Transcript corso di fisica - Docenti.unina.it

CORSO DI FISICA
Adele Lauria
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• 8 lezioni di 3 ore ciascuna (24 ore totali)
• giovedì dalle 14.00 alle 17.00
• testi consigliati:
1. Elementi di Fisica, di Ezio Ragazzino, EDISES, 2° ed. (2008), 24.00€.
2. Principi di Fisica, di Ezio Ragazzino, EDISES, (2007), 35.00€
3. Principi di Fisica, di F. Borsa, A. Lascialfari, EDISES, 2° ed. (2015),
33.00€.(disponibile anche come e-book)
4. Fisica Biomedica, di D. Scannicchio, EDISES.
• Materiale didattico e prenotazioni esami: su web docenti
Adele Lauria → Didattica → Materiale Didattico → Fisica → Lezioni
1
Metodo scientifico di Galileo
• Le leggi della fisica permettono di descrivere il
mondo che ci circonda ed i fenomeni che lo
caratterizzano
• Le leggi fisiche sono espresse in termini di equazioni
matematiche
• Tramite queste formulazioni è possibile confrontare
la teoria con quanto si osserva sperimentalmente
• Alcune teorie sono ormai assodate, altre in continua
evoluzione
2
Grandezze fisiche
• La formulazione matematica richiede la introduzione di
grandezze fisiche adatte a descrivere il mondo ed i fenomeni
• Le grandezze fisiche permettono la misura e la descrizione di
ciò che osserviamo
• Le grandezze fisiche possono essere:
 Fondamentali:
osservabili.
sono
grandezze
fisiche
direttamente
Esempio: lunghezza, massa, tempo, temperatura, carica elettrica.
 Derivate: grandezze definite a partire dalle grandezze
fondamentali.
Esempio: velocità, accelerazione, energia, forza, portata.
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Unità di misura
• L’unità di misura è l’unità in cui viene misurata una
certa grandezza fisica
• Le unità fondamentali vengono scelte
convenzione all’interno di un certo Sistema
per
• Il sistema di unità di misura più diffuso è il Sistema
Internazionale (SI)
• Una commissione internazionale stabilì un insieme
di definizioni e di campioni per descrivere le
grandezze fisiche fondamentali
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Definizione di alcune grandezze fisiche
Tempo: 1 secondo equivale a:
– 1/86 400 del giorno,
– alla durata di 9 192 631 770 oscillazioni dell’isotopo 133
dell’atomo di cesio.
Lunghezza: 1 metro è definito come la distanza percorsa dalla
luce in 1/299 792 458 secondi.
Massa: 1 kilogrammo è definito da un campione di platinio-iridio
conservato al Museo dei Pesi e delle Misure di Sevres.
5
Grandezze fisiche ed unità di misura nel SI
Grandezza fisica
Unità di misura
Simbolo
Lunghezza
metro
m
Massa
chilogrammo
kg
Tempo
secondo
s
Temperatura
kelvin
K
Carica elettrica
coulomb
C
Intensità luminosa
candela
cd
6
Grandezze fisiche ed unità di misura nel cgs
Grandezza fisica
Unità di misura
Simbolo
Lunghezza
centimetro
cm
Massa
grammo
g
Tempo
secondo
s
Temperatura
kelvin
K
Carica elettrica
coulomb
C
Intensità luminosa
candela
cd
7
Sistemi di Misura: un errore costato caro!
Il Mars Climate Orbiter venne distrutto
quando, invece di posizionarsi ad una
altezza di 140 km dalla superficie di
Marte, si inserì nell'atmosfera marziana
ad una altezza di soli 57 km.
La sonda venne distrutta dagli stress
causati dall'attrito presente a quella
altezza con l'atmosfera.
Si scoprì che alcuni dati erano stati
calcolati a Terra in base all'unità di misura
del sistema imperiale (libbra, piede, s), e
riferiti al team di navigazione che invece
si aspettava i dati espressi in unità di
misura del SI (kg, m, s).
La sonda non era in grado di effettuare conversioni tra le due unità di misura.
Il costo totale della missione fu di 328 milioni di dollari.
