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2 Nota! Le figure inserite in queste lezioni sono state tratte da:! Borsa - Scannicchio, Fisica con applicazioni in biologia e in medicina, Unicopli! Cromer, Fisica per medicina, farmacia e biologia, Piccin Editore! Giambattista, Fisica generale, McGraw-Hill! Giancoli, Fisica 2a edizione, CEI! Kane - Sternheim, Fisica Biomedica, E.M.S.I.! Serway & Jewett, Principi di Fisica, EdiSES! Scannicchio, Fisica biomedica, EdiSES! Walker, Fondamenti di Fisica, Zanichelli! Gran parte delle animazioni sono tratte da:! 2

3 La lezione di oggi! Presentazione! La Fisica! Dimensioni / unità di misura! Conversioni 3

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5 Presentazione! Corso: lezioni di 2 ore, 3 volte la settimana. Da Febbraio a Giugno.! Frequenza alle lezioni: fortemente consigliata! Lezioni in aula:! Presentazione al computer + lavagna! Esercitazioni alla lavagna! Persone:! Prima parte del corso: prof. Massimo Masera! Seconda parte: prof. Cristiana Peroni! Esercitazioni: dr Giorgia Mila 5

6 Esame! L esame prevede uno scritto e un orale! Scritto: soluzione di esercizi + risposta ad alcune domande! Validità dello scritto: un anno! Orale: domande su tutto il programma svolto ed, eventualmente, sulla prova scritta.! Voto: La valutazione complessiva (in trentesimi) dell'esame viene effettuata in sede di prova orale, tenendo conto del risultato dello scritto! Media ragionata di scritto e orale 6

7 Testi consigliati! Testi consigliati (non obbligatori. Se ne avete altri, contattatemi):! J.S. Walker, Fondamenti di Fisica, Zanichelli (confezione tomo 1a, 1b, volume 2), ISBN ! G.Riontino, Lezioni di fisica, ed. Cortina! Altri testi (in ordine alfabetico):! A.Giambattista, Fisica generale, McGraw-Hill, ISBN ! D.Giancoli, Fisica con Fisica Moderna, 2a edizione, Casa Editrice Ambrosiana, ISBN ! D.Scannicchio, Fisica biomedica, EdiSES, ISBN ! G.Bellini, G.Manuzio: Fisica per le scienze della vita, ed.piccin! Esercizi: Celasco Panzieri,2000 problemi di fisica,ecig, ISBN ! Programma del corso: interamente svolto a lezione. Si trova sulle slide disponibili in formato PDF su CampusNet! Caveat: le slide non sostituiscono MAI un buon testo di riferimento 7

8 Reperibilità del docente! Su appuntamento:! Telefono: ! Ufficio:! Dipartimento di Fisica - via Pietro Giuria, 1! Edificio Vecchio primo piano, stanza A30 (chiedere in portineria) 8

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10 Fisica! La Fisica ha per obiettivo lo studio delle leggi fondamentali della Natura (da φυσις = natura)! Studio:! Descrizione quantitativa dei fenomeni naturali! uso del linguaggio matematico! Formalizzazione dei problemi! Scienza della Natura:! La base della conoscenza è sperimentale! Capacità di predizione dei fenomeni! organizzazione dei fenomeni in teorie e modelli fisici! Teorie confrontate sempre con i dati esperimentoali 10

11 Grandezze fisiche! La quantificazione delle osservazioni sperimentali è il processo di misura.! Si misurano delle grandezze, quali intervalli di tempo, distanze, velocità, correnti elettriche, campi magnetici etc.! Queste grandezze possono espresse numericamente con l adozione di un sistema di unità di misura! Nel Sistema Internazionale (SI) Parigi 1960 ci sono 7 unità base, che consentono di esprimere quantitativamente le più disparate grandezze fisiche! Unità base e derivate 2 esempi:! Il tempo è stato scelto come grandezza fondamentale. Si misura in secondi (s)! la velocità è una grandezza derivata. Si esprime come rapporto tra una lunghezza e un tempo! m/s 11

12 Unità base (S.I.) Le unità base sono associate a grandezze fisiche che vengono assunte come fondamentali Questo significa che le altre grandezze possono essere espresse come combinazioni di queste 12

13 Definizioni unità base 13

14 Lunghezza: metro (m) La velocità della luce è esattamente pari a m/s 1791: 1/ distanza Polo Nord Equatore! Barra campione di Pt-Ir! Distanza percorsa dalla luce nel vuoto nel tempo 1/ s 14

15 Massa: kilogrammo (kg)! kilogrammo. Simbolo: kg (k minuscolo!!!!)! Inizialmente definito come la massa di un decimetro cubo d acqua. Successivamente come la massa del prototipo di Pt- Ir! la definizione non è basata su una proprietà fisica! La massa è una proprietà intrinseca e costante di un oggetto! Il peso di un oggetto dipende dalla sua massa E dall accelerazione di gravità 15

