Fisica I
Ingegneria Informatica (corso B)
e dell’Automazione
Giorgio Maggi
Alcune informazioni
• Per qualunque informazione consultare il sito (attualmente
in allestimento):
– http://www.ba.infn.it/~maggi/index.php3
oppure direttamente:
– http://www.ba.infn.it/~maggi/informatica/index.php3
• Ulteriori informazioni possono essere richieste via mail (con
moderazione):
– [email protected]
(firmate la vostra posta)
• Ricevimento: Dipartimento di Fisica -stanza R22
– Giovedì dalle 9:00 alle 13:00
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Ulteriori informazioni
• Libro di testo:
– Sul sito citato trovate (in formato pdf) le “Lezioni di Fisica
Generale” per Edile (anno accademico 2001/2002).
Trovate anche le tracce degli appelli e/o esoneri degli anni
precedenti (Edile).
– Le “Lezioni” vanno usate in connessione con un libro di testo (sulle
dispense ci sono poche figure, mancano le tabelle, ci sono pochi
esercizi svolti, mancano le tracce di esercizi, etc). Si consiglia:
D. Halliday R. Resnick J. Walker- Fondamenti di Fisica Volume 1
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Struttura ed obiettivi del corso
• La suddivisione dei crediti:
4 crediti di lezione, 1.5 crediti di esercitazioni numeriche, 0.5
crediti di laboratorio
• Gli argomenti che affronteremo:
I principi base della meccanica e della termodinamica.
Applicazione degli stessi a situazioni concrete attraverso la soluzione
di semplici esercizi.
Verifica in laboratorio dei modelli teorici per familiarizzare con le
metodologie di misura e di trattamento dei dati.
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Esami ed Esoneri
• L’esame consisterà in una prova scritta ed una orale.
Entrambe devono essere svolte nello stesso appello.
• Durante il corso saranno effettuate due prove di esonero (il
primo durante la pausa a fine ottobre e il secondo a fine del corso).
• L’esonero dallo scritto si acquisisce se il voto medio nelle
due prove è maggiore o uguale a 18/30. Sarà data la possibilità
di recuperare eventuali prove non superate con una terza prova a
ridosso delle vacanze di Natale.
• L’esonero è utilizzabile per sostenere una sola volta la prova orale
nell’anno accademico corrente.
• Consiglio: puntare a concludere l’esame alla fine del quadrimestre,
importante seguire con continuità le lezioni.
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Corso di azzeramento
• La prima settimana del corso è dedicata all’azzeramento
– Devono essere presenti coloro che hanno debito formativo.
– Sarà acquisita la presenza che darà diritto poi a partecipare
all’esame finale
– Chi non ha debiti formativi può comunque partecipare, se
interessato, a queste lezioni introduttive.
• Orario
–
–
–
–
Martedì (aula G)
Mercoledì (aula L)
Giovedì (aula B)
Sabato (aula G)
10:00-11:40
15:00-16:40
11:00-13:00
10:00-11:40
e dalle 15:00-16:40 (aula E)
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Gli argomenti del corso di azzeramento
•
•
•
•
•
•
•
Il metodo scientifico
Le grandezze fisiche e la loro misura
Cenni sulla struttura atomica e nucleare
Cenni sulle interazioni fondamentali
Sistemi aggregati di atomi
Sistemi complessi (sistema solare)
Grafici e funzioni
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Obiettivo della Fisica
• Descrivere una vasta classe di fenomeni naturali per mezzo
di leggi espresse in forma matematica.
• Come funziona:
Falsificabile
particolarizzabile
estendibile
Realtà
Osservazione
del fenomeno
Analogia Modello
La descrizione
Costruzione
razionale
Teoria
Formalizzazione
Generalizzazione
(per includere altri fenomeni)
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Il metodo sperimentale secondo le prescrizioni di Galilei
• L’osservazione in cui si colgono gli aspetti salienti del fenomeno e si arriva ad una sua
schematizzazione (molto intuito, esperienza e sensibilità dello sperimentatore)
• La descrizione che consiste nella formulazione di una legge matematica che descriva le
osservazioni (processo induttivo, da una serie di casi particolari si arriva ad una
affermazione generale)
• La formulazione di una ipotesi: ricavare il maggior numero di conseguenze, di
previsioni, a partire dalle ipotesi. Si tratta di un processo deduttivo, in cui ci si avvale
della matematica, accompagnato da un processo di “sistemazione” della teoria.
