PRIMO ESEMPIO DI STUDIO DI UN FENOMENO FISICO: VOGLIAMO STUDIARE IL MOTO DI UNA BICICLETTA (SU CUI C E UNA PERSONA CHE PEDALA).
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- Gianleone Giordani
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1 Grandezze Fisiche PRIMO ESEMPIO DI STUDIO DI UN FENOMENO FISICO: VOGLIAMO STUDIARE IL MOTO DI UNA BICICLETTA (SU CUI C E UNA PERSONA CHE PEDALA). Il MOVIMENTO è collegato allo SPAZIO. Le misure nello SPAZIO sono collegate alle LUNGHEZZE. La LUNGHEZZA è una GRANDEZZA FISICA, a cui associamo un SIMBOLO. Ad esempio s. GRANDEZZA FISICA SIMBOLO Fisica con Elementi di Matematica 1
2 IL MOTO DELLA BICICLETTA è l esempio di FENOMENO FISICO Esso viene descritto mediante RELAZIONI tra grandezze fisiche, ad esempio la lunghezza s, il tempo t, ecc. Che relazioni sono? RELAZIONI MATEMATICHE Fisica con Elementi di Matematica 2
3 FENOMENO FISICO LE GRANDEZZE FISICHE SERVONO A DESCRIVERE I FENOMENO FISICI GRANDEZZA FISICA I FENOMONI FISICI SONO DESCRITTI DA RELAZIONI MATEMATICHE LE GRANDEZZE FISICHE SONO RAPPRESENTATE TRAMITE SIMBOLI RELAZIONI MATEMATICHE SIMBOLO LE RELAZIONI MATEMATICHE SONO RELAZIONI (EQUAZIONI, ECC.) TRA SIMBOLI CHE RAPPRESENTANO GRANDEZZE FISICHE Fisica con Elementi di Matematica 3
4 Studio del moto di una bicicletta GRANDEZZE FISICHE: SIMBOLI: LUNGHEZZA, TEMPO s, t RELAZIONE MATEMATICA: s=f(t), oppure s=s(t), oppure f(s,t)=0 Fisica con Elementi di Matematica 4
5 Misure Relative ed Assolute PER EFFETTUARE LA MISURA DI UNA GRANDEZZA FISICA (AD ESEMPIO UNA LUNGHEZZA) E NECESSARIO: 1. INTRODURRE UNA UNITA DI MISURA (METRO, POLLICE, ) 2. COSTRUIRE UNO STRUMENTO DI MISURA (RIGHELLO, BILANCIA, ) SI POSSONO POI EFFETTUARE MISURE RELATIVE O ASSOLUTE. Fisica con Elementi di Matematica 5
6 Misura Relativa SI FA IL CONFRONTO CON IL CAMPIONE DI MISURA SE SI VUOLE MISURARE UNA LUNGHEZZA E SI HA COME CAMPIONE DI MISURA UNA ASTA DI LEGNO LUNGA 1 METRO, SI MISURA QUANTE VOLTE L ASTA DI 1 METRO E CONTENUTA NELLA LUNGHEZZA DA MISURARE. ESEMPIO: LUNGHEZZA DELL AULA 6 EVENTALMENTE SI USERANNO MULTIPLI E SOTTOMULTIPLI. Fisica con Elementi di Matematica 6
7 Misura Assoluta SI EFFETTUA LA MISURA TRAMITE LEGGI FISICHE PRECEDENTEMENTE STABILITE. ESEMPIO: MISURA della VELOCITA d un corpo SAPPIAMO CHE LA VELOCITA E UN RAPPORTO TRA SPAZIO E TEMPO (ricordare che la velocità delle automobili si misura in km/h) QUINDI: 1. SI MISURA LO SPAZIO s 1 PERCORSO DAL MEZZO DI CUI SI VUOLE MISURARE LA VELOCITA 2. SI MISURA IL TEMPO t 1 IMPIEGATO A PERCORRERE TALE SPAZIO 3. SI DETERMINA v = s 1 / t 1 N.B. v è la velocità scalare media!!! Fisica con Elementi di Matematica 7
8 Sistemi di Unità di Misura Dal 1971 si utilizza il SISTEMA INTERNAZIONALE GRANDEZZA S.I. ALTRO LUNGHEZZA METRO CENTIMETRO, POLLICE, MASSA CHILOGRAMMO GRAMMO, LIBBRA, TEMPO SECONDO GIORNO, TEMPERATURA GRADO KELVIN GRADO CELSIUS, CORRENTE ELETTRICA AMPERE INTENSITA LUMINOSA CANDELA Fisica con Elementi di Matematica 8
