Nota Gran parte delle animazioni sono tratte da: Le figure inserite in queste lezioni sono state tratte da:

Nota

! 

Le figure inserite in queste lezioni sono state tratte da:

! 

Borsa - Scannicchio, Fisica con applicazioni in biologia e in medicina, Unicopli

! 

Cromer, Fisica per medicina, farmacia e biologia, Piccin Editore

! 

Giambattista, Fisica generale, McGraw-Hill

! 

Giancoli, Fisica 2a edizione, CEI

! 

Kane - Sternheim, Fisica Biomedica, E.M.S.I.

! 

Serway & Jewett, Principi di Fisica, EdiSES

! 

Scannicchio, Fisica biomedica, EdiSES

! 

Walker, Fondamenti di Fisica, Zanichelli

! 

Gran parte delle animazioni sono tratte da:

! 

http://www.ba.infn.it/fisica2005/

La lezione di oggi

! 

Presentazione

! 

La Fisica

! 

Dimensioni / unità di misura

! 

Conversioni

Presentazione

! 

Corso: lezioni di 2 ore, 3 volte la settimana.

Da Febbraio a Giugno.

! 

Frequenza alle lezioni: fortemente consigliata

! 

Lezioni in aula:

! 

Presentazione al computer + lavagna

! 

Esercitazioni alla lavagna

! 

Persone:

! 

Prima parte del corso: prof. Massimo Masera

! 

Seconda parte: prof. Cristiana Peroni

! 

Esercitazioni: dr Giorgia Mila

Esame

! 

L’esame prevede uno scritto e un orale

! 

Scritto: soluzione di esercizi + risposta ad alcune domande

! 

Validità dello scritto: un anno

! 

Orale: domande su tutto il programma svolto ed, eventualmente, sulla prova scritta.

! 

Voto: La valutazione complessiva (in trentesimi) dell'esame

viene effettuata in sede di prova orale, tenendo conto del

risultato dello scritto ! Media “ragionata” di scritto e orale

Testi consigliati

!  Testi consigliati (non obbligatori. Se ne avete altri, contattatemi):

!  J.S. Walker, Fondamenti di Fisica, Zanichelli (confezione tomo 1a, 1b, volume 2), ISBN88.08.24454.7

!  G.Riontino, Lezioni di fisica, ed. Cortina

!  Altri testi (in ordine alfabetico):

!  A.Giambattista, Fisica generale, McGraw-Hill, ISBN 978.88.386.6416.8

!  D.Giancoli, Fisica con Fisica Moderna, 2a edizione, Casa Editrice Ambrosiana, ISBN 978-88-408-1414-8

!  D.Scannicchio, Fisica biomedica, EdiSES, ISBN 978-88-7959-476-9

!  G.Bellini, G.Manuzio: Fisica per le scienze della vita, ed.Piccin

!  Esercizi: Celasco–Panzieri,2000 problemi di fisica,ECIG, ISBN 978.88.7545.756.3

!  Programma del corso: interamente svolto a lezione. Si trova sulle slide disponibili in formato PDF su CampusNet

!  Caveat: le slide non sostituiscono MAI un buon testo di riferimento

Reperibilità del docente

! 

Su appuntamento:

! 

E-mail: massimo.masera@unito.it

! 

Telefono: 011-670 7373

! 

Ufficio:

! 

Dipartimento di Fisica - via Pietro Giuria, 1

! 

“Edificio Vecchio” primo piano, stanza A30 (chiedere in

portineria)

Fisica

! 

La Fisica ha per obiettivo lo studio delle leggi fondamentali della Natura (da φυσις = natura)

! 

Studio:

! 

Descrizione quantitativa dei fenomeni naturali

! 

uso del linguaggio matematico

! 

Formalizzazione dei problemi

! 

Scienza della Natura:

! 

La base della conoscenza è sperimentale

! 

Capacità di predizione dei fenomeni

! 

organizzazione dei fenomeni in teorie e modelli fisici

! 

Teorie confrontate sempre con i dati esperimentoali

Grandezze fisiche

! 

