La Fisica

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La Fisica

• Che cosa è?

dal greco physis "natura"
È la scienza della Natura
Studia tutti i fenomeni naturali e non solo.
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Oggetto di studio della Fisica
Questo e ... molto altro ancora
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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
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Grandezze fisiche e loro misura

• Essendo la Fisica basata sul metodo
  scientifico-sperimentale, cè 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

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Grandezze fisiche e loro misura

• Misurare una grandezza fisica significa
  confrontarla con unaltra, a essa omogenea,
  scelta come campione.
• Esempio
• Supponiamo di voler misurare la lunghezza del
  banco.
• Per prima cosa dobbiamo stabilire lunità di
  misura per le lunghezze
• Trattandosi di una lunghezza, lunità di
  misura che andiamo a scegliere come campione deve
  essere essa stessa una lunghezza

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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 lunità di misura, cioè il
  campione, andiamo ad effetuare il confronto.

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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 lunità di
  misura

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Grandezze fisiche

• Il valore non è altro che il rapporto tra la
  grandezza misurata e lunità di misura.
• Una grandezza si dice fisica se è misurabile.
• Esempi
• Laltezza 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.

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Unità di misura nellantichità

• La necessità di misurare è antica quanto luomo.
• Per misurare le lunghezze (distanze), luomo 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

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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 loperazione
  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.

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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
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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
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Giovanni Giorgi
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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?

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Esercizi

• Qual è larea 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?
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Scommessa

• Cè 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?

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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.

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Grandezze fisiche derivate

• Le grandezze fisiche derivate si possono
  esprimere combinando fra loro le grandezze
  fondamentali.
• Esempio 1
• Larea della lavagna (superficie) è il prodotto
  (moltiplicazione) tra la base e laltezza.
• Sia la base che laltezza sono dimensionalmente
  delle lunghezze (distanze tra due punti)
• Quindi larea 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

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Grandezze fisiche derivate

• Esempio 2
• Il volume di una scatola è dato dal prodotto
  (moltiplicazione) tra la base e laltezza e la
  prodondità.
• Sia la base, sia laltezza, 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

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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.

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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
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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 tuttoggi
  nessuno sembra averla trovata.
• Possiamo dire che
• Il tempo scorre in ununica 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.

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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 lunità di misura è il
  secondo (s)
• Ancora utilizzati sono il minuto, lora, 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 lintervallo di
  tempo la cui durata è pari a quella di 9 192 631
  770 oscillazioni della radiazione emessa
  dallatomo di cesio.
• Lo strumento utilizzato per misurare lintervallo
  di tempo è lorologio oppure il cronometro.

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Intervallo di tempo

• Presso lIstituto Galileo Ferraris di Torino è
  depositato lorologio atomico che fornisce il
  segnale orario a tutto il territorio italiano.

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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 dellatomo 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 lunità di misura da un prefisso

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Multipli e sottomultipli

• Esempio
• 57 km
• dove 57 è il valore
• k è il prefisso
• m è lunità 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

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Multipli e sottomultipli

• Esempio
• 35 kg
• dove 35 è il valore
• k è il prefisso
• g è lunità di misura
• Quindi 35 kg 35 x 1000 g 35000 g

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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
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Multipli e sottomultipli dellintervallo 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

Si inizia a sommare da destra (secondi).
502575. Ma 75 1 15. Scrivo 15 con
il riporto di 1 Sommo poi 14538 84 che
sono uguali ad 1h 24 Scrivo 24 e riporto 1h
1
1
24
4h
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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

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Da studiare

• Modulo a unità 1 paragrafi 5, 6, 7
• Esercizi
• Pag. a15 n. 3, 5, 6

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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

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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
  lesponente è positivo (nel nostro esempio 3)
• 4) Se la virgola è stata spostata verso destra il
  numero di posti è negativo, quindi anche
  lesponente è negativo

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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 lesponente sarà pari a -5
• Pertanto il numero in notazione esponenziale è
• 5,789 ? 10-5

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Trasformazione da forma scientifica
a forma normale

• Vogliamo trasformare il numero 2,75 ? 104
• 1) Si osserva il segno dellesponente (positivo o
  negativo)
• 2) Se lesponente è positivo si sposta la virgola
  verso destra di un numero di posti pari al
  valore dellesponente
• 3) Se lesponente è negativo si sposta la virgola
  verso sinistra di un numero di posti pari al
  valore dellesponente.
• Nel nostro esempio lesponente è 4, quindi il
  numero in forma normale è 27500

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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,

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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 lordine di
  grandezza.
• Esempi
• Lordine di grandezza della lunghezza di una
  penna è di una decina di centimetri
• Lordine di grandezza della lunghezza dellaula è
  del metro (da 1 a 9)

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Ordine di grandezza di un numero

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

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Ordine di grandezza di un numero

• Si dice che
• Lordine 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 lordine di grandezza di
  un numero bisogna trasformare il numero stesso
  dalla forma normale alla forma esponenziale.

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Ordine di grandezza di un numero

• Vogliamo ricavare lordine 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 gt 5) e allora lordine di
  grandezza è dato dalla potenza di 10 con
  lesponente incrementato di 1.

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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 lordine 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