3. Prof. A. Spagnolo – Liceo “P.Villari” - Napoli
Di cosa si occupa la fisica?
• Studia fenomeni naturali...
• ...definendo le grandezze che
li caratterizzano...
• ...e cerca di trovare delle leggi
che legano tali grandezze.
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Capitolo 1
Le grandezze
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Che cos’è una grandezza?
Una grandezza è una quantità che può essere misurata
con strumenti di misura.
Ad esempio sono grandezze:
La massa che si misura con una bilancia
La durata di tempo che si misura con l’orologio
La lunghezza che si misura, ad es., con un righello
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La bellezza è una grandezza fisica?
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La misura di una grandezza
Misurare una grandezza significa dire quante volte
l’unità di misura è contenuta nella grandezza.
Ciò comporta conoscere la procedura di misura.
Anzi c'è di più: nella definizione di una grandezza è
contenuto il modo con cui essa si misura.
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Definire operativamente
una grandezza fisica
Significa descriverne il metodo di misura (o
protocollo).
La definizione consta di tre elementi:
• Un criterio di confronto (come si determina se una
grandezza è maggiore, minore o uguale ad un'altra?). Es.: il
confronto tra due lunghezze.
• Un criterio di somma che permette di eseguire le
operazioni sulle misure e di essere piĂą precisi nel confronto
(quante volte “a” è più lungo di “b”?)
• Un'unità di misura (che permette ad es. di confrontare
grandezze “distanti” nello spazio e nel tempo). Ad es.: il metro.
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Esempio: la lunghezza (I)
Criterio di confronto : i due oggetti da misurare si
devono allineare per una estremità e vedere se l’altra
estremitĂ coincide.
Le due lunghezze sono uguali
Il blu è più lungo del rosso.
Il confronto non è possibile.
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Esempio: la lunghezza (II)
Un criterio di somma :
La somma delle lunghezze di due oggetti si
definisce accostando gli oggetti (mantenuto
paralleli) per una estremitĂ e misurando la distanza
tra gli altri due estremi.
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Esempio: la lunghezza (III)
L'unitĂ di misura: il metro
Il metro è la lunghezza di un determinato oggetto conservato da
qualche parte……. Il campione di misura
….in realtà la definizione attuale di metro è un poco diversa…..
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Sistema di unitĂ di misura
• Le varie grandezze non sono definite in
maniera casuale ed indipendente le une
dalle altre, ma formano un sistema.
• Le varie grandezze discendono le une
dalle altre, come nell’albero genealogico di
una grande famiglia.
• Gli “avi” di questa “famiglia” si chiamano
grandezze fondamentali, i “discendenti”
grandezze derivate
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L’albero genealogico delle grandezze
massa lunghezza
volume
densitĂ
tempolunghezza
velocitĂ
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Come si generano le grandezze derivate
Grandezza
fondamentale
Grandezza
fondamentale
Grandezza
fondamentale
Grandezza
derivata
Grandezza
derivata
Grandezza
derivata
operazioni
Grandezza
fondamentale
Grandezza
fondamentale
Grandezza
fondamentale
Grandezza
fondamentale
Grandezza
fondamentale
Grandezza
fondamentale
Grandezza
fondamentale
Grandezza
fondamentale
Grandezza
fondamentale
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Il Sistema Internazionale di unitĂ (1)
orologio
17. Prof. A. Spagnolo – Liceo “P.Villari” - Napoli
Il Sistema Internazionale di unitĂ (2)
18. Prof. A. Spagnolo – Liceo “P.Villari” - Napoli
Esempi di grandezze derivate
• Area: è data dal prodotto di due lunghezze
• Volume: è data dal prodotto di tre lunghezze
• Densità di massa: è data dal rapporto tra una
massa ed un volume
• Velocità : è data dal rapporto tra una lunghezza
e un intervallo di tempo
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Multipli e sottomultipli
20. Prof. A. Spagnolo – Liceo “P.Villari” - Napoli
Regole di scrittura
I simboli delle unitĂ di misura:
• seguono il valore numerico;
•non devono mai essere seguiti
da un punto;
•vanno scritti con la iniziale
minuscola (tranne i nomi di
persona, es volt V)
21. Prof. A. Spagnolo – Liceo “P.Villari” - Napoli
Andiamo a definire
in modo operativo
alcune grandezze fondamentali
e le loro unitĂ di misura.
22. Prof. A. Spagnolo – Liceo “P.Villari” - Napoli
L’intervallo di tempo
Per misurare la durata di un fenomeno (intervallo di tempo tra
l’inizio e la fine) si conta quante volte la durata di un fenomeno
periodico è contenuta nella durata da misurare.
Il fenomeno di riferimento è in sostanza un “orologio”. Per
questo diciamo sinteticamente che la durata è quella grandezza
che si misura con l'orologio.
