una sfera di acciaio può essere analizzata da diversi punti di vista:
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Stati di equilibrio (meccanico) Stati di moto (come cambiano) Comportamento nelle interazioni con altri sistemi (cambiamento degli stati di equilibrio e degli stati di moto) e proprietà che determinano tale comportamento (massa, elasticità, plasticità). - PowerPoint PPT PresentationTRANSCRIPT
Una sfera di acciaio può essere analizzata da diversi punti di vista:
MECCANICA
Stati di equilibrio (meccanico)
Stati di moto (come cambiano)
Comportamento nelle interazioni con altri sistemi (cambiamento degli stati di equilibrio e degli stati di moto) e proprietà che determinano tale comportamento (massa, elasticità, plasticità)
TERMODINAMICA
Stati di equilibrio termico (temperatura)
Comportamento nelle interazioni termiche con altri sistemi e proprietà che determinano tale comportamento
ELETTROMAGNETISMOProprietà elettriche e magnetiche
Comportamento in presenza di un campo e.m.
OTTICAProprietà ottiche e comportamento nell’interazione con la luce
Le diverse parti della fisica costituiscono altrettanti modi diversi, ma interconnessi, di guardare agli oggetti reali.
Che cosa accomuna tutti questi diversi modi di guardare la sfera (che chiamiamo fisica) e li differenzia per esempio rispetto al modo di guardare alla sfera dell’ingegnere, del pittore o dello scrittore o del fotografo?
In fisica si fornisce una rappresentazione estremamente fedele solo di pochi aspetti del sistema attraverso un apparato formale matematico le cui regole generali sono organizzate in teorie.
Modello fisico: costrutto formale, basato su una teoria fisica, che permette di descrivere con il desiderato dettaglio gli aspetti di interesse di un fenomeno in cui è coinvolto un definito sistema [modello sistema fisico]
Differenza rispetto ai modelli costruiti in ingegneria: il riferimento a una teoria.
Anche il quadro di un artista è un modello di un sistema reale (ne riproduce alcuni aspetti e al tempo stesso può caricare la rappresentazione dell’oggetto rappresentato di significati proprio come fa la fisica), ma non è una rappresentazione formalizzata dell’oggetto.
Ogni sistema fisico può essere descritto attraverso le sue proprietà.
Proprietà per cui è possibile definire un procedimento di misura:
Proprietà per cui non è possibile definire un procedimento di misura:
proprietà organolettiche (Sapore)
(per ora non si sa misurare, anche se è chiaro che esso è in gran parte legato alla struttura fisica dell’alimento)
GRANDEZZE FISICHE
FISICA
Definizione operativa: procedura con cui si effettua la misura della grandezza fisica considerata
Definizione basata su una legge: legge formale che esprime la grandezza fisica per mezzo di altre grandezze
Definizione operativa:
Es. : Temperatura di un sistema: grandezza fisica che si misura con il termometro ponendo quest’ultimo a contatto termico con il sistema misurato e che si realizza all’equilibrio termico tra misuratore e sistema misurato.
Definizione operativa di velocità: grandezza fisica che si misura con il tachimetro
Definizione non operativa:
Es. : Velocità - La velocità istantanea di un sistema fisico in un definito sistema di riferimento è data da:
t
rlimtvt
0
PROPRIETÀ DI STATO – Caratterizzano la condizione (di equilibrio, di stato di moto; di equilibrio termico; di equilibrio elettrostatico..…) in cui si trova un sistema fisico.
