Corso di FISICA - DidatticaWEB

Anno accademico 2019/2020
Corso di Laurea in Scienze Biologiche (canale M-Z)

 Corso di FISICA
 Docente: Dr.ssa Alessia Fantini
 LEZIONI (aula T8)
 Martedì ore 11-13
 Mercoledì ore 11-13
 Venerdì esercitazioni ore 9-11

Orario ricevimento: Martedì 14:00 15:00
Tel. 06 72594287

Per comunicazioni, dispense, risultati:
http://didatticaweb.uniroma2.it/files/index/modulo/176053M4507-Fisica

Testi consigliati

• Serway & Jewett: “Principi di Fisica“ Volume I
EdiSES

• D. Halliday, R. Resnick, J. Walker: "Fondamenti di Fisica“
Casa Editrice Ambrosiana, V Edizione.

• Knight-Jones-Field “Fondamenti di Fisica” Piccin

• Jhon R. Gordon Ralph V.Grew.Raymond A Serway
 “Esercizi di Fisica” EdiSES

Ogni atomo nel tuo corpo viene da una stella che è esplosa. E gli atomi
nella tua mano sinistra vengono probabilmente da una stella differente
da quella corrispondente alla tua mano destra. È la cosa più poetica che
conosco della fisica:

 TU SEI POLVERE DI STELLE
(Lawrence Maxwell Krauss)

Che cos’è la fisica.. e perché si studia
q La Fisica è la scienza che:
 Ø Studia l’origine dei fenomeni naturali che hanno luogo nel nostro
 universo
 Ø Indaga la materia, l’energia e il rapporto che le lega
q La Fisica è una scienza sperimentale:

Si Enunciano le leggi: Leggi: relazioni sperimentalmente provate tra le grandezze
 che caratterizzano i fenomeni (es: Legge di Hooke: Felastica=k(x-x0))
 Principi: ipotesi generali non smentite
Si definiscono i principi: ! ! dall’esperienza
 (es: II Principio della dinamica F = ma )

Si formulano teorie: Teorie: insieme di equazioni matematiche che basandosi su
 un ridotto numero di principi è capace di spiegare non solo
 il fenomeno osservato, ma tutti i fenomeni dello stesso tipo
 che saranno osservati anche in futuro (es: Meccanica Newtoniana).

Si osserva un fenomeno,
 Metodo scientifico
 Si identifica un “problema”

 Si formula
 un’ipotesi…
 Si effettua l’esperimento
 (si misurano le grandezze in
Si effettuano delle gioco)
 osservazioni

 Si analizzano
 i dati

 Nuovi
 gli sperimenti esperimenti
 non verificano
 le previsioni
 Esperimenti
 sbagliati???
 Verifica sperimentale delle
 previsioni

 Gli sperimenti verificano
 le previsioni Ipotesi
 sbagliate??

 Formulazione
 delle
 conclusioni Divulgazione
 ( e di leggi dei risultati
 generali )

Grandezze Fisiche(1)
 Lunghezza, tempo, spostamento, massa, velocità, accelerazione, temperatura,
 forza, lavoro…
 Grandezza fisica ed osservabile: quantità sulla quale è possibile
 eseguire una misura

 GRANDEZZA FISICA VALORE UNITÀ
 (quantità misurabile) NUMERICO DI MISURA

Ø La misura viene espressa in termini di rapporto tra la quantità in esame e
 CAMPIONE omogeneo scelto come unità di misura:
 quantità
 campione
Es: se misurando la durata di un certo fenomeno troviamo il valore T=10,5 secondi, ciò
significa che il fenomeno considerato è durato 10 volte e mezza più a lungo della durata
“campione” di 1 secondo.

 Le unità di misura identificano UNIVOCAMENTE la grandezza stessa

Grandezze Fisiche(2)
• Esistono un enorme numero di grandezze fisiche, ma non tutte sono indipendenti tra loro
 ( es. velocità = lunghezza/tempo)

• GRANDEZZE FONDAMENTALI
 Grandezze fisiche intuitive indipendenti l’una dall’altro, da cui, tramite relazioni
 matematiche, è possibile ottenere tutte le altre grandezze.

