appunti di fisica

Introduzione

La fisica fornisce i concetti alla base di ogni altra scienza naturale. In particolare la fisica degli atomi è alla base della chimica moderna e della biologia molecolare. Inoltre aiuta a sviluppare capacità di ragionamento per risolvere problemi scientifici di qualsiasi natura. Galileo Galilei ha stabilito una linea di demarcazione tra la scienza naturale dei tempi antichi e la moderna fisica, stabilendo che il mondo naturale è osservabile attraverso dei processi di misurazione e che le grandezze fisiche che andiamo a misurare sono legate tra di loro da leggi esprimibili in forma matematica. Egli creò il metodo sperimentale, fondamentale ancora oggi per studiare i fenomeni naturali. Studiare fisica significa individuare, capire e ricordare solo i principi e le leggi fondamentali, senza imparare a memoria centinaia di dati e formule.

Le grandezze fisiche

Una grandezza fisica è la proprietà misurabile di un fenomeno, corpo o sostanza, chepuò essere distinta qualitativamente e quantitativamente, mediante un numero o un vettore, in assegnate unità di misura ed eventualmente in un prefissato riferimento. Le grandezze si dividono in:

• Fondamentali: le loro unità sono definite da costanti fondamentali della fisica.
  • Lunghezza: [m]
  • Tempi: [s]
  • Massa: [m]
  • Temperatura: [K]
  • Intensità di corrente elettrica: [A]
  • Intensità luminosa: [cd]
  • Quantità di sostanza: [mol]
• Derivate: dipendono dalle grandezze fondamentali attraverso operazioni matematiche.
  • Ad esempio l'energia è una grandezza derivata, definita da masse, lunghezze e tempi. [1J= 1Kg m t]

PREFISSI COMUNEMENTE USATI

• Tera, T: 10¹²
• Giga, G: 10⁹
• Mega, M: 10⁶
• Kilo, K: 10³
• Centi, c: 10^-2
• Milli, m: 10^-3
• Micro, µ: 10^-6
• Nano, n: 10^-9

NOTAZIONE SCIENTIFICA È molto importante nell'espressione dei valori numerici delle grandezze fisiche.

È una notazione matematica comoda per scrivere numeri molto grandi o molto piccoli. Consiste nell'esprimere un valore come un numero compreso tra uno e nove moltiplicato per una potenza di dieci.

CIFRE SIGNIFICATIVE

Sono tutte le cifre conosciute con precisione del valore numerico di una grandezza, cioè tutte le cifre che si conoscono in modo affidabile più l'ultima cifra stimata, perciò più cifre significative si hanno più precisa è la misurazione.

Nei calcoli, quando due o più grandezze vengono sommate, sottratte, moltiplicate o divise, il risultato ha un numero di cifre significative pari a quello della grandezza meno precisa e l'approssimazione deve essere fatta solo alla fine del calcolo e non ad ogni passaggio.

APPROCCIO SCIENTIFICO ALLA SOLUZIONE DEI PROBLEMI

Leggere e rileggere.

Annotare le informazioni date.

Disegnare l'eventuale figura.

Identificare i quesiti del problema.

Identificare l'ambito fisico.

del problema.

• Riflettere su quali principi possono essere applicati al problema.
• Lavorare il più possibile con le formule e sostituire i numeri solo quando davvero necessario e solo dopo aver messo ogni valore nell'unità di misura del sistema internazionale.

STIME IN ORDINE DI GRANDEZZA

Significa fare una stima arrotondata alla potenza di 10 più vicina al valore che rappresenta una grandezza.

Alessia Piffer 2:

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:
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GRAFICI

Sull'asse verticale va messa la variabile dipendente, sull'asse orizzontale quella indipendente, il legame tra le due variabili è una funzione y(x) rappresentata nel grafico.

Alessia Piffer 3:

Le forze a lungo raggio [N]

Lo scopo della meccanica è quello di studiare le interazioni tra i corpi e come questi possono modificarne lo stato di moto.

Newton comprese che un'interazione tra due corpi può sempre essere descritta in termini di due forze, ognuna esercitata da un corpo.

sull'altro. Le forze a lungo raggio sono forze che si manifestano tra corpi non a contatto tra loro. Le forze a lungo raggio sono dette fondamentali e comprendono: - Forza di gravità: agisce tra due masse. - Forza elettromagnetica: agisce tra due cariche elettriche. - Forza forte: si manifesta a livello nucleare. - Forza debole: si manifesta a livello nucleare. Una figura fondamentale della meccanica classica è Newton. Le forze sono grandezze vettoriali (possiedono intensità, direzione e verso) e si misurano in Newton. I vettori si indicano come F e si rappresentano graficamente come frecce. Per sommare due vettori A e B ottenendo un vettore C si usa il metodo punta-coda del parallelogramma. Il risultato del prodotto di uno scalare per un vettore è un vettore che ha stessa direzione del vettore dato, stesso verso se lo scalare è positivo, verso opposto se è negativo e come modulo il modulo del vettore per il modulo dello scalare. Ogni

vettore può essere scomposto nelle sue componenti cartesiane,

Ogni vettore V e V può essere visto come modulo di V (ox y xV ) moltiplicato per il suo versore i (j).

yAlessia Piffer 4e

V = V cosαxV = V sinαy

Forza di gravità F = GM M1 / r^2, G=6,67・10^-11 Nm²/Kg²

Quindi il peso è la forza di attrazione gravitazionale che la Terra esercita su una massa.