La quantificazione delle osservazioni sperimentali è il processo di misura.

! 

Si misurano delle grandezze, quali intervalli di tempo, distanze, velocità, correnti elettriche, campi magnetici etc.

! 

Queste grandezze possono espresse numericamente con l’adozione di un sistema di unità di misura

! 

Nel Sistema Internazionale (SI) – Parigi 1960 – ci sono 7 unità base, che consentono di esprimere quantitativamente le più disparate grandezze fisiche

! 

Unità base e derivate – 2 esempi:

!  Il tempo è stato scelto come grandezza fondamentale. Si misura in secondi (s)

!  la velocità è una grandezza derivata. Si esprime come rapporto tra una lunghezza e un tempo ! m/s

Unità base (S.I.)

•  Le unità base sono associate a grandezze

fisiche che

vengono assunte come

fondamentali

•  Questo significa che le altre

grandezze

possono essere

espresse come

combinazioni di

queste

Definizioni unità base

Lunghezza: metro (m)

La velocità della luce è esattamente pari a 299 792 458 m/s

1791: 1/10.000.000 distanza Polo Nord – Equatore

Barra campione di Pt-Ir

Distanza percorsa dalla luce nel vuoto nel tempo 1/299792458 s

Massa: kilogrammo (kg)

! 

kilogrammo. Simbolo: kg (k minuscolo!!!!)

! 

Inizialmente definito come la massa di un decimetro cubo d’acqua. Successivamente come la massa del prototipo di Pt- Ir ! la definizione non è basata su una proprietà fisica

! 

La massa è una proprietà intrinseca e costante di un oggetto

! 

Il peso di un oggetto dipende dalla sua massa E

dall’accelerazione di gravità

Tempo: secondo (s)

! 

Secondo (s) inizialmente definito sulla base del giorno solare medio, composto di 24 ore ×60 minuti ×60 secondi = 86400 s

! 

Dalla XIII Conferenza Generale di Pesi e Misure (1967), il

secondo è il tempo occorrente alla radiazione emessa da un

atomo di

Cs per completare 9192631700 oscillazioni

Analisi dimensionale

! 

La dimensione di una grandezza fisica è il prodotto delle

dimensioni fisiche fondamentali, ciascuna elevata a una potenza (razionale) opportuna

! 

La massa è una dimensione fisica, mentre il kilogrammo è un’unità di misura

Dimensione Simbolo Unità S.I. Simbolo

Unità

Lunghezza L metro m

Massa M kilogrammo kg

Tempo T secondo s

Corrente elettrica I ampère A

Temperatura termodinamica Θ' kelvin K

Quantità di materia N mole mol

Intensità luminosa J candela cd

Analisi dimensionale

! 

La dimensione di una grandezza fisica è legata al tipo di grandezza che si sta considerando

! 

La misura di una grandezza fisica ha un valore che dipende dall’unità di misura scelta (la dimensione non cambia)

! 

Distanza tra Torino e Moncalieri:

! 

3 km

! 

2 miglia

! 

10000 piedi

! 

la dimensione è comunque una lunghezza: [L]

Analisi dimensionale

! 

Qualsiasi formula deve essere dimensionalmente consistente

! 

la grandezza a primo membro deve avere la stessa dimensione di quella a secondo membro

! 

non si possono sommare grandezze aventi dimensioni diverse (e.g. lunghezze e masse)

Quantità Dimensione

Distanza [L]

Area [L

]

Volume [L

]

Tempo [T]

Velocità [L T

]

Problema

Verifica che è dimensionalmente consistente la formula:

x = x₀ + vt

[L] = [L] + [L T

][T]

[L] = [L] + [L T

T]

[L] = [L] + [L] ! OK

Cifre

significative decimali e

A ogni misura è SEMPRE associata

un’incertezza

Cifre

significative e decimali

"  Cifre significative: numero

di cifre note con certezza

" 

d=21.26 cm (4 cifre significative)

" 

t=0.085 s (2 cifre significative)

"  Decimali:

" 

d=21.26 cm (2 decimali)

" 

t=8.5 s (1 decimale)

Operazioni

!  Moltiplicazione o divisione:

!  numero di cifre significative della quantità conosciuta con minore

precisione

!  Addizione o sottrazione

!  numero di decimali uguale al minor

numero di decimali presenti in ogni

addendo

Esempi

# 

d = 21.26 cm (4 cifre significative, 2 decimali)

# 

t = 8.5 s (2 cifre significative, 1 decimale) v = 21.26 / 8.5 =

2.5011764705882352941176470588235 = 2.5 cm s

(2 cifre significative, 1 decimale)

(ARROTONDO, NON TRONCO !!!)

