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Grandezze fisiche.
- 1. Prof. A. Spagnolo – Liceo “P.Villari” - Napoli Cos’è la fisica?
- 2. Prof. A. Spagnolo – Liceo “P.Villari” - Napoli Perché studiare la fisica? • Motivo di ordine culturale: ...fatti non foste a viver come bruti ma per seguir virtute e conoscenza......(Canto XXVI) • Motivo di ordine pratico: … è necessario comprendere il mondo che ci circonda per poter prendere decisioni libere e consapevoli sulla nostra vita • Motivo di ordine personale: … chi decide di intraprendere un percorso scientifico non può prescindere dalla conoscenza della fisica, la “madre” di tutte le scienze...
- 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.
- 4. Prof. A. Spagnolo – Liceo “P.Villari” - Napoli
- 5. Prof. A. Spagnolo – Liceo “P.Villari” - Napoli Capitolo 1 Le grandezze
- 6. Prof. A. Spagnolo – Liceo “P.Villari” - Napoli 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
- 7. Prof. A. Spagnolo – Liceo “P.Villari” - Napoli La bellezza è una grandezza fisica?
- 8. Prof. A. Spagnolo – Liceo “P.Villari” - Napoli 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.
- 9. Prof. A. Spagnolo – Liceo “P.Villari” - Napoli 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 più 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.
- 10. Prof. A. Spagnolo – Liceo “P.Villari” - Napoli Esempio: la lunghezza (I) Criterio di confronto : i due oggetti da misurare si devono allineare per una estremità e vedere se l’altra estremità coincide. Le due lunghezze sono uguali Il blu è più lungo del rosso. Il confronto non è possibile.
- 11. Prof. A. Spagnolo – Liceo “P.Villari” - Napoli Esempio: la lunghezza (II) Un criterio di somma : La somma delle lunghezze di due oggetti si definisce accostando gli oggetti (mantenuto paralleli) per una estremità e misurando la distanza tra gli altri due estremi.
- 12. Prof. A. Spagnolo – Liceo “P.Villari” - Napoli Esempio: la lunghezza (III) L'unità 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…..
- 13. Prof. A. Spagnolo – Liceo “P.Villari” - Napoli Sistema di unità 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
- 14. Prof. A. Spagnolo – Liceo “P.Villari” - Napoli L’albero genealogico delle grandezze massa lunghezza volume densità tempolunghezza velocità
- 15. Prof. A. Spagnolo – Liceo “P.Villari” - Napoli 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
- 16. Prof. A. Spagnolo – Liceo “P.Villari” - Napoli Il Sistema Internazionale di unità (1) orologio
- 17. Prof. A. Spagnolo – Liceo “P.Villari” - Napoli Il Sistema Internazionale di unità (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
- 19. Prof. A. Spagnolo – Liceo “P.Villari” - Napoli Multipli e sottomultipli
- 20. Prof. A. Spagnolo – Liceo “P.Villari” - Napoli Regole di scrittura I simboli delle unità 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 unità 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 estremità dei due oggetti e valutando la posizione relativa delle seconde estremità.
- 25. Prof. A. Spagnolo – Liceo “P.Villari” - Napoli Unità di misura L’unità di misura della lunghezza è il metro (m), definito come la distanza percorsa dalla luce, nel vuoto, in un intervallo di tempo pari a 1/299 792 458 di secondo. Fino al 1960 l'unità di misura era il metro campione, in lega di platino e iridio, conservato nel museo di Sévres (Parigi).
- 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 quantità di materia) è quella grandezza che si misura con la bilancia a bracci uguali. La massa di un corpo è uguale al numero di unità 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 densità (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 densità Nel Sistema Internazionale la densità si misura in kg/m3 .
- 36. Prof. A. Spagnolo – Liceo “P.Villari” - Napoli Metodi di misura di densità 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 densità 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?
- Perché la bellezza non è una grandezza?
- Perché la bellezza non è una grandezza?
- Qual è l’unità di misura adottata nella foto di sinistra? La spanna. E in quella di destra? La “forchetta”. Misurare una lunghezza, benché sia semplice, non è un'operazione banale (un bimbo di quattro anni non saprebbe farla...). Invitare un alunno a misurare con un righello la lunghezza di un lato di un foglio e successivamente quella di un lato del banco.
- 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 unità 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
- Il metro fu introdotto nel 1791, all’epoca della rivoluzione francese, come la quarantamilionesima parte di un meridiano terrestre. Il metro «campione», costituito da una barra di platino-iridio, è conservata all’Ufficio Internazionale di Pesi e Misure di Sèvres, vicino Parigi. Per quale ragione nel 1983 si decise di cambiare la definizione del metro? Perché un metro costruito con la definizione attuale in qualunque laboratorio del mondo ha sempre la stessa lunghezza?
- Il metro fu introdotto nel 1791, all’epoca della rivoluzione francese, come la quarantamilionesima parte di un meridiano terrestre. Il metro «campione», costituito da una barra di platino-iridio, è conservata all’Ufficio Internazionale di Pesi e Misure di Sèvres, vicino Parigi. Per quale ragione nel 1983 si decise di cambiare la definizione del metro? Perché un metro costruito con la definizione attuale in qualunque laboratorio del mondo ha sempre la stessa lunghezza?
- 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 unità 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.
- Qual è la massa del ragazzo in base all’unità di misura utilizzare per equilibrare la bilancia? Perché una bilancia a braccia uguali? Non possiamo usare una comune bilancia pesa persone? Sulla Luna il nostro peso vale circa 1/6 del suo peso sulla Terra.
- Qual è la massa del ragazzo in base all’unità di misura utilizzare per equilibrare la bilancia? Perché una bilancia a braccia uguali? Non possiamo usare una comune bilancia pesa persone? Sulla Luna il nostro peso vale circa 1/6 del suo peso sulla Terra.
- La densità è una grandezza derivata. La densità ha le dimensioni fisiche di una massa divisa per una lunghezza al cubo.
- Le due bottiglie hanno lo stesso volume: è più densa la sabbia (bottiglia a sinistra) o la segatura (bottiglia a destra)?
- Come si passa dall’unità di misura g/cm3 a quella del Sistema Internazionale, cioè kg/m3?
- Come si passa dall’unità di misura g/cm3 a quella del Sistema Internazionale, cioè kg/m3?
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