Corso di Fisica per Scienze e Tecnologie per l Ambiente.

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Orazio Vigano
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1 Corso di Fisica per Scienze e Tecnologie per l Ambiente Fernando Scarlassara tel tel Dipartimento di Fisica (Paolotti) Laboratori Nazionali di Legnaro scarlassara@pd.infn.it fernando.scarlassara@unipd.it

2 Corso di Fisica Dal regolamento didattico: acquisizione delle conoscenze di base; capacità di risolvere quantitativamente esercizi sugli stessi argomenti. Rilevanza per Scienze e Tecnologie per l Ambiente. Qualche esempio: inquinamento atmosferico (aerosol, pulviscolo) Bilancio energetico della Terra (effetto serra, riscaldamento globale) inquinamento Elettro-Magnetico radioattività ambientale In realtà, ci dovremo accontentare dei principi. Teoria ed esercizi. Esercizi parte integrante del corso, e dell esame. Requisiti di matematica: Geometria elementare, Algebra elementare (calcolo letterale), Trigonometria. Coordinate cartesiane, studio di funzioni. Derivate e integrali elementari. Testi consigliati: D.Halliday, R.Resnick, J.Walker, Fondamenti di Fisica, ed. Ambrosiana J.R.Taylor Introduzione alla teoria degli errori, ed. Zanichelli

3 Altre informazioni utili Esame scritto (con integrazione orale facoltativa). Domande ed esercizi simili a quelli svolti in aula. 1 prova a fine corso riservata a chi ha frequentato (laboratorio) (9 Febbraio?) appelli a febbraio appelli a giugno-luglio appelli a settembre 3 esperienze di laboratorio (di cui obbligatorie) Gruppi di persone, con relazione. Ogni relazione è valutata fino a 3 punti ( voto scritto) 0,84 voto laboratorio = ( + orale) voto finale + almeno 16 nello scritto voto finale sufficiente (con laboratorio ed eventuale orale) è ammesso all orale chi ha almeno 16 nello scritto (da sostenere entro 3 appelli)

4 Misura e unità di misura Si definisce grandezza fisica una quantità misurabile. Una misura è un procedimento che permette confrontare la grandezza G con una opportuna unità di misura, U, grandezza costante e riproducibile dà per risultato un valore numerico n = G/U (ovvero G=nU) Le leggi fisiche stabiliscono relazioni quantitative (matematiche) fra le grandezze fisiche. Alcune grandezze sono state scelte come fondamentali e la loro unità di misura è una unità fondamentale. A partire dalle unità fondamentali si possono esprimere tutte le altre. Un insieme coerente di tali unità, costituisce un Sistema di Unità di Misura. Usiamo il Sistema Internazionale (m, kg, s, A,...), come del resto ci impone la legge: D.P.R n.80. Attuazione direttiva CEE n.80/81 relativa alle unità di misura

5 Sistema Internazionale di unità di misura (S.I.) Unità fondamentali Adottato dalla XIV Conferenza Generale di Pesi e Misure (CGPM), Parigi Grandezza unità simbolo Definizione Lunghezza metro m 1/ distanza che la luce percorre in 1s nel vuoto Tempo secondo s intervallo corrisp. a periodi della transizione fra i livelli iperfini dello s.f. del 133 Cs Massa kilogrammo kg massa del campione di Pt-Ir conservato a Sèvres Corrente elettrica Ampère A corrente che in due fili rettilinei par. e infiniti distanti 1m produce una forza di N al metro Temperatura Kelvin K 1/73.16 della temp. assoluta del punto triplo dell acqua. Intensità luminosa candela cd Intensità di una sorgente di freq Hz la cui intensità è W/sr Angolo radiante rad rapporto (arco di circonferenza)/raggio Angolo solido steradiante sr rapp. (superficie sferica)/raggio