9 Grandezze derivate Qual è l unità di misura della velocità nel SI? La velocità, nel SI, va misurata il m/s. Watt = kg m 2 /s 3 ALTRI ESEMPI: Pressione: nel SI si misura in PASCAL ma, si continuano ad usare: millibar, atmosfera, Fisica con Elementi di Matematica 9
10 Equazioni Dimensionali COSA E UNA EQUAZIONE DIMENSIONALE? E UNA EQUAZIONE IN CUI TUTTI I TERMINI SONO LE DIMENSIONI DELLE GRANDEZZE FISICHE IN GIOCO. ESEMPIO: VELOCITA = SPAZIO/TEMPO Equazione dimensionale: [VELOCITA ] = [METRI/SECONDO] Fisica con Elementi di Matematica 10
11 Equazioni Dimensionali A COSA SERVE UNA EQUAZIONE DIMENSIONALE? A DEFINIRE LE UNITA DI MISURA DELLE GRANDEZZE DERIVATE A CONTROLLARE LA COERENZA DIMENSIONALE DELLE RELAZIONI MATEMATICHE Fisica con Elementi di Matematica 11
12 Equazioni Dimensionali ESEMPIO: v 2 =2st 2 È una equazione corretta oppure no? Fisica con Elementi di Matematica 12
13 Conversione di Unità di Misura Spesso si usano unità diverse da quelle del SI 140 km h = 140 km h 1 h 3600 sec m km = 38.9 m sec Fisica con Elementi di Matematica 13
14 Misurazione degli angoli C = Intersezione della semiretta Oa con il cerchio di raggio R 1 D = Intersezione della semiretta Ob con il cerchio di raggio R 1 E = Intersezione della semiretta Oa a con il cerchio di raggio R 2 R F = Intersezione della 2 semiretta Ob con il α cerchio di raggio R b 2 O R 1 Angolo α = arcocd/ R 1 = arcoef/ R 2 Quindi: 2π = 360 In generale: 360 :2π=α :α RAD Fisica con Elementi di Matematica 14
15 Cifre Significative (1/4) MISURIAMO LA LUNGHEZZA DI UN TAVOLO CON UN METRO GRADUATO SINO AL MILLIMETRO. RISULTATO L = 72.4 CM IN QUESTO CASO ABBIAMO 3 CIFRE SIGNIFICATIVE: 7 2 e 4 DOMANDA: POSSO SCRIVERE L = CM OPPURE L = CM? IN MATEMATICA: 72.4 CM = CM= CM IN FISICA NO! Fisica con Elementi di Matematica 16
16 Cifre Significative (2/4) L = 72.4 CM VUOL DIRE: ABBIAMO MISURATO CON PRECISIONE DEL MILLIMETRO (NEL NOSTRO CASO 4 MILLIMETRI) E NON SAPPIAMO QUANTI DECIMI DI MILLIMETRI E LUNGO IL TAVOLO, CIOE IGNORIAMO QUALE NUMERO CI SAREBBE DOPO IL 4. COSA VUOL DIRE: L = CM? ABBIAMO MISURATO CON PRECISIONE DEL DECIMO DI MILLIMETRO E ABBIAMO TROVATO 0. Fisica con Elementi di Matematica 17
17 Cifre Significative (3/4) SUPPONIAMO ADESSO DI MISURARE ANCHE LA LARGHEZZA DELLO STESSO UN TAVOLO CON LO STESSO METRO GRADUATO SINO AL MILLIMETRO. RISULTATO H = 51.3 CM DOMANDA: QUANTO VALE L AREA S DEL TAVOLO? S = LH = 72.4 X 51.3 CM 2 = CM 2 Giusto? NO! IL RISULTATO CORRETTO E CM 2 Fisica con Elementi di Matematica 18
18 Cifre Significative (4/4) CONCLUSIONE: NON INSERITE CIFRE DECIMALI INUTILI ED ERRATE ATTENZIONE! LA CALCOLATRICE NON CAPISCE LE CIFRE SIGNIFICATIVE!!! PROVATE A FARE: 2 DIVISO 3 IL RISULTATO DELLA CALCOLATRICE E : 0, Fisica con Elementi di Matematica 19
19 Notazione Esponenziale In FISICA, ma anche in CHIMICA, BIOLOGIA, si usano spesso numeri MOLTO GRANDI (grandezze astronomiche, distanza Terra-Sole, ecc) o MOLTO PICCOLE (grandezze molecolari, atomiche, subatomiche). Allora si rappresentano i numeri utilizzando le potenze di = 10 2 ; = = = 10-4 Carica dell elettrone = coulomb Fisica con Elementi di Matematica 20
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