Oggi tratteremo tre capitoli di fisica appartenenti alla meccanica. Essa studia l equilibrio e il movimento dei corpi. Questi tre capitoli si intitolano:
Possiamo definire intervallo di tempo la durata di un fenomeno che ha inizio e fine. Per misurare la durata di un fenomeno, si deve contare quante volte un fenomeno periodico è contenuto nella durata da misurare. (È un intervallo di tempo l esistenza di una persona sulla Terra). L unità di misura dell intervallo di tempo è il secondo.
Ecco alcuni esempi di orologi che funzionano sfruttando fenomeni periodici. Questo tipo di orologi misurano il tempo contando le oscillazioni di un pendolo Quest altro tipo di orologi misurano il tempo contando le oscillazioni di un cristallo di quarzo.
Nome Simbolo Valore in s anno a 3,16 x 10 7 giorno d 86400 ora h 3600 minuto min 60 millisecondo ms 1 = 10-3 1000 microsecondo us 1 = 10-6 1 000 000
L unità di misura della lunghezza è il metro che viene indicato con la sigla m. Gli strumenti più usati per misurare le lunghezze sono tre: CALIBRO, RIGA, DISTANZIOMETRO. Il calibro, misura lunghezze dell ordine del decimo di millimetro e del millimetro La riga, misura lunghezze dell ordine del centimetro e decimetro Il distanziometro, misura lunghezze dell ordine di metri e decine di metri Per fare un equivalenza tra due multipli e sottomultipli di lunghezza consecutivi occorre moltiplicare o dividere per 10.
L area è una grandezza derivata, la sua unità di misura è il metro quadrato (m 2 ). L area si misura in modo diretto contando quante volte l unità di misura (m 2 ) è contenuta nell area da misurare In modo indiretto, misurando delle lunghezze e applicando le formule della geometria come nel caso sotto per calcolare l area usiamo la formula A = b x h : Per fare un equivalenza tra due unità di area consecutive bisogna moltiplicare o dividere per 100
Come l area, anche il volume è una grandezza derivata. Esso si misura in metri cubi (m 3 ). Per esprimere il volume di liquidi e gas si usa spesso un unità di misura che non fa parte del Sistema Internazionale, vale a dire il litro (L). Un litro è uguale a un decimetro cubo: 1L = 1dm 3 Per fare un equivalenza tra due multipli e sottomultipli di lunghezza consecutivi occorre moltiplicare o dividere per 1000.
La massa è la quantità di materia che costituisce un corpo; l unità di misura per misurarla è il kilogrammo (kg). La quantità di materia, quindi il peso, si misura con la bilancia a braccia uguali. Per misurare la massa di un corpo, lo si appoggia su uno dei piatti della bilancia e nell altro si aggiungono progressivamente dei pesi campione di massa nota fino ad ottenere l equilibrio fra i bracci.
La densità (d) di un corpo è la proprietà che deriva dal rapporto tra la sua massa (m) e il suo volume (V). La densità è direttamente proporzionale alla massa e inversamente proporzionale al volume. Ciò significa che all aumentare della massa aumenta anche la densità che invece diminuisce all aumentare del volume: Infatti due corpi dello stesso materiale a parità di volume possono avere massa diversa poiché la loro densità è diversa; un esempio pratico lo abbiamo con il polistirolo che a seconda della densità, a parità di volume, ha massa diversa.
Gli strumenti di misura possono essere analogici o digitali. Analogico: La misura viene letta per analogia, ossia associando la posizione della lancetta con la misura riportata sulla scala sottostante. Digitale: La misura viene è immediata Strumento analogico Strumento digitale
La portata è la più grande misura che lo strumento può misurare. La sensibilità di uno strumento è il più piccolo valore della grandezza che lo strumento può distinguere. La prontezza di uno strumento indica la rapidità con cui esso risponde a una variazione della quantità da misurare. Bilancia con maggiore portata ma minore sensibilità Bilancia con minore portata ma maggiores sensibilità
Gli errori casuali variano in modo imprevedibile da una misura all altra e influenzano il risultato qualche volta per eccesso, qualche altra volta per difetto Gli errori sistematici avvengono sempre nello stesso senso: o sempre per eccesso, o sempre per difetto. Un altro di questo tipo di errori avviene quando misuriamo una lunghezza con un metro un po più lungo o un po più corto del metro campione
Se si fanno diverse misure, si sceglie come risultato della misura il loro valore medio, che è il rapporto tra la somma delle misure e il numero delle misure. Esempio: Una pallina di gomma viene lasciata cadere da un altezza di 2 m. Un gruppo di studenti misura con un cronometro l intervallo di tempo che la pallina impiega ad arrivare a terra. Ecco i valori trovati Misura Valore (s) 1 0.75 2 0.57 3 0.69 4 0.48 5 0.82 6 0.55 7 0.65 8 0.62 9 0.59 10 0.42 t = ( 0.75 s + 0.57 s + 0.69 s + 0.48 s + 0.82 s + 0.55 s + 0.65 s + 0.62 s + 0.59 s + 0.42 s = 6.14 = 0.61 s 10 10
L errore massimo è uguale alla differenza tra il valore massimo e il valore minimo divisa per due. Prendiamo in considerazione la tabella dell esercizio precedente. Misura Valore (s) 1 0.75 2 0.57 3 0.69 4 0.48 5 0.82 6 0.55 7 0.65 8 0.62 9 0.59 10 0.42 Errore massimo = 0.82-0.42 = 0.4 = 0.2 s 2 2