Multipli e sottomultipli
Fattore di
moltiplicazione
Prefisso
Simbolo
1 000 000 000 000 = 1012
tera
T
1 000 000 000 = 109
giga
G
mega
M
103
kilo
k
100 = 102
etto
h
10 = 101
deca
da
0.1 = 10-1
deci
d
0.01 = 10-2
centi
c
0.001 = 10-3
milli
m
10-6
micro
m
0.000 000 001 = 10-9
nano
n
0.000 000 000 001 = 10-12
pico
p
1 000 000 = 106
1 000 =
0.000 001 =
multipli
Sottomultipli
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Ordini di grandezza: esempi
Alcune lunghezze
distanza del corpo celeste più lontano
altezza di un uomo
dimensioni di un globulo rosso
dimensioni di un nucleo atomico
Alcune masse
massa dell’Universo (stima)
massa della Terra
massa di un uomo
massa di un globulo rosso
massa dell’elettrone
Alcuni tempi
età dell’Universo (stima)
giorno solare
intervallo tra due battiti cardiaci
valore in m
1025 m
1.7×100 m
10-5 m
10-15 m
valore in kg
1055 kg
5.98×1024 kg
7×101 kg
10-16 kg
9.1×10-31 kg
valore in s
4.7×1017 s
8.64×104 s
8×1010-1 s
Analisi dimensionale
Ad ogni grandezza fisica corrisponde una dimensione:
Grandezza
Dimensione
lunghezza
[L]
area
[L2]
volume
[L3]
tempo
[T]
velocità
[L/T]
accelerazione
[L/T2]
energia
[M·L2/T2]
Conversione fra multipli e sottomultipli
Esempi:
Aree:
1m2 = (10 dm)2 = 102 dm2
(102 cm)2 = 104 cm2
(103 mm)2 = 106 mm2
(10-3 km)2 = 10-6 km2
Volumi:
1m3 = (10 dm)3 = 103 dm3
(102 cm)3 = 106 cm3
(103 mm)3 = 109 mm3
(10-3 km)3 = 10-9 km3
1 litro = 1 dm3
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Esercizio 1
Una tipica cellula umana ha il diametro di circa 10 μm ed è circondata
da una membrana dallo spessore di 5 nm.
a) Quale è il volume della cellula?
b) Quale è il volume della membrana cellulare?
c) Quale percentuale del volume cellulare è occupato dalla
membrana?
d) Esprimere il volume della cellula in m3, l e cm3.
Per semplificare i calcoli supporre che la cellula abbia forma sferica.
13
Esercizio 2
Dimostrare che l’equazione che descrive il moto di un corpo:
1 2
𝑥 = 𝑥0 + 𝑣0 𝑡 + 𝑎𝑡
2
In cui 𝑥 è la posizione del corpo, 𝑣0 la velocità, 𝑡 il tempo, è
consistente.
14
Errori di misura
G = grandezza fisica da misurare
x’ = valore misurato della grandezza
x* = valore effettivo della grandezza
?
x’ = x*
La misura è affetta da errore.
Esempi di errore:
• Posizione dell’occhio dell’osservatore
• Finezza dell’indice e posizione dell’osservatore
• Preparazione dell’operatore
10_1
• Taratura dello strumento
Errori di misura
Esistono due tipi di errori:
1. errori SISTEMATICI
2. errori CASUALI
Come determinare una stima della grandezza?
1. Si determinano delle misure x1, …, xn.
2. Si determina:
x1  ...  xn
x
n
3. Si pone:
x x
*
10_2
Errori di misura
Da cui si ricava l’errore assoluto che rappresenta il grado
di incertezza della misura:
xmax  xmin
a 
2
Si definisce MISURA ATTENDIBILE la quantità:
x  a
Errori di misura
Altre grandezze significative sono:
Errore relativo: è il rapporto, espresso in
percentuale, tra l’errore assoluto e la misura
attendibile.
Scarto
quadratico
medio
o
deviazione
standard:
indicatore
statistico che tiene conto di tutte le
misure e non solamente del valore
massimo o minimo della serie di misure
r 
a
n

x
 x  x 
i 1
2
i
n
Esercizio 3
Calcolare la misura attendibile, l’errore assoluto, l’errore
relativo e la deviazione standard dei seguenti dati riferiti alla
massa di un oggetto espressa in grammi:
32.2
32.4
32.4
32.6
32.1
20