23. Prof. A. Spagnolo – Liceo “P.Villari” - Napoli
Il secondo
L’unità di misura dell’intervallo di tempo è il secondo (s),
definito come l’intervallo di tempo impiegato da una particolare
onda elettromagnetica, emessa da atomi di cesio,
per compiere 9 192 631 770 oscillazioni.
24. Prof. A. Spagnolo – Liceo “P.Villari” - Napoli
La lunghezza
La lunghezza è quella grandezza che si misura col
metro.
Tale procedura consiste nel confrontare la lunghezza
dell'oggetto con un'asta graduata, allineando una
estremitĂ dei due oggetti e valutando la posizione relativa
delle seconde estremitĂ .
26. Prof. A. Spagnolo – Liceo “P.Villari” - Napoli
L’area (g. derivata)
L’unità di misura dell’area è il metro quadrato (m2
),
che è l’area di un quadrato il cui lato è lungo 1 m:
1 m2
= 1 m x 1 m.
diretto indiretto
27. Prof. A. Spagnolo – Liceo “P.Villari” - Napoli
Equivalenze di aree
Per fare un’equivalenza tra due unità di area
consecutive bisogna moltiplicare o dividere
per 100.
28. Prof. A. Spagnolo – Liceo “P.Villari” - Napoli
Il volume (g. derivata)
L’unità di misura del volume è il metro cubo (m3
),
che è il volume di un cubo il cui lato è lungo 1 m:
1 m3
= 1 m x 1 m x 1 m.
Per fare un’equivalenza tra due unità di volume consecutive
bisogna moltiplicare o dividere per 1000.
29. Prof. A. Spagnolo – Liceo “P.Villari” - Napoli
Il litro (g. derivata)
Un litro è uguale a un decimetro cubo: 1 L = 1 dm3
.
30. Prof. A. Spagnolo – Liceo “P.Villari” - Napoli
La massa
La massa (che intuitivamente esprime la quantitĂ di materia)
è quella grandezza che si misura con la bilancia a bracci
uguali.
La massa di un corpo è uguale
al numero di unitĂ di misura
della massa che tengono
in equilibrio la bilancia.
31. Prof. A. Spagnolo – Liceo “P.Villari” - Napoli
Bilancia a bracci uguali
Componenti:
•Giogo
•Fulcro
•Piatti
•Indice
•Dispositivo di azzeramento
Funzionamento:
si colloca su uno dei due piatti il corpo di cui misurare la massa
Si aggiungono tanti pesetti di massa nota fino a raggiugere
l'equilibrio
la massa del corpo è uguale a quella dei pesetti.
32. Prof. A. Spagnolo – Liceo “P.Villari” - Napoli
Il kilogrammo
L’unità di misura della massa è il kilogrammo (kg), definito
come la massa di un cilindro di platino-iridio che si trova
a Sèvres e ha l’altezza e il diametro di 3,900 cm.
N.B.: è l'unica unità di
misura di una grandezza
fondamentale, costruita
dall'uomo
33. Prof. A. Spagnolo – Liceo “P.Villari” - Napoli
Multipli e sottomultipli del chilogrammo
34. Prof. A. Spagnolo – Liceo “P.Villari” - Napoli
La densitĂ (g. derivata)
La densità d di un corpo è uguale al rapporto
tra la sua massa m e il suo volume V.
La densità d è direttamente proporzionale alla massa m
e inversamente proporzionale al volume V.
35. Prof. A. Spagnolo – Liceo “P.Villari” - Napoli
Equivalenze di densitĂ
Nel Sistema Internazionale la densitĂ si misura in kg/m3
.
36. Prof. A. Spagnolo – Liceo “P.Villari” - Napoli
Metodi di misura di densitĂ
Ne esistono di due tipi:
• quelli basati direttamente sulla definizione,
misurando massa e volume
• quelli basati sul principio di Archimede, del
galleggiamento dei corpi.
37. Prof. A. Spagnolo – Liceo “P.Villari” - Napoli
Misura di massa e volume
Si misurano massa e volume, quindi si calcola il rapporto m/V.
38. Prof. A. Spagnolo – Liceo “P.Villari” - Napoli
Principio di Archimede: Areometro di
Nicholson
E' un densimetro per liquidi
a volume costante e a peso
variabile.
39. Prof. A. Spagnolo – Liceo “P.Villari” - Napoli
Principio di Archimede: Densimetro a
peso costante
E' un densimetro per
liquidi in cui peso e
volume sono costanti.
La misura è letta
direttamente su scala
graduata.
Esistono densimetri
diversi per liquidi
diversi (es. latte, vino,
ecc.)
40. Prof. A. Spagnolo – Liceo “P.Villari” - Napoli
Principio di Archimede: bilancia
idrostatica
Si usa per la
misura della
densitĂ dei solidi.
