dello spazio occupato da un cubo avente il lato pari ad un metro. I Multipli e i sottomultipli del metro cubo: sono quelli derivanti dalla tabella precedentemente indicata Misura del volume di un corpo solido: è possibile misurare il volume in modo indiretto: utilizzando formule geometriche se il solido è regolare, oppure misurando la variazione di volume immergendo il solido da misurare in un liquido; Misura del volume di una sostanza allo stato liquido o aeriforme: si misura il volume del recipiente che la contiene;

Equivalenza di volumi A volte è necessario ricondurre la misura fornita sotto forma di multiplo o sottomultiplo all’unita di misura. A tal scopo si propone lo stesso metodo utilizzato per l’equivalenza di aree: Supponiamo che si voglia sapere a quanti metri cubi corrisponde la misura di A=245 Km3 Si sostituisce al posto della K nella formula il valore corrispondente indicato nella tabella cioè k=103 , si inserisce la moltiplicazione al posto degli spazi e quindi si ottiene: A= 245 · (103 m)3 = 245 · 109 m3 = 245.000.000.000 m2 Oppure, supponiamo che si voglia sapere a quanti metri al quadrato corrisponde la misura di A=236 cm3 Si sostituisce al posto della «c» nella formula il valore corrispondente indicato nella tabella cioè c=10-2 , si inserisce la moltiplicazione al posto degli spazi e quindi si ottiene: A= 236 · (10-2 m)3 = 236 · 10-6 m3 = 236 / 106 m2 = = 0,000236 m2