PROPRIETÀ DEL MATERIALE O DELLA SOSTANZA con cui è composto il sistema (sottoinsieme: proprietà di interazione)
PROPRIETÀ DEL SISTEMA, ossia che lo caratterizzano nella sua specificità di oggetto diverso dagli altri
Energia, velocità,
Temperatura,
Quantità di carica, potenziale
Densità, moduli di elasticità, viscosità, conducibilità termica, calore specifico, permeabilità magnetica, costante dielettrica, indice di rifrazione
Tre grandi categorie di proprietà di un sistema:
Lunghezza, volume, massa, capacità termica, capacità elettrica
Un altro modo di categorizzare le grandezze fisiche di un sistema
Grandezze intensive:
=m/V: massa volumica (Densità)
Y, : Coefficienti di elasticità
v: velocità
T: Temperatura
c: Calore specifico
k: Conducibilità termica
V: potenziale
: resistività
n: indice di rifrazione
Grandezze estensive:
M = massa
V = volume
q = mv: Quantità di moto
E = energia
S = entropia
C = mc, capacità termica
Q = quantità di carica
R = resistenza
M
M/2 M/2
Un altro modo di categorizzare le grandezze fisiche di un sistema
Grandezze scalari:
Una grandezza scalare è caratterizzata unicamente da un numero (eventualmente positivo o negativo).
T: temperatura
E: energia
m: massa
: densità
V: volume
n: indice di rifrazione
Grandezze vettoriali:
Una grandezza vettoriale viene definita da un modulo, una direzione, un verso un punto di applicazione e segue la regola associativa del parallelogramma
(attenzione: vettore le sue componenti si trasformano come le coordinate per un cambiamento di riferimento)
r: vettore posizione
v: vettore velocità
F: vettore forza
q: vettore quantità di moto
La fisica descrive gli stati in cui si possono trovare i sistemi fisici e i processi con cui tali stati vengono modificati, in generale quando il sistema interagisce con altri sistemi, per mezzo di relazioni tra le grandezze fisiche del sistema.
LEGGE FISICA: relazione tra grandezze fisiche che si possa verificare sperimentalmente o ricavare formalmente (TEOREMA) da altre leggi e concetti
Leggi fenomenologiche: descrivono le relazioni tra grandezze fisiche coinvolte in un fenomeno (cinematica dei processi)
Leggi interpretative: descrivono i processi che determinano i fenomeni in termini causali o in generale a partire da principi primi
PRINCIPI FISICI: leggi fisiche che vengono assunte come capisaldi di una teoria. Tali leggi sono verificate sperimentalmente, sia direttamente, sia soprattutto indirettamente attraverso la verifica delle loro conseguenze.
Si differenziano dagli assiomi delle teorie matematiche, in quanto i PRINCIPI FISICI derivano da evidenze sperimentali e non sono una mera costruzione concettuale della mente umana.
In genere ad una legge fisica si attribuisce lo statuto di PRINCIPIO quando insieme agli altri principi di una teoria consente la deduzione logica della teoria stessa.
-Ogni teoria ha sempre valore in un definito ambito di applicabilità (es.: per dimensioni opportune, velocità non elevate dei sistemi in oggetto, per proprietà che si considerano…) e non ha mai valore assoluto (anche nel tempo)
-Ogni teoria è valutata esclusivamente per la sua capacità predittiva e condivisione dei suoi presupposti concettuali
-Ogni teoria ha validità solo in quanto riesce a fornire previsioni quantitative confrontabili con esiti sperimentali e tale confronto ha dato riscontro positivo (nell’ambito di applicabilità).
Vince una teoria non in quanto “più vera”, ma in quanto è quella “che predice meglio” e che soddisfa a criteri di semplicità concettuale e simmetriaTeorie concettualmente superate possono essere comunque di insostituibile valore e utilità (es.: meccanica classica)
Il raccordo tra teoria e fatti sperimentali ha natura circolare.
Esso si basa sulla costruzione di modelli formali attraverso cui si possono effettuare previsioni quantitative su un fenomeno fisico confrontabili con gli esiti di esperimenti.
MODELLI per prevedere
esiti sperimentali
TEORIA
ESPERIMENTI
MODELLIper
confermare, validare,
falsificare teorie
Al di sopra del mondo reale, cioè del mondo fenomenologico, si colloca il mondo fisico che si compone di principi, leggi e relazioni empiriche: si tratta di operazioni che permettono all’uomo di studiare più agevolmente i fenomeni che lo circondano.
MONDO FISICO
MONDO FENOMENOLOGICO
MONDO MATEMATICO
MONDO FISICO
MONDO FENOMENOLOGICO
Grandezza fisicaGrandezza fisica
Una grandezza fisica è una classe di equivalenza di proprietà fisiche che possono essere misurate mediante un rapporto reciproco.
