Introduzione alla fisica

CAPITOLO 1
Introduzione alla fisica
Nella fisica si cerca di raggiungere una regola per spiegare un fenomeno.
Questo processo si chiama metodo sperimentale, chiamato cosi da Galileo e si divide in 5 fasi:
1. Osservazione del fenomeno: si osserva il fenomeno da studiare.
2. Scelta delle grandezze: si sceglie le caratteristiche misurabili di quel fenomeno.
3. Formulazione dell’ipotesi: si formulano delle ipotesi che tentino di spiegare il problema
4. Esperimento: si esegue un esperimento per verificare l’ipotesi. Se l’esperimento riesce si
passa alla fase successiva altrimenti si formula un'altra ipotesi.
5. Formulazione della legge: si formula una legge che spieghi il fenomeno.
La teoria è un insieme di leggi sperimentali che verificano più fenomeni della stessa specie.
La definizione operativa di una grandezza fisica consiste nella descrizione degli strumenti da
usare e del procedimento da seguire per la sua misura.
In fisica molto spesso si incontrano misure grandissime o piccolissime, per questo si usa la
notazione scientifica ovvero prendere le prime 3 cifre, una prima e 2 dopo al virgola (approssimate
per difetto o eccesso) e moltiplicarle per una potenza di 10 sia positiva che negativa.
73400000000000000000000kg è la massa della luna
7,34* 10²²
L’ordine di grandezza di un numero è la potenza di 10 che meglio approssima il numero stesso.
Il sistema internazionale di misura sono le misure usate comunemente in tutte le nazioni al fine di
non dover avere ognuno un’unita di misura diversa che complicherebbe i calcoli per le misurazioni.
Grandezza
Unita
Simbolo
Lunghezza
Metro
m
Massa
Kilogrammo
Kg
Intervallo di tempo (durata)
Secondo
S
Intensità di corrente elettrica
Ampere
A
Temperatura Termodinamica
Kelvin
K
Quantità di materia
Mole
Mol
Intensità luminosa
Candela
cd
Per misurare occorrono degli strumenti di misura es: per la lunghezza di un tavolo occorre un
metro, per il peso di un cibo la bilancia. Se si può misurare con uno strumento viene definita
misura diretta, se invece c’è bisogno di una formula viene definita misura indiretta.
Prima di effettuare qualsiasi operazione con uno strumento di misura bisogna tararlo ovvero quando
sia stabilita la sua risposta e il valore della grandezza da misurare, gli strumenti di misura hanno
varie caratteristiche come:

Sensibilità: è la variazione minima della grandezza che può essere apprezzata dallo
strumento

Portata: è il massimo valore che uno strumento può misurare

Precisione: uno strumento è tanto più preciso quanto è minore lo scarto tra le sue risposte
quando una misura viene ripetuta più volte

Prontezza: è la rapidità con cui lo strumento risponde a variazioni della grandezza
Quando si effettua una misura si utilizzano dispositivi opportuni, ma anche con le tecniche più
accurate non ci permettono mai di conoscere il valore esatto, ma solo di individuarlo con una certa
approssimazione. Esistono vari tipi di errore:

Errore di Sensibilità: in quanto dipende dalla sensibilità dello strumento. Es: se voglio
misurare una lunghezza con un metro sprovvisto della segnalazione dei centimetri la misura
rimarrà approssimata tra le grandezze più vicine che lo strumento può misurare.

Errori Casuali: errori prodotti da una molteplicità di cause non bene individuabili che
possono agire sia per difetto che per eccesso. Es: Quando misuriamo con il cronometro il tempo
che impiega un corpo per cadere è praticamente impossibile far coincidere l’istante in cui il
corpo inizia la discesa con quello in cui facciamo partire lo strumento.

Errori sistematici: errori che avvengono sempre nello stesso senso o per difetto o per
eccesso. Es: Se si usa uno strumento tarato male si possono verificare sempre gli stessi errori,
per eliminare questo errore è sufficiente confrontare due strumenti di misura dello stesso tipo.
Per cercare di ridurre al minimo lo scarto di errore dopo varie misurazioni vengono usati vari
metodi:
La media come valore più probabile: in una serie di n misure il valore più probabile è la somma
delle misure diviso il numero delle misure (media aritmetica).
ΣX
(X + X +X…..)
M=
=
n
n
L’errore massimo è quel valore che aggiunto o sottratto alla media da un valore approssimativo
della misura.
La semidispersione come errore massimo: è la semidifferenza tra il valore massimo e il valore
minimo ottenuti.
(X
max
- X
min
)
d=
2
Lo scarto quadratico medio: è la somma tra ogni misura meno la media a quadrato diviso il
numero delle misure meno 1.
Σ ( X - M )²
σ=
n-1
L’errore assoluto quel numero che aggiunto o sottratto alla media mi da un’approssimazione più
precisa della misura e si indica con Δ seguito dalla lettera del termine Es con la media ΔM
L’errore relativo è il rapporto tra l’errore assoluto di una misura e la media della misura stessa.
Per calcolare l’errore relativo Er = ΔM / M
L’errore percentuale si ottiene moltiplicando per 100 l’errore relativo
Se dobbiamo ricavare una misura da una formula ci vorranno altre misure che sono affette da
errore, il risultato della formula, quindi la prima misura, sarà anche essa affetta da errore. Es: se
dobbiamo calcola la misura dell’area di un tavolo e le misure dei suoi lati sono affette da errore
anche la misura dell’area sarà affetta da errore, questa si chiama legge di propagazione degli
errori.
Se dobbiamo calcolare l’errore assoluto di una somma o una differenza dobbiamo sommare gli
errori assoluti dei termini. ΔS = Δa + Δb.
Se dobbiamo calcolare l’errore relativo di un prodotto dobbiamo sommare gli errori relativi dei
fattori. ErP = Er a * Er b
Le leggi fisiche possono anche essere rappresentate su grafici sul piano cartesiano, e a seconda della
proporzionalità delle grandezze si rappresentano in modo diverso; le grandezze vengono definite
come X ed Y mentre la costante è detta K. Il piano cartesiano si costruisce con due assi che
rappresentano le misure X e Y. Esistono 3 tipi di proporzionalità:
1. Grandezze direttamente proporzionali, quando al variare di X varia anche Y in maniera
costante (K); Y = K X. Sul piano cartesiano rappresenteremo una retta.
2. Grandezze con relazione di proporzionalità quadratica, quando al variare di X² varia anche
Y in maniera costante (K). Sul piano cartesiano rappresentano una parabola
3. Grandezze inversamente proporzionali, se aumenta X, Y diminuirà, se X diminuisce, Y
aumenterà sempre secondo una costante (K). Sul piano cartesiano viene rappresentata con
un iperbole.