Possiamo assumere come distanza tra i due corpi il raggio della terra, così facendo otterremo una costante moltiplicata per la massa del corpo gravitazionalmente attratto.

Tale costante è detta accelerazione di gravità g=9,81N/kg=9,81m/s²

Newton non chiarì il motivo per cui due corpi esercitassero forze reciproche pur non trovandosi a contatto.

Oggi risolviamo il quesito introducendo il concetto di campo gravitazionale g=F/m.

Mentre la forza dipende sia dal corpo che attrae sia dal corpo attratto il campo dipende solo dalla massa del corpo che attrae.

Forze di contatto [N]

contatto sono il risultato macroscopico di un gran numero di forze alungo raggio che si sviluppano tra atomi alla superficie dei due corpi.

Forza normale (reazione vincolare): agisce in direzione perpendicolare alla superficie di contatto.

Attrito: agisce in direzione parallela alla superficie di contatto

• Statico: si manifesta su corpi fermi ai quali impedisce di scivolare.
• Dinamico: si manifesta su copri in movimento e ne rallenta il moto.

Tensione: forza trasmessa attraverso una fune da un estremo a un'altro.

Forza elastica: è la forza esercitata da una molla sulla massa ad essa applicata.

Forza normale: Equivale alla componente perpendicolare della forza peso

Forza di attrito: F= µ Ns

Forza elastica: F=-Kx

Prima legge della dinamica o legge di inerzia: Se un corpo puntiforme non è soggetto a forze o è soggetto a forze la cui risultante è nulla allora la sua velocità non cambia.

Alessia Piffer 5a

tempo. Tale principio è valido solo nei sistemi inerziali, nei sistemi non inerziali (accelerati) possono nascere le cosiddette forze apparenti. Con corpo puntiforme si intende un corpo le cui dimensioni sono significativamente minori rispetto alle grandezze del sistema considerato. L'inerzia di un corpo è la misura della resistenza di un corpo ai cambiamenti del suo stato di moto. Seconda legge della dinamica: Si chiama forza risultante la somma vettoriale ΣF di tutte le forze applicate a un corpo. La forza risultante agente su un corpo è direttamente proporzionale all'accelerazione del corpo e la costante di proporzionalità è chiamata massa. ΣF = ma, da qui l'unità di misura della forza 1N = 1 Kg m/s^2. Perciò se un corpo ha accelerazione nulla, cioè la sua velocità non cambia, la somma delle forze ad esso applicate è nulla. La massa di un corpo è una misura della sua inerzia, ossia la resistenza nel cambiamento del suo stato di moto.

cambiare il proprio stato di moto (ovvero la sua velocità) sotto l'azione di una forza.

Terza legge della dinamica o principio di azione e reazione: Quando due corpi interagiscono le forze esercitate l'uno sull'altro sono uguali in modulo e direzione ma in verso opposto. La somma di queste forze non si cancella perché esse sono applicate a corpi diversi.

Il diagramma di corpo libero è un diagramma che consiste nel disegnare un'idealizzazione del corpo in esame insieme a tutte le forze che agiscono su di esso, va fatto in ogni problema in cui vengono coinvolte forze e va fatto per ogni corpo di cui si studia il moto.

Alessia Piffer 6a

Velocità e accelerazione:

Spazio [m]: Lo spazio viene misurato secondo un sistema di riferimento che assegna istante per istante la posizione di un corpo puntiforme nello spazio tridimensionale, ovvero l'assegnazione di un sistema di riferimento cartesiano ortogonale in cui la posizione di un punto in ogni istante

è identificata rispetto all'origine. Posizione La posizione descrive la collocazione di un oggetto rispetto a un punto di riferimento di origine. Il vettore posizione è il vettore che congiunge il punto della posizione all'origine. Spostamento Il vettore spostamento rappresenta la variazione dellaposizione di un oggetto puntiforme e dipende soltanto dalle posizioni iniziali e finale. Traiettoria La traiettoria è l'insieme delle posizioni nello spazio al variare del tempo. Velocità [m/s] La velocità è un vettore che misura quanto rapidamente e in quale direzione è orientata un oggetto puntiforme si muove. La velocità media è la velocità costante che produrrebbe lo stesso spostamento Δs in un tempo Δt. Δv = Δs/Δt La velocità istantanea è la velocità media misurata per un Δt→0, graficamente è rappresentata dalla tangente alla traiettoria nel punto considerato. Δs

ds/dt = lim Δt→0 Δs/Δt = v

Legge oraria: è il grafico che mette in relazione una lunghezza con un tempo.

Teorema di Composizione delle velocità di Galilei: Un oggetto in moto sopra un sistema di riferimento in movimento, per un osservatore esterno, ha velocità v (velocità dell'oggetto) + u (velocità del sistema). Ciò vale per velocità che non sono vicine alla velocità della luce.