# 

v

= 1.384 cm s

(4 cifre significative, 3 decimali) 2.5 + 1.384 =

3.884 = 3.9 cm s

D I V

I S I O N E

OS MM

A

Notazione scientifica

" 

M

= 5970000000000000000000000 kg

" 

Sposto di 24 posizioni verso sinistra la virgola ! 10

" 

M

= 5.97x10

(si può anche scrivere 5.97 10

)

" 

M

= 0.00000000000000000000000000167 kg

" 

Sposto di 27 posizioni verso destra la virgola

10

" 

M

= 1.67x10

(si può anche scrivere 1.67 10

)

" 

M

M

= (5.97x10

kg)x(1.67x10

kg) = (5.97x1.67)x(10

x10

)

" 

= 9.99x10

kg

" 

M

/M

= (1.67x10

kg)/ (5.97x10

kg) = (1.67/5.97)x(10

/10

)

" 

= 0.280x10

= 2.80x10

Esercizi

!  Il numero medio di piastrine nell’uomo è di 300000 elementi per mm³. Esprimere tale grandezza utilizzando la notazione scientifica.

Soluzione:

# medio piastrine = 300000 elementi = 3 * 10⁵ elementi

!  Nell’atomo di Cesio si compiono 9 miliardi di oscillazioni al secondo. Calcolare l’ordine di grandezza della durata di ogni oscillazione, espressa in notazione scientifica.

Soluzione:

durata 1 oscillazione = (1/9000000000) s

Questa espressione può essere riscritta facendo uso della notazione scientifica..

durata 1 oscillazione = (1/9*10^-9) s = 1.1 * 10^-10 s

(Sotto)multipli e grandezze

notevoli

Grandezze notevoli

Multipli e sottomultipli

! 

Esprimi in k€ e M€ il prezzo di un’auto venduta a 5700 €

! 

5700x10

k€ = 5.7 k€

! 

5700x10

M€ = 0.0057 M€

Notazione scientifica e cifre significative

!  2500 m può avere:

! 

2 cifre significative (incertezza di misura 100 m)

! 

4 cifre significative (incertezza di misura 1 m)

!  Ma non ho dubbi se scrivo

! 

2.5 10

m ! 2 cifre significative

! 

2.500 10

m ! 4 cifre significative

Errori di arrotondamento

! 

2.21 Euro + 8% tasse = 2.3868 Euro = 2.39 Euro

! 

1.35 Euro + 8% tasse = 1.458 Euro = 1.46 Euro

! 

(2.39+1.46) Euro = 3.85 Euro

! 

(2.21+1.35) Euro + 8% = 3.8448 Euro = 3.84 Euro

! 

Quando si fanno i calcoli, occorre usare almeno 1 cifra significativa

in più e arrotondare alla fine

Conversione Unità di misura

1 mi = 1.609 km

Lihue e' a 26 mi ⋅ 1.609 km

1 mi = 26 ⋅1.609 km = 41.834 km = 42 km

Conversione Unità di misura

1 mi = 1.609 km

Lihue e' a 42 km ⋅ 1 mi

= 42

mi = 26.1032 mi = 26 mi

Conversione unità di misura

34

!   Lunghezza

S.I. – metro (m)

U.K. inch - pollice (in) = 0.02540 m (25.40 mm schermo TV) U.K. foot - piede (foot) = 0.3048 m

U.K. yard – yard (yd) = 0.9144 m

U.K. statute mile – miglio terrestre (mi) = 1609.34 m U.K. sea mile – miglio marino (sm) = 1853.2 m

!   Superficie

S.I. – metro quadrato (m

) agricoltura – ettaro = 10

m

tradizione agricola piemontese – giornata – 3 810 m

Esempio

! 

