Fisica - Nozioni Basilari

La Fisica è la scienza sperimentale che studia i fenomeni naturali con lo scopo di scoprire le leggi generali che permettono di descriverli e di prevedere la loro evoluzione.

I campi di indagine della fisica sono molteplici: il movimento, le forze, l’energia, i fenomeni che danno origine alle sensazioni di caldo e freddo, i fenomeni luminosi, i fenomeni relativi alle proprietà elettriche e magnetiche, sono solo alcuni degli argomenti affrontati dalla Fisica.

Tradizionalmente si usa dividere lo studio della fisica in varie parti:
● la meccanica, che studia i fenomeni del movimento;
● la termologia, che studia i fenomeni termici;
● l’acustica, che studia i fenomeni sonori;
● l’ottica, che studia la natura della luce e i fenomeni associati;
● l’elettromagnetismo, che studia i fenomeni elettrici e magnetici;
● la fisica atomica e subatomica che studia l’atomo e quelli che si pensano essere i costituenti ultimi dell’Universo.

Ciò che spinge gli scienziati a studiare i fenomeni della natura non è soltanto il desiderio di conoscenza, ma anche l’esigenza di sviluppare le applicazioni tecnologiche.

Una grandezza fisica è una caratteristica di un corpo o di un fenomeno che può essere misurata.

Una qualsiasi affermazione riguardante i fenomeni naturali ha validità scientifica se soddisfa due requisiti fondamentali:
● deve essere oggettiva, ovvero interpretabile da chiunque allo stesso modo;
● deve essere verificabile, da chiunque in qualunque momento.

Per misurare una grandezza fisica è necessario scegliere l’unità di misura, cioè una grandezza di riferimento dello stesso tipo, a cui si associa un valore unitario.
Lo strumento di misura è l’oggetto che consente di operare il confronto fra la grandezza fisica e la sua unità di misura.

La misura di una grandezza fisica, per quanto accurata, comporta un’imprecisione più o meno grande a cui si dà il nome di errore di misura (o incertezza sperimentale). Per questa ragione il risultato di una misura non può mai essere espresso mediante un solo numero ma corrisponde a un intervallo di valori compresi fra un minimo e un massimo (intervallo di misura). Quanto più piccolo è questo intervallo di misura, tanto più piccolo è l’errore commesso e tanto più precisa la misura della grandezza fisica.
L’errore di misura può essere accidentale (ad esempio dovuti ad errori di lettura da parte dell’osservatore) quando influenza la misura alcune volte per eccesso, altre volte per difetto, o sistematico quando influenza la misura sempre per eccesso o sempre per difetto (ad esempio un difetto di fabbricazione dello strumento di misura).

Le caratteristiche degli strumenti di misura sono quattro:
● Sensibilità: si tratta della più piccola quantità che può essere misurata
● Portata: è il valore massimo che può essere misurato
● Precisione: è un indice della qualità dello strumento utilizzato
● Prontezza: indica la velocità con cui lo strumento risponde a variazioni della quantità da misurare.

Una misura può essere effettuata utilizzando due diversi metodi di misura:
● Una misura si dice diretta quando la grandezza da misurare è confrontata direttamente con la corrispondente unità di misura.
● Una misura si dice indiretta quando il valore della grandezza fisica è ottenuta sfruttanto opportune relazioni matematiche che legano la grandezza da misurare ad altre grandezze che possono essere misurate direttamente.

Campioni di unità di misura: sono oggetti fisici che “materializzano” le unità di misura.
L’insieme delle unità di misura delle grandezze fisiche e dei relativi campioni costituisce un sistema di unità di misura. Per ovviare ai problemi di incompatibilità tra i vari sistemi nel 1960 la comunità scientifica ha deciso di adottare un unico sistema di unità di misura chiamato Sistema Internazionale di unità di misura (S.I.)

Nel Sistema Internazionale i campioni di unità di misura sono definiti soltanto per sette grandezze fisiche, che costituiscono le grandezze fondamentali del S.I.
● il metro per la lunghezza
● il kilogrammo per la massa
● il secondo per il tempo
● l’amprere per l’intensità di corrente elettrica
● il kelvin per la temperatura
● la candela per l’intensità luminosa
● la mole per la quantità di sostanza

A queste si aggiungono due grandezze supplementari:
● il radiante per l’angolo piano
● lo steradiante per l’angolo solido

Nel S.I. tutte le grandezze fisiche che non sono fondamentali sono dette grandezze derivate. (es. densità, accelerazione, lavoro). Per esse non è definito alcun campione e le loro unità di misura si ottengono sfruttando le relazioni matematiche che le legano alle grandezze fondamentali.

Una legge fisica esprime la relazione quantitativa che lega tra loro le grandezze fisiche coinvolte nella descrizione di un fenomeno.
Per ricavare una legge fisica bisogna seguire una precisa sequenza di operazioni che nel loro insieme costituiscono il Metodo Scientifico.

1. Si osserva il fenomeno: vengono individuati gli aspetti rilevanti del problema.
2. Si individuano le grandezze fisiche: si scelgono le grandezze fisiche più adeguate a descrivere il fenomeno in oggetto.
3. Si fanno ipotesi: attraverso la Matematica, si fanno ipotesi cercando la relazione che lega le grandezze fisiche precedentemente individuate.
4. Si conducono esperimenti: si mettono a punto specifici esperimenti per verificare la correttezza delle ipotesi.
5. Formulazione della legge fisica: se le ipotesi non vengono confermate si torna al punto 3 e se ne formulano di nuove. Se l’esperimento è compatibile con le ipotesi si può procedere alla formulazione della legge riguardante il fenomeno considerato.

Le grandezze fisiche possono essere scalari o vettoriali. Le grandezze vettoriali (es. velocità, accelerazione, forza) sono grandezze fisiche caratterizzate da un numero (che ne esprime la misura), da una direzione e da un verso. A tutte le grandezze a cui non si può associare una direzione, ovvero quelle per le quali è sufficiente conoscere il valore numerico, si da il nome di grandezze scalari (es. temperatura, tempo, massa).