Fisica per principianti: le basi
Ernest Rutheford disse:
Nella Scienza esiste solo la Fisica, tutto il resto è collezione di francobolli.
Da uomo di scienze debbo dissentire perché le più grandi intuizioni e le più grandi scoperte nella Fisica sono state dimostrate grazie a rivoluzionarie equazioni, grazie alla “matematica”.
E’ grazie infatti al genio di uomini come I. Newton, D. Bernoulli, E, Rutheford, M. Faraday, R. Clausiius, A. Einstein, etc. etc, se siamo riusciti a sfruttare l’energia elettrica, a volare in elicottero ed in aereo, ad andare nello spazio e ad atterrare sulla luna, a (purtroppo) costruire la bomba atomica, etc. etc.
Ma questi immensi Scienziati si sono dovuti avvalere della matematica per poter dimostrare le loro grandi scoperte e ricondurle ad un’unica grande equazione che sintetizza la loro intuizione.
Ma torniamo al nostro argomento, ossia “Fisica per principianti: le basi”. Spiegherò dei concetti base oltre a qualche termine appartenente alla Fisica che spesso ci ritroviamo a menzionare non troppo di rado nelle conversazioni di tutti i giorni e che fanno parte della Fisica di base.
Sommario
La Fisica attorno a noi
Il primo passo da fare per iniziare il nostro percorso sulle basi della Fisica è quello di cercare di capire “che cosa” affronta la Fisica e “come lo affronta”.
La Fisica, parola che viene da Physys (natura), si occupa di tutto ciò che accade in natura (fenomeno), studiabile attraverso particolari entità che chiameremo Grandezze Fisica.
Le modalità con cui vengono analizzati i fenomeni Fisici sono espresse dal metodo sperimentale, metodo introdotto per la prima volta da G. Galilei e successivamente rielaborato:
Le Misure
Come già predetto la Fisica si occupa unicamente di quei fenomeni che possono essere studiati tramite delle “Grandezze Fisiche” cioè tramite entità che caratterizzano quel fenomeno e che siamo in grado di misurare.
Ma cosa significa misurare ?
Con questa parola si suol intendere l’insieme delle operazioni che portano ad un risultato numerico.
Esempi:
- La lunghezza di un oggetto
- La temperatura corporea
- La velocità di movimento
- La massa di un corpo
- La forza espressa
- Il tempo trascorso
- La luminosità di una lampadina
Tutte le operazioni che chiamiamo “Misurazioni” è un semplice confronto fra la grandezza in esame ed un’altra di riferimento che sostituisce l’unità di misura.
Ma cos’è quest’altra parola: “l’unità di misura”?
L’unità di misura è un campione di riferimento della stessa categoria della grandezza fisica che misuriamo, fissato secondo una precisa convenzione.
Il risultato di una misurazione è il risultato di una serie di azioni portate avanti da un operatore mediante degli strumenti appositi (metro, termometro, tachimetro, bilancia. Etc). Questo fa sì che qualsiasi misura è soggetta a vari errori (più o meno grandi) non del tutto trascurabili.
Sistema Internazionale
Altro concetto importante della Fisica di base è quello che sinteticamente viene chiamato S.I.
È il Sistema Internazionale di Unità, stabilito nel 1960 dalla XI Conferenza generale di pesi e misure tenutasi a Parigi durante il quale furono stabiliti e riconosciuti ufficialmente in tutto il mondo le unità di misura delle sette grandezze fisiche fondamentali da utilizzare affinché fossero più semplici le comunicazioni e gli scambi commerciali tra i vari paesi.
Alcune Grandezze Fisiche fondamentali e non nella Fisica di base
Massa
Rappresenta la quantità di materia di un ben determinato corpo od oggetto. La sua unità di misura è il Kilogrammo ed ha vari multipli e sottomultipli.
Tempo
E’ la dimensione nella quale si concepisce e si misura il trascorrere degli eventi. Esso induce la distinzione tra passato, presente e futuro. L’unità di misura nel S.I. È il secondo (s) che ammette dei multipli ma non di base 10.
Lunghezza
Nell’uso comune, indica una delle dimensioni di un oggetto, ovvero una sua estensione nello spazio. L’unità di misura nel S.I. È il metro (m) che ha vari multipli e sottomultipli.
Peso
Peso e massa spesso vengono confusi come la stessa cosa. In realtà sono due grandezze fisiche differenti legate da una proporzionalità diretta. Il peso rappresenta la forza col quale ogni corpo e/o oggetto è attratto verso il centro del pianeta.
Si calcola con la formula:
P = m*g
Dove g rappresenta l’accelerazione di gravità del pianeta. Sulla Terra vale circa 9,8 m/s2.
Densità
Rappresenta quella grandezza che ci dà informazioni sulla quantità di materia di una certa sostanza che occupa un ben preciso spazio. 1 kg di piombo occupa molto meno spazio rispetto ad 1 kg di paglia. Questo è dovuto alle proprietà delle due differenti sostanze.
D = m/V
Ovvero: densità è uguale alla massa fratto il volume.
Atomo
Dal greco “ἄτομος – àtomos” che significa “non tagliabile”, quindi “ non divisibile”, è stato considerato per qualche millennio la più piccola parte della materia.
Ma, oramai, da quasi un secolo, grazie a E. Rutrheford ed A. Einstein sappiamo che non è così ma bensì dentro un atomo, infatti, ci sono particelle (dette subatomiche), come gli elettroni, neutroni e protoni, che a sua volta sono costituiti da particelle ancora più piccole chiamate “QUARK”.
Nucleo
E’ il cuore fondamentale dei Neutroni e dei Protoni. Le sue dimensioni sono di circa 10 elevato alla meno tredicesima cm, mentre quelle atomiche sono dell’ordine di 10 elevato alla meno ottava cm.
Energia
Classicamente rappresenta la capacità di un corpo o di un sistema a compiere un certo lavoro meccanico (la parola lavoro in Fisica non ha lo stesso significato cui diamo nella vita quotidiana). Si misura in Joule (J) che poi è la stessa unità di misura del Lavoro. Esistono molte forme di energia.
L’equazione che stabilisce l’equivalenza e il fattore di conversione tra l’energia e la massa di un sistema fisico, dove E è l’energia contenuta o emessa da un corpo è la seguente:
E=mc²
Forze
Comunemente il termine “forza” è associato ad uno sforzo muscolare e quindi ad un contatto tra corpi. In realtà non è del tutto vero.
Esistono vari tipi di forze ed alcune di esse agiscono a distanza. Il termine “FORZA” è difficile da spiegare perchè non è possibile darne una definizione diretta. Allora daremo una definizione indiretta cioè la descriveremo non spiegando cos’è ma bensì cosa fa, cosa produce.
Sappiamo che può:
- deformare un corpo
- provocare il movimento
- arrestare un corpo in movimento
Allora la forza è quella grandezza fisica che può causare la deformazione oppure la modificazione dello stato di quiete o di moto di un corpo. La sua unità di misura è il Newton (N).
Questo articolo è stato scritto da Fabio Messina, docente e blogger.