Esprimere in metri e in pollici il diametro dei globuli rossi (d = 1/100 di millimetro)

! 

Soluzione:

diametro = 0.01 mm = 0.00001 m

si ricorda che 1 pollice = 25.40 mm dunque…

1 mm = 1/25.40 pollici = 0.03937 pollici diametro = 0.01 mm = (0.01 x 0.03937)pollici

= 0.0003937 pollici

Conversione unità di misura

!  Volume

S.I. – metro cubo (m

) U.K. imperial gallon –

gallone inglese (lmp gal) = 4.546 dm

USA oil barrel –

barile di petrolio (bbl) = 158.98 dm

!  Massa

S.I. – kilogrammo (kg)

N.S.I. – tonnellata (t) = 1000 kg

U.S. ounce – oncia (oz) = 0.02335 kg

U.S. pound – libbra (lb) = 0.4536 kg

Esempio

Per preparare una soluzione si dispongono sul tavolo del laboratorio 14.5 g di solfato di rame ed un recipiente

contenente 1.5 kg di acqua.

Esprimere in once la massa del soluto e del solvente.

Soluzione:

si ricorda che 1 oncia = 0.02335 kg dunque…

1 kg = 1/0.02335 once = 42.83 once 1 kg = 1000 g

Massa soluto = 14.5 g = 0.0145 kg = (0.0145*42.83) once = 0.621 once

Massa solvente = 1.5 kg = (1.5*42.83) once = 64.245 once

Passiamo da km h ^-1 m s ^-1

80 km h

= 80 km

h = 80

km 10

m 1 km h 3600 s

1 h

= 80

3.6 m s

= 22 m s

10

m

1 km = 1

1 km = 10

m

3600 s

1 h = 1

1 h = 3600 s

Più velocemente…

80 km h

= 80 km

h = 80 10

m

3.6 ×10

s = 80

3.6 m s

= 22 m s

Ancora un esercizio:

! 

n. 43, pag. M24 Walker

Le fibre nervose di tipo A del corpo umano possono condurre impulsi nervosi a una velocità fino a 140 m/s.

1. 

A quale velocità viaggiano questi impulsi in miglia per ora ?

2. 

Quanto spazio percorrono in metri questi impulsi in un tempo di

5 ms?

Ancora un esercizio:

! 

n. 43, pag. M24 Walker

Le fibre nervose di tipo A del corpo umano possono condurre impulsi nervosi a una velocità fino a 140 m/s.

1. 

A quale velocità viaggiano questi impulsi in miglia per ora ?

2. 

Quanto spazio percorrono in metri questi impulsi in un tempo di 5 ms?

v = (140 metri/secondi)(1 /1609 miglia/metri)

(1 ora)(1/3600 ore/secondi) = 313 miglia/ora

s = (140 metri/secondo)(5⋅10

s) = 0.7 m

Stime di ordine di grandezza

!  Stima approssimata a un fattore dell’ordine della decina

!  A meno di un fattore dieci oppure ordine di grandezza

!  Sempre da fare quando si esegue un

sercizio

Esempio: temporale / gocce

! 

Durante un temporale cade 1 cm di pioggia, coprendo un’area di circa 10

m

. Quante gocce sono cadute ?

! 

Volume di pioggia caduta: 10

m

x 10

m = 10

m

! 

Volume di una goccia (diametro 4 mm): 4/3 π R

~ 4x(2x10

)

~ 30x10

~ 10

m

! 

Numero di gocce ~ 10

/ 10

~ 10

Teoria degli Errori

! 

Ogni misura sperimentale è affetta da un errore o, meglio, è soggetta a un certo grado di incertezza

! 

Parte integrande di una misura è la stima dell’errore sperimentale:

! 

Ad esempio, la massa di un corpo è data come M=(50±1) kg

! 

La teoria degli errori sarà argomento di una delle prossime

esercitazioni