Fisica 1

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=ma
s= s0 + v t
Grandezze fisiche e loro misura





Essendo la Fisica basata sul metodo scientificosperimentale, 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
2m
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
metro
m
chilogrammo
kg
secondo
s
grado Kelvin
K
Intensità di corrente
Ampere
A
Quantità di sostanza
mole
mol
Intensistà luminosa
candela
cd
Lunghezza
Massa
Tempo (durata)
Temperatura
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
= 1 dm cubo
l
= 60 s
min
ora
= 3600 s
h
giorno
= 86400 s
d
Litro
minuto
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.
s
v
t

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

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.




Dt
(si legge delta ti)
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
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
deci
d
: 10 = 10-1
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
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
5m
7 dm
6 Tg
4g
8dg
8 mg
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’’
1



1
2h 45’ 50’’ +
1h 38’ 25’’ =
4h’ 24’ 15’’
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
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
105
-7,0056  109
9,27  10-3
4
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