Editor's Notes
Ordine pratico: pensiamo alla scelta del nucleare (v. referendum in Italia), oppure all'uso quotidiano dell' energia elettrica (concetti di tensione, volt, ciorrente elettrica, ampere, ecc.)
Chi è lo scienziato ritratto nella foto? Di quale teoria scientifica è autore?
E = mc2: quale fenomeno fisico descrive, quali grandezze coinvolge?
Di solito questo vale solo per le grandezze fondamentali. Per quelle derivate il metodo di misura è indiretto, cioè è mediato da un'operazione matematica. Ad es. la misura di una velocità si ottiene dividendo una misura di lunghezza per una misura di tempo.
Di solito questo vale solo per le grandezze fondamentali. Per quelle derivate il metodo di misura è indiretto, cioè è mediato da un'operazione matematica. Ad es. la misura di una velocità si ottiene dividendo una misura di lunghezza per una misura di tempo.
Di solito questo vale solo per le grandezze fondamentali. Per quelle derivate il metodo di misura è indiretto, cioè è mediato da un'operazione matematica. Ad es. la misura di una velocità si ottiene dividendo una misura di lunghezza per una misura di tempo.
Di solito questo vale solo per le grandezze fondamentali. Per quelle derivate il metodo di misura è indiretto, cioè è mediato da un'operazione matematica. Ad es. la misura di una velocità si ottiene dividendo una misura di lunghezza per una misura di tempo.
Dividiamo le grandezze in due categorie: grandezze fondamentali e grandezze derivate. Tra tutte le grandezze si scelgono un minimo numero di grandezze (dette fondamentali) che si definiscono in modo indipendente dalle altre. Poi le altre grandezze sono definite mediante operazioni matematiche sulle g. fondamentali o su altre grandezze.
Ma come si scelgono le grandezze fondamentali?
Dividiamo le grandezze in due categorie: grandezze fondamentali e grandezze derivate. Tra tutte le grandezze si scelgono un minimo numero di grandezze (dette fondamentali) che si definiscono in modo indipendente dalle altre. Poi le altre grandezze sono definite mediante operazioni matematiche sulle g. fondamentali o su altre grandezze.
Ma come si scelgono le grandezze fondamentali?
Dividiamo le grandezze in due categorie: grandezze fondamentali e grandezze derivate. Tra tutte le grandezze si scelgono un minimo numero di grandezze (dette fondamentali) che si definiscono in modo indipendente dalle altre. Poi le altre grandezze sono definite mediante operazioni matematiche sulle g. fondamentali o su altre grandezze.
Ma come si scelgono le grandezze fondamentali?
Il Sistema Internazionale di Unità (abbreviato con SI) è adottato per legge nell’Unione Europea ed è attualmente in vigore in 51 stati.
Le grandezze fondamentali del Sistema Internazionale sono sette.
A partire da queste sette grandezze fondamentali si costruiscono le unitĂ di misura di tutte le altre grandezze.
Per quanto riguarda l’iniziale minuscola, fanno eccezione i prefissi M e G e i nomi di unità che derivano da nomi propri: per esempio W, l’unità di misura della potenza, che sta per watt (da James Watt) oppure V, l’unità di misura della differenza di potenziale, che sta per volt (da Alessandro Volta).
Definizione operativa: descrizione della procedura di misura della grandezza.
Ad es. la lunghezza è quella grandezza fisica che si misura così.......
L’unità di misura dell’intervallo di tempo è la durata di un fenomeno periodico.
Qual è il fenomeno periodico al quale si fa riferimento per esprimere (in anni) la durata della vita di una persona?
Per la sua definizione è essenziale il concetto di simultaneità . Criticando il concetto classico di simultaneità Einstein è giunto a formulare la teoria della relatività ristretta
Cosa bisogna fare, per esempio, per passare dai chilometri ai metri? E dai metri ai centimetri?
Si tratta di una regola generale, che vale per i multipli e sottomultipli delle unitĂ di misura di qualsiasi grandezza.
L’area è una grandezza derivata, nel senso che la sua unità di misura è costruita a partire dal metro, che è una delle sette unità fondamentali.
L’area si può misurare in modo diretto, contando quante volte l’unità di misura è contenuta nell’area da misurare.
Di solito l’area si misura in modo indiretto, misurando delle lunghezze e applicando le formule della geometria.
L’area ha le dimensioni fisiche di una lunghezza al quadrato.
Quanti quadratini di lato 1 cm contiene un quadrato di lato 1 dm?
Quanti cubi di lato 1 dm contiene un cubo di lato 1 m?
Il volume ha le dimensioni fisiche di una lunghezza al cubo.
Il litro è un’unità di misura che non appartiene al Sistema Internazionale ed è spesso utilizzata per esprimere il volume dei liquidi e dei gas.