Peso Lunghezza
Proprietà fisicheProprietà fisiche
Con proprietà fisica si fa riferimento, genericamente, a una caratteristica di un sistema che viene evidenziata nello studio dei fenomeni fisici.
L'accento sull'aggettivo fisico ne sottolinea l'oggettività (secondo il paradigma galieiano dell'intersoggettività) e la riproducibilità.
FerroFerroProprietà fisiche
Stato a temperatura ambiente
solido (ferromagnetico)
Punto di fusione 1808 K (1535 °C)
Punto di ebollizione 3023 K (2750°C)
Volume molare 7,09 x 10-6 m3/mol
Calore di evaporazione
349,6 kJ/mol
Calore di fusione 13,8 kJ/mol
Velocità del suono 4910 m/s a 293,15 °K
Calore specifico 440 J/(kg*K)
Conducibilità elettrica 9,93 x 106/m ohm
Conducibilità termica 80,2 W/(m*K)
Proprietà fisicheProprietà fisiche
AlluminioAlluminioProprietà fisiche
Stato a temperatura ambiente
solido
Punto di fusione 933,47 °K (660,32 °C)
Punto di ebollizione 2792 °K (2518,85 °C)
Volume molare 10,00 × 10-3 m³/mol
Calore di evaporazione
293,4 kJ/mol
Calore di fusione 10,79 kJ/mol
Velocità del suono 5100 m/s a 933 °K
Calore specifico 900 J/(kg*K)
Conducibilità elettrica 37,7 x 106/m ohm
Conducibilità termica 237 W/(m*K)
Proprietà fisicheProprietà fisiche
Proprietà fisiche
Stato a temperatura ambiente
solido (ferromagnetico)
Punto di fusione 1808 K (1535 °C)
Punto di ebollizione 3023 K (2750°C)
Volume molare 7,09 x 10-6 m3/mol
Calore di evaporazione
349,6 kJ/mol
Calore di fusione 13,8 kJ/mol
Velocità del suono 4910 m/s a 293,15 °K
Calore specifico 440 J/(kg*K)
Conducibilità elettrica 9,93 x 106/m ohm
Conducibilità termica 80,2 W/(m*K)
Proprietà fisiche
Stato a temperatura ambiente
solido
Punto di fusione 933,47 °K (660,32 °C)
Punto di ebollizione 2792 °K (2518,85 °C)
Volume molare 10,00 × 10-3 m³/mol
Calore di evaporazione
293,4 kJ/mol
Calore di fusione 10,79 kJ/mol
Velocità del suono 5100 m/s a 933 °K
Calore specifico 900 J/(kg*K)
Conducibilità elettrica 37,7 x 106/m ohm
Conducibilità termica 237 W/(m*K)
Misurare le grandezzeMisurare le grandezze
Condizione necessaria perché una proprietà sia misurabile è quella di poter stabilire una relazione d'ordine fra quelle proprietà in sistemi diversi: ovvero poter giudicare quale sistema esibisce "più" proprietà dell'altro.
Se tale confronto può essere basato sul rapporto fra le proprietà dei due sistemi, allora la classe di equivalenza di quelle proprietà costituisce una grandezza fisica.
misurabile
grandezza fisica
Unità di misuraUnità di misura
In questo caso, è possibile scegliere la proprietà di un particolare sistema ed eleggerla a unità di misura per quella grandezza fisica.
Fissata l'unità di misura, la quantità di tale grandezza per un qualsiasi altro sistema potrà dunque essere univocamente specificata da un valore numerico ottenuto dal rapporto con la proprietà scelta come campione di riferimento.
unità di misura
EsempioEsempio
La lunghezza di un oggetto può essere confrontata con quella di un
altro oggetto.
La lunghezza, in astratto, costituisce una grandezza fisica perché è
possibile stabilire la proporzione, ovvero il rapporto fra la lunghezza
specifica di due oggetti.
Possiamo allora scegliere la lunghezza di un oggetto particolare, come
il metro campione, e utilizzarla come unità di misura per la lunghezza
di qualsiasi altro oggetto.