• GRANDEZZE DERIVATE
 Grandezze fisiche che possono essere descritte attraverso le grandezze fondamentali
 mediante relazioni analitiche più o meno complesse.

• STANDARD INTERNAZIONALE: SISTEMA INTERNAZIONALE (S.I.)
 Le grandezze fisiche si organizzano secondo uno standard internazionale (S.I.)
 basato su poche grandezze fondamentali, per le quali i campioni di unità (“unità
 fondamentali”) sono invariabili ed “accessibili”

• In Meccanica Classica si hanno tre grandezze fondamentali:
 ingredienti base per la descrizione dei fenomeni di movimento

 proprietà dei corpi che contribuisce a determinare il movimento

• Un quarta grandezza fondamentale viene introdotta per studiare l’elettromagnetismo:

Grandezze fisiche fondamentali ed unità di misura

 GRANDEZZE Lunghezza Tempo Massa
 FONDAMENTALI [L] [T] [M]

 Unità di misura Metro Secondo Kilogrammo
 (m) (s) (Kg)
 1
Ø lunghezza che la luce percorre nel vuoto in secondi
 299.792.458

Ø tempo corrispondente a 9.192.631.770 periodi della radiazione
corrispondente alla transizione tra due livelli iperfini, dello stato fondamentale
dell'atomo di cesio-133 (orologio atomico)Il secondo è l’unità di misura definita con
maggiore precisione, dell’ordine di 10-12s

Ø massa di 4,595 · 10 7 mP. Dove mP = massa di Planck, cioè la
massa di una particella la cui lunghezza Compton è pari (a meno di un fattore 2p)
alla lunghezza d’onda di Planck:
 ℏ 
 ! = ≈ 21.76 
 

Tabella grandezza derivate e corrispondenti unità di misura

 g

Conversione delle unità di misura
• Noto il valore di una grandezza in un sistema di unità di misura, è possibile esprimerlo in
 qualunque altro sistema per mezzo di una opportuna conversione e la relazione di
 conversione delle unità da un sistema all’altro, si chiama FATTORE DI CONVERSIONE
• Es
 Specifiche tecniche Iphone X 1 inch (pollice) = 25,4 mm

 1ounce (oncia) = 28,3495231 g

 25,4mm 28,345g
 =1 FATTORI DI CONVERSIONE =1
 1inch 1oz
 25,4mm
 Altezza Iphone in mm: h = 5.65in ⋅ = 143,51mm
 1in

Altro esempio
Determinare in km/h ed in m/s la velocità di un’imbarcazione che viaggia a 10 nodi:

1) 1nodo = 1mi/h mi= miglio marino

 1.852km
2) 1 miglio marino(mi)= 1.852 km => Fattore di conversione da mi a km: =1
 1mi

 10 3 m
3) 1km =103 m => Fattore di conversione da km a m: =1
 1km
 1h
4) 1 ora(h) = 3600 s => Fattore di conversione da h a s: =1
 3600s
 mi mi mi 1.852km km
 1 nodo = 1 =1 ×1 = 1 × = 1.852
 h h h 1mi h
 km 10 3 m 1h 1852
 1 nodo = 1.852 ⋅ ⋅ = m s = 0.514 m s
 h 1km 3600s 3600
 ì
 ï10 ×1.852 km h = 18.52 km h
 v barca = 10 nodi = í
 ï
 î10 × 0.514 m s = 5.14 m s

1litro=1 dm3=10-3m3

Conversione litro m3

 1litro=1 dm3=10-3m3

Incertezza sperimentale e cifre significative
q La fisica è una scienza sperimentale
Le misure e l’incertezza con cui vengono effettuate sono il fulcro di ogni esperimento.