• L’esperimento: le previsioni ricavate dall’ipotesi vanno sottoposte a verifica
sperimentale (falsificabilità della teoria). In questa fase si presuppone che un
esperimento, ripetuto nelle stesse condizioni, fornirà sempre gli stessi risultati risultati.
• La tesi: la legge fisica che esprime i risultati ottenuti.
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Esempio di applicazione del metodo sperimentale
• L’osservazione: supponiamo di voler studiare il moto di caduta dei corpi.
• La descrizione: dopo una serie di osservazioni deduco che la durata del moto a parità di
percorso dipende dalla massa del corpo.
• La formulazione di una ipotesi:
1
t 
M
più piccola è la massa più grande è il tempo impiegato.
– Deduzione: corpi aventi la stessa massa impiegano sempre lo stesso tempo
• L’esperimento: posso sottoporre a verifica questa deduzione.
• La tesi: la teoria è stata falsificata, non è buona,va buttata, non se ne parla più.
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Universalità e precarietà
delle leggi della fisica
• Le leggi della fisica, una volta determinate, si
suppone siano valide
– in tutto l’universo
– per sempre, dall’origine dei tempi, oggi e lo saranno
anche nel futuro
• Precarietà delle leggi della fisica
– Si può sempre incontrare un fenomeno che non venga
spiegato dalla teoria
– Occorre in tal rigettare la teoria e costruirne una nuova
più completa.
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Esempi di leggi fisiche
• La fisica descrive fenomeni naturali stabilendo delle
relazioni (matematiche) tra le grandezze fisiche
F  ma
II legge di Newton
V  RI
Legge di Ohm
T2
1
T1
Rendimento massimo di una macchina
termica operante tra le temperature
T1 e T2 (T1 > T2)
• Per confrontare i due membri delle relazioni occorre
misurare le grandezze fisiche
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I fenomeni fisici nell’automobile
• Il moto (dell’automobile, rotazione delle ruote,
moto alternativo di pistoni)
• Motore: trasforma l’energia interna contenuta
nella benzina in movimento
• Fenomeni elettromagnetici: motore di avviamento,
alternatore, batteria, fari, etc.
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Esempi di grandezze fisiche
nell’automobile
•
•
•
•
•
•
•
•
Velocità
Accelerazione
Distanza percorsa
Spostamento
Volume
Pressione
Cilindrata
Temperatura
• Potenza
• Coppia
• Tensione elettrica della
pila
• Corrente elettrica
• Resistenza elettrica
• Capacità
• Frequenza
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Misura di una grandezza fisica
• Una grandezza ha significato in fisica se, e solo se,
B
A
è possibile misurarla.
– Per misurarla occorre
Campione C
• Definire un campione
Sottomultipli del campione
• Definire una procedura per confrontare la grandezza
con il campione
– Risultato della misura:
• Un numero e un’unità di misura LAB=3,6 campioni
Va specificato il campione per ogni
grandezza fisica?
numero
Unità di misura
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Errori di misura
cifre significative
• Ogni misura è affetta da
errori
Distribuzione delle frequenze, media = 12.5
.2
– Errori casuali
– Errori sistematici
• L = 3,6 + 0,1 m
valore
errore scritto
esplicitamente
• Oppure L = 3,6 m
.1
5
6.5
8
9.5 11 12.5 14 15.5 17 18.5 20
2 cifre
significative
L’errore (implicito) è
sull’ultima cifra (0,1 m)
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Sistemi di unità di misura
• Le distanze si possono misurare in:
– Metri, centimetri, kilometri
– Piedi, pollici, miglia
– Anniluce, parsec,unità astronomiche
• Il tempo si può misurare in:
– Giorni, settimane, mesi, anni, secoli, millenni ...
– Ore, minuti, secondi ...
