presentazione di introduzione alla fisica

1. Che cos’è la Fisica ? Creato da: Rosangela Mapelli Licenza Cretive Commons: Sei libero di modificare e pubblicare questa Presentazione a patto di indicare l'autore, non trarne guadagno e devi condividere i LO derivati sotto la stessa licenza. Si ringraziano i prof: Marilena Volpati e Federico Barbarossa

2. Se pensate che sia ridotto così perché ho studiato Fisica tutta la notte …..vi sbagliate….. … ..ho solo fatto un po’ tardi in discoteca!!!

3. Le osserveremmo da un punto di vista a cui non siamo abituati…ma che potrebbe risultare interessante. Vi siete mai chiesti come sarebbero, viste dall’alto, molte delle cose che osserviamo quotidianamente? La Fisica ci offre un nuovo “punto di vista” dal quale guardare molte delle cose che già pensiamo di conoscere bene e ci da l’opportunità di comprendere i piccoli e grandi “misteri” che accompagnano gli eventi naturali. Viaggeremo, con il nostro autobus tra le nuvole , nel mondo che ci circonda, tentando di comprendere i fenomeni naturali e cercando le leggi generali che li governano. Il nostro “ autobus tra le nuvole ” sarà l’aula laboratorio , ma attenzione: sale solo chi è curioso! Che cos’è la Fisica ?

4. Perché i corpi cadono? Come si formano le nuvole? Come fa la lampadina ad accendersi? Come fa l’acqua ad uscire dal rubinetto? Perché la luna non cade sulla terra? Che cos’è la Fisica ?

5. Quante domande ancora, come quelle che abbiamo appena visto, potremmo porci? E quali risposte ci sentiremmo di dare, oggi, con le conoscenze che abbiamo? La Fisica si occupa dei fenomeni naturali: prendiamone in considerazione uno qualsiasi, ad esempio la pioggia . La pioggia è un fenomeno naturale molto comune e, quindi,facilmente osservabile. Tutti sanno cos’è la pioggia e sono in grado di riconoscerla L’uomo ha sfruttato le proprie conoscenze tecniche ed ha inventato l’ ombrello per ripararsi dalla pioggia. Tuttavia, se vogliamo fare della Fisica, non possiamo limitarci ad aprire l’ombrello. Che cos’è la Fisica ?

6. Fare della Fisica significa osservare più attentamente il fenomeno , quindi porsi delle domande e cercare delle riposte. Perché cade proprio acqua? Perché l’acqua cade sotto forma di gocce? Con quale velocità scende l’ acqua? Da dove proviene? Da quale altezza scende? Perché non piove quando il cielo è sereno? Perché talvolta la pioggia si trasforma in neve? Dove va la pioggia che cade sulla terra? ??? Ci accorgiamo che il fenomeno, anche se naturale e molto comune, è tutt’altro che semplice: non possiamo rispondere contemporaneamente a tutte le domande. Che cos’è la Fisica ? Che fare?

7. ? Collegando la pioggia alla presenza delle nuvole nel cielo (e trascurando per ora le altre domande) potremmo fare l’ipotesi che l’acqua provenga dalle nuvole Dovremmo, però, cercare di spiegare perché non piove anche se spesso il cielo è pieno di nuvole………. Possiamo cioè tentare di affrontare uno alla volta i singoli problemi che si presentano, accantonando per il momento tutti gli altri, in modo che la soluzione , anche se imperfetta e molto parziale, sia più semplice da raggiungere Così facendo potrà succedere che alcune ipotesi fatte risulteranno errate o contraddittorie ed allora verranno scartate Si faranno allora nuove ipotesi fino a che, mettendo insieme le risposte che sembrano dare una spiegazione anche parziale del fenomeno, si otterrà una teoria più generale in grado di rispondere a tutti i perché che prima ci eravamo posti . Che cos’è la Fisica ? Potremmo semplificare le cose scomponendo il problema pioggia in tanti problemi più semplici… … tentando così di affrontare uno alla volta i singoli problemi che si presentano

8. Che cos’è la Fisica ? Ma….come cercare le risposte?

9. La Fisica e il metodo sperimentale Il termine Fisica deriva dal greco physis, cioè natura Per questo è una scienza sperimentale Lo scopo della Fisica è descrivere e interpretare i fenomeni che si svolgono in natura cioè una scienza che, partendo dalla osservazione dei fenomeni naturali si serve di esperienze per chiarire aspetti essenziali dei fenomeni stessi Il fondatore del metodo sperimentale fu Galileo Galilei (1564 – 1642), il quale può, per questo, essere considerato il primo fisico nel senso moderno della parola. Che cos’è la Fisica ?

10. Un po’ di storia: …c’era una volta.. Aristotele fu uno dei più grandi filosofi greci. La sua opera fu riscoperta in Europa nel XIII secolo e studiata nelle università (come una vera enciclopedia del sapere) Si occupò di logica, filosofia, astronomia, fisica, geologia, biologia, politica, retorica e poetica La spiegazione della natura era di tipo qualitativo , Aristotele immaginava una distinzione tra corpi celesti e corpi terrestri (corruttibili) . Stagira 384 a.C. Calcide 322 a.C Che cos’è la Fisica ?

