CI Scienze Propedeutiche

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1 CI Scienze Propedeutiche , 7 CFU: 5CU Fisica 40 ore + 2 CFU Fisiologia 16 ore 1. Introduzione 2. Meccanica 3. Liquidi 4. Trasporto regime viscoso 5. Termodinamica 6. Cariche elettriche e circuiti 7. Onde, suono, onde em e raggi-x 8. NUOVO: Laboratorio Elettrostatica ed Elettricità. Resistenze in serie e in parallelo; misura di una resistenza con il ponte di Wheatstone; Capacità di un conduttore; carica/scarica condensatore Modalità Esame modulo di fisica: esercizi scritti + relazione su un esperienza di laboratorio Voto Finale: Media Pesata Fisica+Fisiologia

2 Programma FISICA Matteo Ceccarelli Dipartimento di Fisica 2 o piano dx matteo.ceccarelli@dsf.unica.it mceccare@katamail.com Ricevimento Martedi e Giovedi previo appuntamento via Testi consigliati: Elementi di Fisica, Ezio Ragozzino; Introduzione alla fisica, Miele-Pisanti; Fisica, Giancoli; Fisica Biomedica, Scannicchio.

3 Introduzione alla Fisica scienza sperimentale Descrizione matematica quantitativa dei fenomeni Osservazione dei fenomeni Leggi della Fisica Relazioni quantitative tra grandezze fisiche indotte dall osservazione F=ma

4 Perché la fisica Perché accade ciò che accade? Fisica STRUMENTI Matematica: numeri vettori operazioni metodi PROBLEMI Discipline varie: chimica biologia medicina economia geologia STRUMENTAZIONE MODERNA Comprensione dei principi di funzionamento: RMN-TAC-Xray-Ultrasuoni-Laser-Microonde

5 Sommario Le Grandezze Concetto di Misura Sistema Internazionale Multipli e Sottomultipli Unità derivate Angoli, scalari, vettori e loro operazioni Esercizi

6 Grandezze e loro misura Grandezze fisiche: osservabili che si possono misurare Misura: rapporto tra la quantità in esame ed un campione omogeneo scelto come unità Misura:: numero l = 8.8 [cm] Misura Unità Ogni misura è soggetta ad errore 1. Errori di scala facilmente eliminabili 2. Errori sistematici difficilmente eliminabili 3. Errori casuali o accidentali non eliminabili ma trattabili

7 Sistema Internazionale Sistema Internazionale - S.I. Grandezza Unità Simbolo Lunghezza Metro m Tempo Secondo s Massa kilogrammo kg Corrente Ampère A Primo sistema unità di misura (accademia francese delle scienze) Metro unità campione a Parigi= 1 decimilionesimo della distanza tra l equatore terrestre e i poli Oggi: Lunghezza percorsa dalla luce in 1/ di secondo Secondo 1 giorno=86400 secondi Oggi: Tempo di periodi della radiazione del cesio kg unità campione a Parigi=cilindro di platino-iridio Oggi: 1 u= kg, unica grandezza non atomica!!!

8 Metro campione Informazioni: il metro di platino e quello di ottone sono stati confrontati alla temperatura del ghiaccio fondente (0 o C). Per il metro di ottone si riporta la dilatazione lineare per ogni grado centigrado cosicché è possibile determinarne la sua lunghezza a qualsiasi temperatura.

9 Chilogrammo campione: Le Grand Kilo Cilindro retto circolare di 39 mm di base (diametro), lega di platino-iridio. Tenuto in una teca di vetro con 3 separatori per evitare che reazioni chimiche ne modifichino la massa, errore di 2 microgrammi In un Kg, quanti atomi ci sono? Pt 195 g/mol; 1 Kg ~ 5 moli 2μg=2*10-9 Kg=>2*10-9 *5*6.02*10 23 atomi ~6*10 15 atomi!!!

10 Sulle Misure Uno dei problemi principali nella misura delle grandezze è la ripetibilità di una misura: messi nelle stesse condizioni e con degli strumenti analoghi dobbiamo essere in grado di ripetere una misura già fatta. La differenza nelle diverse misure è l errore casuale. Il processo di misura non dovrebbe in alcun modo modificare la misura stessa. Poiché questo è impossibile, bisogna prestare attenzione e limitare più che si può di perturbare la misura con il processo di misura (vedi esempio temperatura). La differenza tra la misura e il valore reale è l errore sistematico. Per alcuni tipi di grandezze esistono due tipi di processi di misura 1. Invasivo o distruttivo 2. Non invasivo Sono sempre da preferire quelli non invasivi (soprattutto in medicina).

