Corso di Fisica per Farmacia Università degli Studi di Perugia AA

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1 Corso di Fisica per Farmacia Università degli Studi di Perugia AA Prof. Michele Punturo 1

2 Testo del corso Testo del Corso: Fondamenti di Fisica E.Ragozzino, M.Giordano, L.Milano 2

3 Lo studio della Fisica La Fisica è la scienza che studia le leggi fondamentali della natura tutte le discipline scientifiche hanno bisogno di un background di conoscenza della Fisica Aspetto tecnico: Meccanismi fisici alla base dei processi chimici Meccanismi fisici alla base dei processi biologici Leggi della fisica applicate all anatomia umana Leggi della fisica applicate alla tecnica farmaceutica Strumentazione diagnostica: (Raggi X, NMR,ECG,..) Aspetto filosofico : Scetticismo scientifico Metodo scientifico Osservazione del fenomeno Schematizzazione (eliminare aspetti accessori) Prova e riprova (riproducibilità) Formulazione quantitativa delle leggi 3

4 La Materia In natura si parla di materia e di interazioni fra corpi materiali 2m Virus ~10-7 m Molecola 10-9 m Dimensioni Atomo m protone elettrone m m neutrone Nucleo quark m 4

5 Interazioni fondamentali In natura esistono 4 (3) interazioni fondamentali: Interazione gravitazionale attrazione fra corpi dotati di massa Interazione elettromagnetica Interazione fra cariche elettriche Interazione nucleare debole Interazione nucleare forte 5

6 Grandezze Fisiche Si definisce come grandezza fisica un insieme di enti fisici per cui sia possibile: definire univocamente la validità dei principi di uguaglianza e di somma definire una unità di misura + > + = 6

7 Grandezze fondamentali e derivate Le relazioni (leggi della fisica) fra grandezze fisiche ci permettono di minimizzare il numero di unità di misura necessarie Le grandezze fisiche per cui è necessario definire una unità arbitraria (tramite campione) si dicono fondamentali Quelle ottenute dalle fondamentali tramite le leggi della fisica si dicono derivate La scelta delle grandezze fondamentali e delle loro unità di misura fissa il Sistema di unità di misura 1km 1 ora Velocità: 1km/h 7

8 Grandezze fondamentali in meccanica In meccanica sono necessarie solo 3 grandezze fondamentali: Lunghezza Massa Tempo 8

9 Sistemi di unità di misura Sistema CGS Lunghezza Centimetro ( cm ) Massa Grammo ( g ) Tempo Secondo ( s ) Sistema MKS Lunghezza Metro ( m ) Massa Kilogrammo ( kg ) Tempo Secondo ( s ) Sistema Internazionale (SI) MKS+Ampère+grado Kelvin 9

10 Equazioni dimensionali Esempio: l area di un rettangolo S=(base) (altezza) [S]=[Lunghezza] [Lunghezza]=[l 2 ] Volume: [V]=[l 3 ] Velocità: [v]=[lunghezza]/[tempo]= [l]/[t]=[l t -1 ] Densità: [ρ]=[massa]/[volume]=[m l -3 ] Una qualsiasi Grandezza meccanica: [G]=[m α l β t γ ] 10

11 Uso delle equazioni dimensionali In tutte le leggi della fisica la dimensione della grandezza che sta a sinistra dell uguale è identica a quella della grandezza che sta a destra dell uguale. Le equazioni dimensionali possono essere usate per verificare la consistenza dimensionale di una equazione Ad esempio: m ρ S l v 4π t = Vera? [m]=[m l -3 ] [l 2 ] [l] [l t -1 ]/[t]=[m l t -2 ] Falsa! 11

12 Campioni di riferimento L Istituto di Pesi e Misure a Sevres (Parigi) detiene i campioni di riferimento per lunghezze e masse Il secondo era definito come 1/86400 del giorno solare medio Oggi si utilizzano strumenti calibrati per la misura di tale grandezze. I riferimenti originari sono basati su fenomeni atomici estremamente stabili 12

13 Conversioni di unità di misura Prefisso Valore Simbolo Esempio pico p ph (picohenry) nano 10-9 n nm (nanometro) Esempi: micro 10-6 µ µg (microgrammo) milli 10-3 m ms (millisecondo) centi 10-2 c cm (centimetro) deci 10-1 d dm (decimetro) 10 0 deca 10 1 D Dm (decàmetro) etto 10 2 h hg (ettogrammo) chilo 10 3 k kg (chilogrammo) mega 10 6 M MW (Megawatt) giga 10 9 G Ghz (Gigahertz) tera T Thz (Terahertz) 3,2 mm = 3, m = 0,0032 m 0,5 kg = 0, g = 500 g = mg= mg 1,8Ghz = 1, hz = hz 13

14 Esempi: Area: Conversioni di unità derivate Volume: 1 litro =10 3 cm 3 4,2 cm 2 = 4,2 cm cm= 4, m 10-2 m= 4,2 (10-2 m) 2 = 4, m 2 =0,00042 m litri = cm 3 = =10 6 (10-2 m) 3 = 1 m 3 cioè: 4,1 ml = 4, l = =4, cm 3 = 4,1 cm 3 1 ml = 1 cm 3 14

15 R Angoli b R R α s S S a Si nota che: Si definisce l angolo: s R = s R = s R Adimensionale, ma si dice che è misurato in radianti π α : π = α :180 α = α 180 = cost Regola di conversione fra gradi sessagesimali e radianti α = 15 s R

16 Cenni di teoria degli errori A causa di innumerevoli fattori che disturbano la misura di qualunque grandezza fisica, il valore vero di quest ultima è inaccessibile Ogni misura, comparativa o assoluta, di una grandezza fisica è in effetti una stima che si avvicina più o meno al valore vero a seconda della precisione di misura Gli errori di misura sono di due tipi: errori sistematici errori accidentali 16

17 Errori sistematici Sono errori che si presentano sistematicamente nella misura di una grandezza Essi causano la sistematica sovrastima (o sottostima) di una grandezza Sono dovuti a errato procedimento di misura o di calcolo, oppure a strumenti mal tarati. Per esempio, in una bilancia, l utilizzo di pesi di riferimento inesatti (per scheggiatura o altro danno) è fonte di errore sistematico La deriva della calibrazione degli strumenti elettronici è fonte di errore sistematico 17

18 Errori accidentali Sono dovuti ad innumerevoli cause: fluttuazioni delle condizioni di misura tipo: temperatura umidità correnti d aria rumore elettronico degli strumenti moto di agitazione termica dei campioni principi di indeterminazione.. Sono sempre riducibili, ma mai azzerabili Determinano indiscriminatamente sovrastima e 18 sottostima della grandezza

19 Stima di una grandezza Supponiamo che siamo stati così bravi da eliminare tutti gli errori sistematici Il valore vero della grandezza fisica è comunque inaccessibile a causa degli errori accidentali Effettuiamo n misure x 1,x 2, x n della grandezza. Se x* è il valore vero (inaccessibile), alcune delle x i saranno minori di x* e le altre maggiori di x* Se n è grande è intuitivo (e non solo) pensare che le stime in eccesso si compenseranno con quelle in difetto Cioè, la media aritmetica delle misure si discosterà poco dal valore vero x* e quindi può essere presa come stima di x* x = x = x 1 + x n + x n = n i= 1 n x i x * 19