Capitolo 1 Le grandezze fisiche
Le grandezze fisiche Solo le quantità misurabili sono grandezze fisiche: Una grandezza fisica è una proprietà di un corpo o di un fenomeno che può essere misurata.
La misura di una grandezza fisica Misurare una grandezza significa stabilire quante volte l unità di misura è contenuta nella grandezza in esame. L unità di misura è una quantità di riferimento della grandezza fisica a cui si assegna il valore 1.
La notazione scientifica Una misura si esprime sempre con un uguaglianza: simbolo della grandezza misurata l = 1,80 m numero unità di misura Nella notazione scientifica il numero è scritto come prodotto di due fattori: un coefficiente compreso tra 1 e 10 e una potenza di 10. L ordine di grandezza di un numero è la potenza di 10 più vicina a quel numero.
Il Sistema Internazionale di unità (SI) Le unità di misura delle grandezze fisiche sono fissate per convenzione e sono definite come quantità rigorosamente costanti. Il sistema SI ha stabilito sette grandezze fisiche fondamentali, con le loro unità di misura. Le unità di misura di tutte le altre grandezze sono definite a partire da queste sette.
I prefissi Ogni prefisso rappresenta un multiplo o un sottomultiplo dell unità di misura a cui è associato.
L intervallo di tempo Per misurare un intervallo di tempo si conta quante volte la durata di un fenomeno periodico si ripete tra l inizio e la fine dell intervallo.
Il secondo E l unità di misura degli intervalli di tempo nel sistema SI. Il secondo (s) è l intervallo di tempo impiegato da una particolare onda elettromagnetica, emessa da atomi di cesio, per compiere 9 192 631 770 oscillazioni.
La lunghezza Per misurare una lunghezza si calcola la differenza tra i valori riportati sulle tacche dello strumento di misura, in corrispondenza delle estremità dell oggetto da misurare.
Il metro E l unità di misura della lunghezza nel sistema SI. Il metro (m), è la distanza percorsa dalla luce nel vuoto in un intervallo di tempo pari a 1/299 792 458 di secondo.
La massa La massa è la quantità di materia posseduta da un corpo. Lo strumento di misura è una bilancia a bracci uguali: due corpi hanno la stessa massa se, messi sui due piatti della bilancia, li lasciano in equilibrio. Per misurare la massa di un corpo si sommano i campioni di massa nota che, inseriti sull altro piatto, tengono in equilibrio la bilancia.
Il kilogrammo E l unità di misura della massa nel sistema SI. Il kilogrammo (kg), è la massa di un cilindro di platinoiridio, di altezza e di diametro uguali a 3,900 cm, conservato a Sèvres, in Francia.
L area L area è una grandezza derivata nel sistema SI. Si chiamano grandezze derivate le grandezze fisiche che sono definite a partire dalle grandezze fondamentali. Le loro unità si deducono da quelle delle grandezze fondamentali 1 dm 1 dm 2 L unità di misura dell area è il metro quadrato (m 2 ), cioè l area di un quadrato di lato 1 m: 1 m 2 = 1 m x 1 m. 1 m
Conversioni di aree Esprimiamo l area A = 125 cm 2 in diversi multipli e sottomultipli: a) da cm 2 a mm 2 : A = 125 x (10 mm) 2 = 125 x 10 2 mm 2 = 1,25 x 10 4 mm 2 b) da cm 2 a dm 2 : A = 125 x (10-1 dm) 2 = 125 x 10-2 dm 2 = 1,25 dm 2 c) da cm 2 a m 2 : A = 125 x (10-2 m) 2 = 125 x 10-4 m 2 = 1,25 x 10-2 m 2
Il volume Il volume è una grandezza derivata nel sistema SI. L unità di misura del volume è il metro cubo (m 3 ), definito come il volume di un cubo di lato1 m: 1 m 3 = 1 m x 1 m x 1 m.
Conversioni di volumi Esprimiamo il volume V = 746 mm 3 in diversi multipli e sottomultipli: a) da mm 3 a cm 3 : V = 746 x (10-1 cm) 3 = 746 x 10-3 cm 3 = 0,746 cm 3 b) da mm 3 a dm 3 : A = 746 x (10-2 dm) 3 = 746 x 10-6 dm 3 = 7,46 x 10-4 dm 3
Il litro Il litro (L) è una unità di misura del volume di liquidi e gas che non fa parte del sistema SI, ma è equivalente a un sottomultiplo del metro cubo. Un litro è uguale a un decimetro cubo: 1 L = 1 dm 3. Il litro contiene 1000 millilitri (ml); un dm 3 contiene 1000 cm 3, quindi: un millilitro è uguale a un centimetro cubo: 1 ml = 1 cm 3. N.B.: Il simbolo del litro (L) si scrive eccezionalmente con la lettera maiuscola per non essere confuso con il numero 1.
La densità La densità è una grandezza derivata nel sistema SI. La densità d di un corpo è uguale al rapporto tra la sua massa m e il suo volume V: L unità di misura della densità è il kilogrammo al metro cubo (kg/m 3 ), rapporto tra l unità di massa e l unità di volume.
Densità dei materiali La densità dei liquidi e dei solidi è una proprietà che dipende soprattutto dal materiale:
Conversioni tra unità di densità Talvolta la densità è espressa in g/cm 3. Per trovare il valore corrispondente in kg/m 3 bisogna convertire separatamente i grammi in kilogrammi e i centimetri cubi in metri cubi, come nell esempio: 3 g 10 kg 3 kg kg 3 6 3 3 3 0,917 0,917 9,17 10 917 cm 10 m m m Per passare da g/cm 3 a kg/m 3 si moltiplica per 1000; per passare da kg/m 3 a g/cm 3 si divide per 1000.
Le dimensioni fisiche delle grandezze La scrittura [ ] significa «dimensioni fisiche di»: [t] di un intervallo di tempo [l] di una lunghezza [m] di una massa I numeri puri 2, 2, perché non si misurano con strumenti. non hanno dimensioni fisiche Esempio: le dimensioni fisiche dell area di un triangolo 1 1 2 2 2 A bh b h b h l l l
Correttezza dimensionale Le formule che legano le grandezze fisiche devono rispettare le seguenti regole di correttezza dimensionale: si possono sommare o sottrarre solo quantità con le stesse dimensioni fisiche; i due membri di un uguaglianza devono avere le stesse dimensioni fisiche. Esempio: la formula del perimetro di un triangolo: 2 p AB BC AC l l l l
Dimensioni fisiche e unità di misura Le unità di misura delle grandezze derivate si ricavano dalle loro dimensioni fisiche, associando ad esse le unità fondamentali. Esempio: le dimensioni fisiche della velocità v, definita come il rapporto tra la distanza D percorsa e il tempo t impiegato a percorrerla, sono: v D l D t t t 1 lt Perciò la sua unità di misura nel sistema SI è il metro al secondo (m/s).