16 Tempo: secondo (s)! Secondo (s) inizialmente definito sulla base del giorno solare medio, composto di 24 ore 60 minuti 60 secondi = s! Dalla XIII Conferenza Generale di Pesi e Misure (1967), il secondo è il tempo occorrente alla radiazione emessa da un atomo di 133 Cs per completare oscillazioni 16

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18 Analisi dimensionale! La dimensione di una grandezza fisica è il prodotto delle dimensioni fisiche fondamentali, ciascuna elevata a una potenza (razionale) opportuna! La massa è una dimensione fisica, mentre il kilogrammo è un unità di misura Dimensione Simbolo Unità S.I. Simbolo Unità Lunghezza L metro m Massa M kilogrammo kg Tempo T secondo s Corrente elettrica I ampère A Temperatura termodinamica Θ' kelvin K Quantità di materia N mole mol Intensità luminosa J candela cd 18

19 Analisi dimensionale! La dimensione di una grandezza fisica è legata al tipo di grandezza che si sta considerando! La misura di una grandezza fisica ha un valore che dipende dall unità di misura scelta (la dimensione non cambia)! Distanza tra Torino e Moncalieri:! 3 km! 2 miglia! piedi! la dimensione è comunque una lunghezza: [L] 19

20 Analisi dimensionale! Qualsiasi formula deve essere dimensionalmente consistente! la grandezza a primo membro deve avere la stessa dimensione di quella a secondo membro! non si possono sommare grandezze aventi dimensioni diverse (e.g. lunghezze e masse) Quantità Dimensione Distanza [L] Area [L 2 ] Problema Verifica che è dimensionalmente consistente la formula: x = x 0 + vt Volume [L 3 ] Tempo [T] Velocità [L T -1 ] [L] = [L] + [L T -1 ][T] [L] = [L] + [L T -1 T] [L] = [L] + [L]! OK 20

21 Cifre significative e decimali A ogni misura è SEMPRE associata un incertezza 21

22 Cifre significative e decimali " Cifre significative: numero di cifre note con certezza " d=21.26 cm (4 cifre significative) " t=0.085 s (2 cifre significative) " Decimali: " d=21.26 cm (2 decimali) " t=8.5 s (1 decimale) 22

23 Operazioni! Moltiplicazione o divisione:! numero di cifre significative della quantità conosciuta con minore precisione! Addizione o sottrazione! numero di decimali uguale al minor numero di decimali presenti in ogni addendo 23

24 Esempi D I V I S I O N E S O M M A # d = cm (4 cifre significative, 2 decimali) # t = 8.5 s (2 cifre significative, 1 decimale) v = / 8.5 = = 2.5 cm s -1 (2 cifre significative, 1 decimale) (ARROTONDO, NON TRONCO!!!) # v 0 = cm s -1 (4 cifre significative, 3 decimali) = = 3.9 cm s -1 24

25 Notazione scientifica " M terra = kg " Sposto di 24 posizioni verso sinistra la virgola! " M terra = 5.97x10 24 (si può anche scrivere ) " M atomo idrogeno = kg " Sposto di 27 posizioni verso destra la virgola! " M atomo idrogeno = 1.67x10-27 (si può anche scrivere ) " M terra M atomo idrogeno = (5.97x10 24 kg)x(1.67x10-27 kg) = (5.97x1.67)x(10 24 x10-27 ) " = 9.99x10-3 kg 2 " M atomo idrogeno /M terra = (1.67x10-27 kg)/ (5.97x10 24 kg) = (1.67/5.97)x(10-27 /10 24 ) " = 0.280x10-51 = 2.80x

26 Esercizi! Il numero medio di piastrine nell uomo è di elementi per mm 3. Esprimere tale grandezza utilizzando la notazione scientifica. Soluzione: # medio piastrine = elementi = 3 * 10 5 elementi! Nell atomo di Cesio si compiono 9 miliardi di oscillazioni al secondo. Calcolare l ordine di grandezza della durata di ogni oscillazione, espressa in notazione scientifica. Soluzione: durata 1 oscillazione = (1/ ) s Questa espressione può essere riscritta facendo uso della notazione scientifica.. durata 1 oscillazione = (1/9*10-9 ) s = 1.1 * s 26

27 (Sotto)multipli e grandezze notevoli 27

28 Grandezze notevoli 28

29 Multipli e sottomultipli! Esprimi in k e M il prezzo di un auto venduta a 5700! 5700x10-3 k = 5.7 k! 5700x10-6 M = M 29

30 Notazione scientifica e cifre significative! 2500 m può avere:! 2 cifre significative (incertezza di misura 100 m)! 4 cifre significative (incertezza di misura 1 m)! Ma non ho dubbi se scrivo! m! 2 cifre significative! m! 4 cifre significative 30