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Sistema Internazionale (SI)
• 7 grandezze fondamentali
–
–
–
–
–
–
–
Lunghezza [L], si misura in
Massa
[M], si misura in
Tempo
[T], si misura in
Corrente elettrica, si misura in
Temperatura, si misura in
Intensità luminosa, si misura in
Quantità di materia, si misura in
metri (m)
kilogrammi (kg)
secondi (s)
ampere (A)
kelvin (K)
candele (cd)
moli (mol)
• Più due supplementari
– Angolo (è un numero ma si parla di radianti (rad))
– Angolo solido (è un numero ma si parla di steradianti (sr))
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Sistema Internazionale (SI)
multipli e sottomultipli
Il SI è un sistema metrico decimale: i multipli e i sottomultipli
si ottengono moltiplicando o dividendo per potenze di 10.
•
•
•
•
•
•
•
•
deca
hetto
kilo
Mega
Giga
Tera
Peta
Esa
10
100
103
106
109
1012
1015
1018
da
h
k
M
G
T
P
E
•
•
•
•
•
•
•
•
deci
centi
milli
micro
nano
pico
femto
atto
10-1
10-2
10-3
10-6
10-9
10-12
10-15
10-18
d
c
m
m
n
p
f
a
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Scelta del campione
• la precisione delle misure dipende dalla
definizione del campione.
– La definizione può cambiare nel tempo man mano che si dispone
di nuova tecnologia e di nuove conoscenze per migliorare la
precisione delle misure
• un campione deve essere:
– accessibile e riproducibile
– invariabile
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Il campione della lunghezza:
il metro
• Il metro ha cambiato diverse volta definizione nel corso della sua (breve)
esistenza
• Rivoluzione francese (nascita)
– 1 m = 1/40’000’000 parte del meridiano terrestre passante per Parigi
– 1 m = distanza tra due tacche di una sbarra di platino
• 1889
– 1 m = distanza tra due tacche di una sbarra di platino-iridio (2 10-7)
• 1960
– 1 m =1’650’763.73 lunghezze d’onda della luce emessa dal 86Kr
• 1983
– 1 m = distanza percorsa dalla luce nel vuoto in un intervallo di tempo pari a
1/(299’792’458) secondi
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La misura del tempo
• Il tempo deve svolgere una doppia funzione:
– Scandire gli eventi, dare origine ad una cronologia (tempo civile =
calendario)
– Misurare degli intervalli di tempo (il tempo trascorso tra due eventi)
• Come si fa la misura del tempo (degli intervalli di tempo)?
– Si usa un fenomeno periodico, un fenomeno che si ripete identico a se
stesso dopo un intervallo di tempo.
– Si contano il numero dei cicli e delle frazioni di ciclo del fenomeno
periodico contenute nell’intervallo di tempo che si vuole misurare.
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Il campione del tempo
• Anche il campione del tempo ha subito cambiamenti nel corso degli
anni
– 1s = 1/86400 del giorno solare medio
• 1900
– 1s = 1/31’556’925.97474 dell’anno tropicale 1900
(1 anno ~ p 107 secondi)
N
• 1967 (orologio atomico)
– 1s =9’192’631’770 oscillazioni del 133Cs
(precisione 1 parte su 1011)
H
H
H
N
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2002/03
Il campione della massa
• Finora non è stato ancora possibile definire il
campione di massa (il kilogrammo) sulla base delle
proprietà atomiche
– 1kg = massa contenuta in un cilindro di platino iridio
conservato al museo di Sevres
– Il confronto di massa si ottiene con la bilancia (1/107)
• A livello atomico è definita
di massa atomica (non SI)
l’unità
– 1 unità di massa atomica = 1/12 della
massa del 12C.
– relazione tra le due unità
• 1 unità di massa atomica =1.6605402 10-27 Kg
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Precisioni
15
12 lunghezz a
(metro,m)
9
massa
(kilo
gramm o
kg)
tempo
(secondo
s)
corrente
elettrica
(ampere
A)
temperatura
termodinami ca
(kelvin,
K)
intens it à
luminosa
(cand ela
cd)
6
3
quan tit à
di
sostanza
(mole,mol
)
0
1
2
3
4
5
6
7
ince rtezz e relative del campione dell e unit à fonda mentali
precisioni richieste dall e appli cazion i
indus triali
L'in certezza relativa è espressa
come 1/10n . Nel grafic o è rappresentato
l'esponen te n.
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