Si può assumere come incertezza il più grande tra l errore massimo e la sensibilità di uno strumento. Essa serve per esprimere in modo corretto il risultato delle misure. Prendiamo in considerazione nuovamente l esercizio precedente. Misura Valore (s) 1 0.75 2 0.57 3 0.69 4 0.48 5 0.82 6 0.55 7 0.65 8 0.62 9 0.59 10 0.42 La sensibilità del cronometro è 0.01 s. Esprimiamo quindi in modo corretto il risultato della misura facendo: Valore Medio + incertezza = 0.6 + 0.2 s
L incertezza relativa è il rapporto tra l incertezza e il valore medio. Prendiamo sempre in considerazione la tabella dell esercizio del valore medio. Misura Valore (s) 1 0.75 2 0.57 3 0.69 4 0.48 5 0.82 6 0.55 7 0.65 8 0.62 9 0.59 10 0.42 Incertezza relativa = 0.02 = 0.032 0.61
L incertezza relativa percentuale è l incertezza relativa espressa in forma percentuale: Incertezza relativa percentuale = (incertezza relativa x 100)% Misura Valore (s) 1 0.75 2 0.57 3 0.69 4 0.48 5 0.82 6 0.55 7 0.65 8 0.62 9 0.59 10 0.42 L incertezza relativa avuta nell esercizio precedente, la usiamo per ricavarci l incertezza relativa percentuale che si fa: 0.032 x 100 = 3.2
Un numero, scritto nella notazione scientifica, è il prodotto di due fattori: un coefficiente, compreso tra 1 e 10, e una potenza di 10. Esempi: Grandezza Valore Notazione scientifica Raggio equatoriale della Terra Altezza del monte Everest 6370 km 6,37 x 10 3 km 8848 m 8,848 x 10 3 km Il numero 0,0096 = 9, 6 x 10-3. Per passare da 0,0096 a 9.6, la virgola passa di tre posti a destra. Quando un numero è scritto nella notazione scientifica, le cifre significative sono quelle del coefficiente. L ordine di grandezza L ordine di grandezza di un numero è la potenza di 10 che più si avvicina a quel numero.
Un oggetto può essere studiato mediante il modello del punto materiale quando è molto piccolo rispetto alla distanza che percorre. Esempio: Consideriamo una barca a vela che si muove sospinta dal vento. 1 Descrivere il suo moto fra le onde è piuttosto complicato. 2 Se però osserviamo la barca da molto lontano, il suo moto appare regolare e può essere descritto come il moto di un punto su un piano.
Si chiama traiettoria la linea che unisce le posizioni successive occupate da un punto materiale in movimento. La traiettoria è quindi una linea che può essere anche molto complicata... come quella di uno scarabeo nel deserto.
Per studiare il moto di un punto materiale in un piano abbiamo bisogno di un sistema di riferimento cartesiano. Un sistema di riferimento cartesiano nel piano è costituito da: Due assi cartesiani, perpendicolari tra loro; Un metro per misurare le distanze; Un cronometro per misurare il tempo.
Si chiama rettilineo il moto di un punto materiale la cui traiettoria è un segmento di retta. Nel moto rettilineo il sistema di riferimento è costituito da un solo asse cartesiano, che coincide con la traiettoria. Ad ogni punto della traiettoria corrisponde una coordinata, che si chiama ascissa. Esempio: Un auto su di un rettilineo che viaggia a velocità costante si muove con un modo rettilineo V= Ds Dt
La velocità media di un punto materiale è il rapporto tra la distanza percorsa e l intervallo di tempo impiegato. distanza percorsa (m) Velocità media tempo impiegato (s) Siccome la distanza si calcola in metri e l intervallo di tempo in secondi, la velocità media si misura in metri al secondo (m/s). La velocità media non ci dice qualcosa solo sulla rapidità del moto di un oggetto, ma ci fornisce anche informazioni sul verso in cui esso si sta muovendo lungo una traiettoria rettilinea.
Nel Sistema Internazionale l unità di misura della velocità è il metro al secondo, ma nella vita di tutti i giorni viene utilizzato moltissimo il kilometro all ora (km/h). Per passare da una di queste unità all altra, basta ricordare che 1 km = 1000 m e che 1 h = 3600 s.
Esempio: A Firenze, un turista percorre la distanza tra la stazione di Firenze Santa Maria Novella e Piazza della Signoria in 15 min. Questa distanza è di circa 1 km. Qual è stata la velocità media in m/s del turista sull intero tragitto? A quanti km/h equivale? DATI: FORMULA 1) t = 15 minuti Vm = s s = 1 km t 15 minuti = 15x60 = 900 s 1 km = 1000 m Vm = 1000 m = 1,1 m/s 900 s 2) 1,1 m = 1,1 x 3,6 km = 4 km s h h
Il grafico spazio-tempo è costituito da: Un asse orizzontale dei tempi Un asse verticale delle posizioni Esempio: Durante le Olimpiadi di Pechino, Usain Bolt stabilì il record del mondo dei 100 m col tempo di 9,69 s. La tabella riporta i suoi tempi di passaggio ogni 10 m. 1 Riportiamo i dati raccolti in un diagramma cartesiano, in cui l asse dei tempi è orizzontale e l asse delle posizioni è verticale. Ogni dato corrisponde a un punto del diagramma: l insieme dei punti è detto grafico spazio tempo del moto. 2 Se aumentiamo il numero di istanti in cui rileviamo la posizione dell atleta, il grafico spazio-tempo diventa una linea continua. 3 Ogni punto del grafico spazio-tempo dà la posizione dell atleta nell istante di tempo corrispondente.
Liceo Scientifico Statale Via Volpicelli Arzano - Napoli ANNO SCOLASTICO 2014-2015 Lavoro di gruppo a cura degli alunni della classe III^ ALL Gruppo di lavoro: CHIANESE MICHELE CRISPINO MARIANTONIETTA DI GIROLAMO SIMONA FEDELE CHIARA Docente: prof.ssa C. Ferone