11. Un po’ di storia: …c’era una volta.. Galileo gettò le basi della nuova scienza : cominciò a considerare gli aspetti quantitativi della natura (misurabili) come forma, dimensioni, collocazione nello spazio. Solo il linguaggio matematico può esprimere la vera natura delle cose. La realtà che vediamo è spiegata attraverso ciò che non vediamo: le relazioni matematiche . Pisa 1564 – Arcetri 1642 Che cos’è la Fisica ?

12. Un po’ di storia: …c’era una volta.. Da il Saggiatore 1623 Galileo Galilei ... questo grandissimo libro (quello della natura) che continuamente ci sta aperto innanzi agli occhi (io dico l'universo), ma non si può intendere se prima non s'impara a inteder la lingua, e conoscer i caratteri, ne' quali è scritto. Egli è scritto in lingua matematica, e i caratteri son triangoli, cerchi, ed altre figure geometriche, senza i quali mezzi è impossibile a intendere umanamente parola; senza questi è un aggirarsi vanamente per un oscuro laberinto. Che cos’è la Fisica ?

13. La Fisica e il metodo sperimentale Il metodo sperimentale parte dallo studio di un fenomeno estremamente più semplice di quello che si osserva in natura e soltanto a passi successivi giunge a studiare il fenomeno reale in tutta la sua complessità. Si osserva un fenomeno Si formula un’ipotesi Si svolgono esperimenti Si formula una legge Con la legge si prevedono altri fenomeni Si abbandona o si modifica l’ipotesi Che cos’è la Fisica ? Si confermano le ipotesi Non si confermano le ipotesi

14. Il metodo sperimentale: …c’era una volta.. Galileo Galilei (1564 – 1642),osservando i corpi che cadono, si convince che tutti corpi, indipendentemente dal loro peso, cadono con la stessa velocità, e che tale velocità cresce in modo uniforme durante il tempo di caduta….. Decide perciò di dimostrare la validità della sua idea (ipotesi) portando come prova risultati di esperimenti . Ma la caduta di un corpo si dimostra troppo rapida per essere misurata durante un esperimento………. Così, Galileo, deve cercare un modo per semplificare il problema……. Che cos’è la Fisica ?

15. Il metodo sperimentale: un esempio Inventa, per questo, un esperimento più semplice: la “caduta” di un corpo lungo un piano inclinato…. In fondo - pensa Galileo - un “piano verticale” non è altro che un “piano molto inclinato” ed il comportamento di un corpo che scende lungo un piano inclinato deve osservare le stesse regole di un corpo che cade verticalmente…………. Che cos’è la Fisica ?

16. Il metodo sperimentale: … c’era una volta… Con l’aiuto di un orologio ad acqua , appositamente costruito per questo esperimento, Galileo dimostra, attraverso misure di spazio e di tempo, che lo spazio percorso dalla sfera lungo il piano inclinato, cresce in modo direttamente proporzionale al quadrato del tempo impiegato a scendere. Galileo compie questi esperimenti utilizzando piani con diverse inclinazioni, e tutte le volte ottiene misure che confermano la sua ipotesi. Che cos’è la Fisica ?

17. Il metodo sperimentale: …c’era una volta… Galileo dimostra così, che le leggi fisiche possono essere formulate in modo matematico e comprovate sperimentalmente Tutto questo è molto bello! Ma………. Quando suona l’intervallo? Che cos’è la Fisica ?

18. Il metodo sperimentale INTERVALLO Che cos’è la Fisica ?

19. Il metodo sperimentale L’intervallo è già finito???? Che cos’è la Fisica ?

20. Le grandezze fisiche Cosa significa misurare? Confrontare ciò che si vuole misurare con una quantità nota, detta Unità di Misura Rapportare la grandezza in esame con la corrispondente Unità di Misura Nella forma più generale, Misurare significa Contare. Esistono misure dirette e misure indirette Che cos’è la Fisica ?

21. Le grandezze fisiche misura diretta e indiretta Misure indirette Sono quelle misure che risultano dopo opportuni calcoli matematici. Sono misure indirette quelle di superfici, di volumi, di accelerazioni, ecc… Misure dirette Sono quelle misure che vengono rivelate direttamente da uno strumento di misura. Sono misure dirette quelle di lunghezze, tempi, masse, ecc… Che cos’è la Fisica ?

22. Le grandezze fisiche Cos’è una grandezza fisica? Una grandezza fisica è una qualunque caratteristica di un oggetto o di un fenomeno che possa essere misurata , espressa cioè attraverso un numero e una unità di misura Che cos’è la Fisica ?

23. Le grandezze fisiche e unità di misura Ad ogni grandezza è associata una specifica unità di misura. Per esempio, una superficie si misura in metri quadri (m 2 ), un volume si misura in metri cubi (m 3 ) oppure in litri (l), una lunghezza in metri (m). Spesso è utile utilizzare i multipli o i sottomultipli di tali unità di misura, espressi come potenze del 10. Che cos’è la Fisica ?