q Le misure possono essere dirette o indirette e vengono sempre espresse
 mediante un numero seguito dall’errore e dall’unità di misura
 • Misure dirette : la grandezza viene confrontata con campioni multipli (o sottomultipli)
 dell’unità fondamentale (es: misura della lunghezza di un tavolo mediante un righello
 tarato)

 • Misure indirette: la grandezza è legata ad altre grandezze che possono essere misurate
 direttamente ( es: area di un parallelepipedo che si può ottenere a partire dalla misura
 diretta dei suoi lati)

 A=a×b=(484,2±1.9)cm2
q Incertezza sperimentale
 Se la misura è eseguita con strumenti tarati, alla misura stessa sarà associato un’incertezza
che sarà pari alla minima variazione che lo strumento stesso riesce a definire

q Errore sperimentale (che può essere sistematico o casuale)
 Se la misura di una stessa grandezza viene ripetuta più volte in genere si otterranno
valori diversi anche se molto vicini tra loro (incertezza dovuta allo strumento ed all’operatore)

q L’errore sulla misura stabilisce il numero di cifre significative che si
 possono garantire come esatte

Cifre significative
• Numero di cifre significative di un valore numerico = Numero di
 cifre che si conoscono in maniera attendibile.
 Es:
 23.21 => 4 cifre significative
 23.2 => 3 cifre significative
• Il numero di cifre significative è dato da tutti i numeri decimali
 e non, esclusi gli zeri a sinistra della prima cifra diversa da 0
Es:
 0.021 cm => 2 cifre significative
 80.0 cm => 3 cifre significative
 80 cm => ambiguo ( dipende dal contesto in cui viene presentato)

• Il risultato di una moltiplicazione (o divisione) ha un numero di cifre
 significative pari a quelle del fattore con meno cifre significative
Es:
 A = 4,5cm × 3,25cm = 15cm2 (e non 14,625, come da risultato della calcolatrice)

• Il risultato di una somma (o sottrazione) non deve contenere più cifre
 decimali del numero con meno cifre decimali
Es:
 R = 3.6cm − 0.57cm = 3.0cm (e non 3.03 )

Notazione scientifica
• Spesso è conveniente esprimere i numeri in termini di potenze di 10 cioè in
 notazione scientifica

• Distanza Terra-sole ≈150.000.000 km Distanza terra-sole ≈ 1.5 108km
• Raggio Terra ≈6.000.000 m Raggio Terra ≈ 6 106 m
• Diametro globulo rosso ≈0.0075mm Diametro globulo rosso ≈ 7.5 10-3 mm

• Con la notazione scientifica è sempre esplicitato in modo chiaro il numero di cifre
 significative
• Es:
 3690000 in notazione scientifica si scrive: 3.69 106
 0.000021 in notazione scientifica si scrive: 2.1 10-5

Come convertire un numero in notazione scientifica:
Numero maggiore di 10 => si sposta il punto decimale verso sinistra fino a lasciare
una sola cifra a sinistra del punto decimale e si moltiplica per una potenza di 10 pari
al numero di spostamenti effettuati
 369000.0 => 3.69･106
Numero minore di 1 => si sposta il numero verso destra fino a superare la prima
cifra significativa e si moltiplica per 10 elevato ad una potenza negativa. La potenza
è pari al numero di spostamenti effettuati
 0.0021 => 2.1･10-5

Ordini di grandezza(1.1)
Ordine di Grandezza (di un numero) => potenza di 10 del numero quando esso è espresso
 in notazione scientifica.
 Es: A=2300=2.3·103 => 3 è l’ordine di grandezza di A
Walter Lewin:
”Nella fisica esploriamo dall’estremamente piccolo (piccola frazione del protone)
all’estremamente grande (l’universo stesso); e per fare questo utilizziamo 45 ordini
di grandezza: 1 con 45 zeri dietro
(1000000000000000000000000000000000000000000000 … dovrebbero essere 45
zeri)”

 1045 ordini di grandezza

 https://www.youtube.com/watch?v=Qkw8a3uBaAw

10-17 metri 1026 metri

Tabella dei multipli e sottomultipli