Grandezza: Lunghezza
Unità di misura: Il metro è l’unità di misura della lunghezza.
1. Fino al 1875:
1 m = 1/40.000.000 lunghezza del meridiano terrestre
2. dal 1875 al 1960
1 m = distanza fra due tacche di una sbarra di Pt-Ir conservata al Bureau International des Poids et Mesures di Sèvres (Parigi)
3. tra il 1960 ed il 1983
1 m = distanza corrispondente a 1 650 763,73 lunghezze d’onda di una specifica radiazione elettromagnetica emessa da un atomo di 86Kr
4. dal 1983
1 m = distanza percorsa dalla luce nel vuoto in (1/2.997 924 58)·108 s
Misura di una grandezza fisica
Numero seguito da una unità di misura e un intervallo di indeterminazione
L = (15,3 0,2) cm
Rapporto tra il valore della grandezza misurata del sistema fisico in osservazione e quello di una grandezza ad essa omogenea assunta come unità.
Misura diretta: numero di volte in cui la grandezza riferita al campione della unità di misura è contenuta nella grandezza del sistema misurata
Misura indiretta: si ricava il valore della grandezza fisica del sistema, utilizzando, nella legge che la definisce, il valore di altre grandezze fisiche ottenuto con una misura diretta.
Esempio
Misura di una lunghezza con un regolo
Quante volte la lunghezza del regolo sta nella lunghezza dell’oggetto misurato
Campione di unità di misura
I criteri che si usano per scegliere i campioni sono:
•Disponibilità
•Facilità di riproduzione
•Precisione
Assieme al campione deve essere garantita la sua portabilità.
Il valore si sceglie in riferimento alla sua utilità pratica onde evitare che sia necessario un eccessivo uso di suffissi
Sistemi di unità di misura
convenzionali fondamentali per poter comunicare in una comunità
Ora universalmente accettato: SISI (Systhème InternationaleSysthème Internationale)Derivazione del MKS
Ogni grandezza ha un simbolosimbolo (non abbreviazione: niente puntino finale!)
Ogni grandezza ha un nomenome che si scrive sempre minuscolo
Esempio:grandezza fisica: forzasimbolo: Funità di misura: N (newton)
Quando si esprime il valore di una grandezza fisica questa va indicata1. o in notazione scientifica2. o in notazione tecnica (con l’uso di prefissi)
Se ci sono dei calcoli intermedi, in essi non si riportano le unità Le unità si riportano solo nel risultato finale
Espressione di una misura in:
Notazione scientifica: P = 5,65 ·106 W
Con l’uso di prefissi : P = 5,65 MW
Principali prefissi usati per le unità di misura nel SI
Nome Simbolo Moltiplica perNome Simbolo Moltiplica per
tera- T- 1012
giga- G- 109
mega- M- 106
kilo- k- 103
etto- h- 102
deca- da- 101
deci- d- 10-1
centi- c- 10-2
milli- m- 10-3
micro- - 10-6
nano- n- 10-9
pico- p- 10-12
Le 7 unità fondamentali del Sistema InternazionaleLe 7 unità fondamentali del Sistema Internazionale
Unità di misura Simbolo u.m. Grandezza fisica
metro m lunghezza
chilogrammo kg massa
secondo s tempo
ampere A intensità di corrente elettrica
kelvin K temperatura termodinamica
candela cd intensità luminosa
mole mol quantità di sostanza
Le 2 unità supplementariLe 2 unità supplementari
radiante rad angolo piano
steradiante sr angolo solido
Le 7 unità fondamentali del Sistema InternazionaleLe 7 unità fondamentali del Sistema Internazionale
Unità di misura Simbolo u.m. Grandezza fisica
metro m lunghezza
chilogrammo kg massa
secondo s tempo
ampere A intensità di corrente elettrica
kelvin K temperatura termodinamica
candela cd intensità luminosa
mole mol quantità di sostanza
Le 2 unità supplementariLe 2 unità supplementari
radiante rad angolo piano
steradiante sr angolo solido