6 metro Evoluzione della definizione di alcune unità di misura Lunghezza pendolo che batte il secondo (proposta mai adottata) / semi-meridiano terrestre per Parigi 1793 lunghezza del metro campione: sbarra di Pt (90%) + Ir(10%) conservato a Sèvres, misurato a 0 C (riproducibilità 10-7 ) ,73 lunghezze d onda della transizione p 5 10 d 5 del 86 Kr / dello spazio percorso dalla luce nel vuoto in 1 secondo 1983 secondo 1/86400 del giorno solare medio < 1960 riferimento all anno tropico astronomico periodi della radiazione EM della transizione 1967 fra particolari livelli iperfini dello stato fondamentale del 133 Cs a 0 K. kilogrammo massa di 1 dm 3 di acqua XVIII sec. massa del campione di Pt-Ir conservato a Sèvres (Parigi) 1889

7 Da ricordare quelli in blu. Multipli e sottomultipli delle unità di misura. multiplo nome prefisso multiplo nome prefisso yotta Y 10 yocto 10 1 zetta Z 10-1 zepto z exa E atto a peta P femto f 10 1 tera T 10-1 pico p 10 9 giga G 10-9 nano n 10 6 mega M 10-6 micro µ 10 3 kilo k 10-3 milli m 10 etto h 10 - centi c 10 1 deca da 10-1 deci d y

8 Altre considerazioni sulle unità di misura. R θ s Radiante: θ = s R Un angolo giro copre π radianti 180 θ ( ) = θ ( rad ) π Spesso non fa differenza, ma in fisica (e in matematica) è sempre sottinteso che gli angoli siano espressi in radianti. ad esempio: d ( sinθ ) dθ = cosθ solo in radianti. In gradi: d ( sinθ ) dθ = 180 cosθ π altro esempio: sinθ θ per piccoli angoli, purché espressi in radianti

9 Analisi dimensionale Dalle unità fondamentali si ottengono tutte le altre unità (derivate). In meccanica bastano: lunghezza (L), tempo (T) e massa (M). superficie es. 1 1 bh ( a + b)h queste sono sicuramente sbagliate: volume [ ] 3 3 L m π R 4π R a + b ( bc ) [ ] L m π a b a + 3 c 3 velocità. L T = [ LT ] 1 m s densità. [ massa ] M kg = 3 [ volume ] L 3 m si deve sempre specificare l unità di misura un errore dimensionale è considerato più grave di un errore di calcolo

10 Analisi dimensionale la superficie dell Italia è di km. Quanto vale in m? la densità dell alluminio è,7 g/cm 3. Trasformare in kg/m 3. La portata media del Rio delle Amazzoni è di m 3 /s. Quanti km 3 fluiscono in 1 ora? su una strada con limite di velocità 70km/h l autovelox rileva 3 m/s. Pensate che scatterà la multa? Quanto cambia il volume di un parallelepipedo se tutti gli spigoli raddoppiano?... di una sfera se raddoppia il raggio?... di una persona, di un albero? Una donna alta 1,70 m ha una massa di 60 kg. Se l uomo di Flores era una esatta copia in scala, alta 1,0m, quanto pesava? un megalomane ricchissimo si fa costruire una statua d oro massiccio, in scala 1:. Calcolare la massa della statua sapendo che costui ha massa 80 kg, che la densità (media) di una persona è 1040 kg/m 3 e quella dell oro è 19,3 g/cm 3.

11 Cifre significative Quante sono le cifre significative dei seguenti numeri? 705 0, ,9005 0,7500 1, ,40 Se le cifre significative in 700 sono in realtà 3 conviene scrivere, oppure, se sono ad es. metri,,70 km

12 Cifre significative Nei problemi di fisica si suppone che i dati siano affetti da incertezza, dell ordine dell ultima cifra significativa (a meno che non si tratti di costanti numeriche). Ciò condiziona il modo in cui si scriverà il risultato Somma e Differenza 1 dec, dec. 3 dec. 1 dec.. 1 5, 5, 46 1, 873, = nelle somme, l ultima cifra decimale corrisponde alla più alta C.S. fra gli addendi Prodotto e rapporto V = 15,3 cm 0,45cm,745cm = 18, cm V = = 3 3 ( 15,3 0,45,745) cm 19cm 3 c.s. c.s. 5 c.s. c.s. 3 in un prodotto, il numero di cifre significative corrisponde al fattore che ne ha meno

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