31 Errori di arrotondamento! 2.21 Euro + 8% tasse = Euro = 2.39 Euro! 1.35 Euro + 8% tasse = Euro = 1.46 Euro! ( ) Euro = 3.85 Euro! ( ) Euro + 8% = Euro = 3.84 Euro! Quando si fanno i calcoli, occorre usare almeno 1 cifra significativa in più e arrotondare alla fine 31

32 Conversione Unità di misura 1 mi = km Lihue e' a 26 mi km 1 mi = km = km = 42 km 32

33 Conversione Unità di misura 1 mi = km Lihue e' a 42 km 1 mi km = mi = mi = 26 mi 33

34 Conversione unità di misura! Lunghezza S.I. metro (m) U.K. inch - pollice (in) = m (25.40 mm schermo TV) U.K. foot - piede (foot) = m U.K. yard yard (yd) = m U.K. statute mile miglio terrestre (mi) = m U.K. sea mile miglio marino (sm) = m! Superficie S.I. metro quadrato (m 2 ) agricoltura ettaro = 10 4 m 2 tradizione agricola piemontese giornata m 2 34

35 Esempio! Esprimere in metri e in pollici il diametro dei globuli rossi (d = 1/100 di millimetro)! Soluzione: diametro = 0.01 mm = m si ricorda che 1 pollice = mm dunque 1 mm = 1/25.40 pollici = pollici diametro = 0.01 mm = (0.01 x )pollici = pollici 35

36 Conversione unità di misura! Volume S.I. metro cubo (m 3 ) U.K. imperial gallon gallone inglese (lmp gal) = dm 3 USA oil barrel barile di petrolio (bbl) = dm 3! Massa S.I. kilogrammo (kg) N.S.I. tonnellata (t) = 1000 kg U.S. ounce oncia (oz) = kg U.S. pound libbra (lb) = kg 36

37 Esempio Per preparare una soluzione si dispongono sul tavolo del laboratorio 14.5 g di solfato di rame ed un recipiente contenente 1.5 kg di acqua. Esprimere in once la massa del soluto e del solvente. Soluzione: si ricorda che 1 oncia = kg dunque 1 kg = 1/ once = once 1 kg = 1000 g Massa soluto = 14.5 g = kg = (0.0145*42.83) once = once Massa solvente = 1.5 kg = (1.5*42.83) once = once 37

38 Passiamo da km h -1 m s -1 1 km = 10 3 m 1 h = 3600 s 10 3 m 1 km = s 1 h = 1 80 km h -1 = 80 km h = 80 km 103 m 1 km h 3600 s 1 h = m s-1 = 22 m s -1 38

39 Più velocemente 80 km h -1 = 80 km h = m s = m s-1 = 22 m s -1 39

40 Ancora un esercizio:! n. 43, pag. M24 Walker Le fibre nervose di tipo A del corpo umano possono condurre impulsi nervosi a una velocità fino a 140 m/s. 1. A quale velocità viaggiano questi impulsi in miglia per ora? 2. Quanto spazio percorrono in metri questi impulsi in un tempo di 5 ms? 40

41 Ancora un esercizio:! n. 43, pag. M24 Walker Le fibre nervose di tipo A del corpo umano possono condurre impulsi nervosi a una velocità fino a 140 m/s. 1. A quale velocità viaggiano questi impulsi in miglia per ora? v = (140 metri/secondi)(1/1609 miglia/metri) (1 ora)(1/3600 ore/secondi) 2. Quanto spazio percorrono in metri questi impulsi in un tempo di 5 ms? s = (140 metri/secondo)( s) = 0.7 m = 313 miglia/ora 41

42 Stime di ordine di grandezza! Stima approssimata a un fattore dell ordine della decina! A meno di un fattore dieci oppure ordine di grandezza! Sempre da fare quando si esegue un sercizio 42

43 Esempio: temporale / gocce! Durante un temporale cade 1 cm di pioggia, coprendo un area di circa 10 8 m 2. Quante gocce sono cadute?! Volume di pioggia caduta: 10 8 m 2 x 10-2 m = 10 6 m 3! Volume di una goccia (diametro 4 mm): 4/3 π R 3 ~ 4x(2x10-3 ) 3 ~ 30x10-9 ~ 10-8 m 3! Numero di gocce ~ 10 6 / 10-8 ~

44 Teoria degli Errori! Ogni misura sperimentale è affetta da un errore o, meglio, è soggetta a un certo grado di incertezza! Parte integrande di una misura è la stima dell errore sperimentale:! Ad esempio, la massa di un corpo è data come M=(50±1) kg! La teoria degli errori sarà argomento di una delle prossime esercitazioni 44