24. Nel 1960 la Conferenza Internazionale dei Pesi e delle Misure introdusse il Sistema Internazionale di Unità (S.I.) GRANDEZZA UNITÀ SIMBOLO lunghezza metro m tempo secondo s massa kilogrammo kg intensità di corrente ampére A Temperatura kelvin K quantità di materia mole mol intensità luninosa candela cd Le grandezze fisiche e unità di misura Che cos’è la Fisica ?

25. PREFISSO VALORE SIMBOLO PREFISSO VALORE SIMBOLO exa 10 18 E deci 10 -1 d peta 10 15 P centi 10 -2 c tera 10 12 T milli 10 -3 m giga 10 9 G micro 10 -6 μ mega 10 6 M nano 10 -9 n kilo 10 3 k pico 10 -12 p etto 10 2 h femto 10 -15 f deca 10 1 da atto 10 -18 a Le grandezze fisiche:multipli e sottomultipli Che cos’è la Fisica ?

26. La lunghezza Scelto come unità di misura alla fine del 1700, definito come la quarantamilionesima parte del meridiano terrestre. Il campione del metro è stato costruito tracciando due incisioni su una barra di platino e iridio, conservata al Museo dei Pesi e delle Misure di Sévres (Parigi). Dal 1983 il metro è stato ridefinito come la distanza percorsa dalla luce nel vuoto in 1/299792458-esimo di secondo circa, quasi un trecentomilionesimo di secondo Le grandezze fisiche e unità di misura Che cos’è la Fisica ?

27. Il Tempo È un concetto intuitivo legato ai cambiamenti che vediamo intorno a noi: l’alternarsi del giorno e della notte, le stagioni etc. Un secondo equivale alla durata di 9192631770 oscillazioni complete dell’isotopo 133 dell’atomo di cesio Le grandezze fisiche e unità di misura Che cos’è la Fisica ?

28. La massa La massa è definita operativamente come la grandezza misurata dalla bilancia a bracci uguali Indica la quantità di materia presente nel corpo. Il kilogrammo campione di platino-iridio è conservato nel Museo dei Pesi e delle Misure di Sèvres Le grandezze fisiche e unità di misura Che cos’è la Fisica ?

29. La temperatura La sua unità di misura è il grado Kelvin E’ la centesima parte della “distanza termica” tra il punto triplo dell’acqua distillata (ghiaccio fondente) e il punto di ebollizione della stessa. Esso possiede la stessa ampiezza del grado Celsius (o centigrado). La scala Kelvin presenta lo zero assoluto, temperatura minima limite e non raggiungibile in natura. Le grandezze fisiche e unità di misura Che cos’è la Fisica ?

30. La corrente elettrica L’Ampere è l’intensità di corrente elettrica che circola in un conduttore quando, per una sezione di esso, passa la carica di 1 Coulomb ogni secondo. Le grandezze fisiche e unità di misura Che cos’è la Fisica ?

31. La mole La mole viene definita come la quantità di sostanza di un sistema che contiene un numero di entità elementari (atomi, molecole, ioni, radicali, elettroni, fotoni, ecc…) pari al numero di atomi presenti in 12 grammi di carbonio-12. Tale numero è noto come Numero di Avogadro, ed è pari a 6.022×10 22 . Le grandezze fisiche e unità di misura Che cos’è la Fisica ?

32. La candela Una candela è pari all’intensità luminosa, in una data direzione, di una sorgente emettente una radiazione monocromatica di frequenza pari a 540×10 12 hertz (Hz) e di intensità radiante in quella direzione di 1/683-esimo di watt per steradiante. Le grandezze fisiche e unità di misura Che cos’è la Fisica ?

33. Le sette grandezze appartenenti al SI si chiamano Grandezze Fondamentali . Da esse è possibile ricavare nuove grandezze, dette grandezze derivate , attraverso le classiche quattro operazioni matematiche, ma solo sotto opportune condizioni. Velocità (m/s) Accelerazione (m/s 2 ) Densità (kg/m 3 ) Forza (N = kg×m/s 2 ) N sta per Newton Energia (J = N×m) J sta per Joule Potenza (W = J/s) W sta per Watt Carica elettrica (C = A×s) C sta per Coulomb Le grandezze fisiche derivate e fondamentali Che cos’è la Fisica ?

34. 5 m + 27 m = 32 m 10 s – 5 m non ha senso! 42 m ÷ 13 s = 3.23 m/s 12 m/s ÷ 6 s = 2 m/s 2 15 m/s 2 + 45 m/s non ha senso! 0.5 m × 0.2 m = 0.1 m 2 Due o più grandezze, sia fondamentali che derivate, si possono sommare e/o sottrarre solo se sono omogenee, ossia uguali in tutto e per tutto Due o più grandezze, sia fondamentali che derivate, si possono moltiplicare e/o dividere anche se non sono omogenee Lo scopo della Fisica è descrivere e interpretare i fenomeni che si svolgono in natura Le grandezze fisiche omogenee Che cos’è la Fisica ?

35. Il metodo sperimentale Ma quando finisce questa ora di fisica????? Che cos’è la Fisica ?