11 Valore medio Gli errori casuali o accidentali si valutano calcolando il valor medio di una serie di N misure indipendenti: l = N l i i=1 N Valor medio: valore più attendibile di una misura, è sempre compreso tra il valore massimo e il minimo della serie di misure: l min l l max La probabilità che la misura vera sia compresa tra il valor medio e la varianza σ è del 68 % (vedi anche statistica) l = l ± σ

12 Multipli e sottomultipli m metro mm millimetro sottomultiplo km kilometro multiplo femto fm neutrone o protone pico pm Atomo nano nm Molecole micro µm Cellule-Virus milli mm Foglio di carta centi cm 10-1 deci dm deca dam etto hm kilo km Campo calcio Mega Mm Monte Everest Giga Gm Raggio terra Tera Tm Terra-sole Peta Pm Stella più vicina Zetta Zm Galassia più vicina

13 Altri Sistemi e Unità derivate Velocità= [L] [T] = m s Volume= [ L] 3 = m 3 C.G.S. Centimetro-Grammo-Secondo Sistemi Pratici unità pratiche: Angstrom, quintale, minuto Densità= [M ] [L] 3 = kg m 3 Per ragioni storico-geografiche in paesi diversi possono esistere unità diverse Miglio-kilometro Gallone-Litro Scala Farheneit-Celsius 1 miglio = 1609 m =1.609 km => 1 km = 1 miglio/ km = 120 *1 miglio/1.609 = miglia 35 mi/h = 35*1.609 km/h= km/h = *10 +3 m/3.6*10 +3 s = m/s 1 m 3 = (10 dm) 3 = 1000 dm 3 =1000 litri = 1000 (10 cm) 3 = 10 6 cm 3

14 Velocità= [L] [T] = m s Analisi Dimensionale Volume= [ L] 3 = m 3 Densità= [M ] [L] 3 = kg m 3 Rendere esplicite le dimensioni delle grandezze nelle equazioni ci permette di verificare la correttezza delle equazioni e la loro consistenza. Questa operazione si chiama analisi dimensionale! x=x 0 +vt è la ben nota legge oraria per un moto a velocità costante Poiché a sinistra abbiamo una lunghezza, anche a destra tutti i termini devono essere delle lunghezze [L] = [L] + [L]/[T]*[T] = [L] + [L] OK Questo controllo andrebbe fatto nell impostare il problema e sempre prima di inserire i valori numerici delle variabili (x 0, v e t)

15 Angoli Angolo α=parte di spazio compreso tra due rette uscenti da O che disegnano un arco S sulla circonferenza O α R S=αR α = S R S è sempre proporzionale al raggio R della circonferenza Angolo giro S=2πR => α=2π radianti α R R S=αR S =αr Per essere una buona definizione non deve dipendere da R Da radianti a gradi e viceversa 2π=360 ο x/60 o =2π/360 o x/(π/3)=360 o /2π

16 Trigonometria α i ca co sin(α)=co/i cos(α)=ca/i tg(α)=sin(α)/cos(α)=co/ca co=i*sin(α) ca=i*cos(α) co=ca*tg(α)

17 Velocità= [L] [T] = m s Scalari e Vettori Lunghezza e tempo => scalari Velocità => vettore Grandezza Scalare => Numero Grandezza Vettoriale => Modulo + Direzione + Verso v v Rappresentazione grafica e matematica dei vettori Componente v x = v di v lungo x e y cos(α) v y = v sin(α) v y α v v x v = v x 2 + v y 2

18 Somma Operazioni tra Vettori + = Differenza - = F S = S F cos(α) Prodotto scalare Def: Prodotto tra il primo vettore e il secondo proiettato sul primo= è uno scalare F α F cos(α) s

19 Volumi 1 m 3 =? dm 3 1 m 3 =? cm 3 1 m 3 =? mm 3 Per definizione 1 litro = 10-3 m 3 Litro =? dm 3 Litro =? cm 3 Litro =? mm 3 1 cl =? cm 3 1 ml =? cm 3 1 cc =?????

20 Esercizi R terra Equatoriale= 6378 [km] =>.. [m] 1 [km] = 10 3 [m] R=6.38 Mm 1 cellula = 1 µm 3 Numero cellule in 1 cm km/h =? m/s 1 m/s=? km/h 30 o =? Radianti π/3 =? gradi Distanza Mi-Ca 45 o,48n 9 o,18e- 39 o,22 N 9 o,12e usare S=αR v x = 2 m/s v y = 3 m/s v = v=10 m/s α=30 o, 60 o, 90 o v x =? v y =? Materiale didattico:

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