Capitolo 0
L'obbiettivo principale della fisica è quello di studiare i
fenomeni naturali, cioè tutto ciò che possiamo descrivere e
quantificare attraverso delle grandezze opportune, per poi
stabilire principi e leggi che determinano i rapporti tra le
grandezze stesse e mostrano le loro reciproche variazioni.
Il metodo scientifico viene applicato per raggiungere il
suddetto obbiettivo, insieme alla fornitura di schemi e modelli.
L'insieme di principi e leggi relative ad uno stesso ambito di
indagine, a un gruppo di grandezze correlate e ai fenomeni
che le coinvolgono, definisce una teoria fisica deduttiva,
basata in gran parte sui dati sperimentali.
La legge fisica (o legge della Natura) è la generalizzazione, su base
sperimentale, e la formalizzazione, in linguaggio matematico, di un certo
fenomeno fisico, espressione dunque di una regolarità riscontrata nei
fenomeni naturali.
In generale il termine principio indica le basi e i presupposti iniziali su cui si basa o
poggia una teoria.
Misurare una grandezza, cioè quantificare, significa dire
quante volte l’unità di misura è contenuta nella
grandezza.
Una grandezza è una quantità che può essere misurata
con strumenti di misura appositi
La fisica è la scienza della natura nel senso
più ampio. Il termine "fisica" deriva dal
neutro plurale latino physica, a sua volta
derivante dal greco "tà physiká", ovvero "le cose
naturali" e da "physis", "natura".
Aristotele
Stratone di Lampsaco
Archimede
Tolomeo
Erone
Niccolò Copernico
Galileo Galilei
Isaac Newton
Marie e Pierre Curie
Fabiola Gianotti
 E' considerato una delle
384 a.C./322 a.C.
menti filosofiche più
innovative, prolifiche e
influenti del mondo
antico occidentale per la
vastità dei suoi campi di
conoscenza; fu stimato
per secoli come
l'emblema dell'uomo
sapiente e come
precursore di scoperte.
 Stratone fu allievo di Aristotele,
succedete e Teofrasto alla guida della
scuola. Si occupò principalmente di
fisica. Dissentì dal maestro per
quanto riguardava l’esistenza del
vuoto, che Aristotele aveva negato.
Importante fu anche il suo studio
sull’accelerazione dei gravi in caduta,
che dedusse guardando un filo d’acqua
cadere, infatti poiché il flusso è
costante in tutte le sezioni orizzontali
del filo, al restringersi del filo
(facilmente osservabile) deve
necessariamente corrispondere una
velocità maggiore.
335 a.c /269 a.c
Stratone era completamente d’accordo
con Aristotele sul fatto che la natura
agisce senza bisogno dell’intervento di
alcun dio, ma sviluppando le sue
potenzialità.
Principio di Archimede
http://youtu.be/4NF3mWnDIvM
Archimede di Siracusa, (Siracusa, circa 287 a.C. – Siracusa, 212 a.C.) è stato un
matematico, ingegnere, fisico e inventore siceliota (abitante della città siciliane dell’antichità).
Archimede è considerato uno dei più grandi scienziati e matematici, nonché fisici della storia. I
contributi di Archimedee alla scienza sono moltissimi, essi vanno dalla geometria all’idrostatica,
dall’ottica alla meccanica. Fu il primo a calcolare il volume e la superficie di una sfera e espresse
una vasta e elaborata teoria sul principio di galleggiamento dei corpi. Per quanto riguarda
l’ingegneria, Archimede riuscì a scoprire e sfruttare il sistema delle leve. In seguito gli scienziati
daranno il suo nome a macchine e dispositivi, questo per dimostrare le sue svariate capacità di
inventiva. Secondo la storia costruì anche alcune macchine per difendere la sua città,
Siracusa, tuttora però queste macchine restano pressoché sconosciute. Via via nei secoli
l’immagine di Archimede è andata sempre più a rappresentare il classico genio, ancora oggi è
conosciuta l’ espressione Héureka!(“ho trovato” in greco) che pronunciò quando, entrando in
una vasca colma d’acqua, scoprì il principio a lui omonimo. Si hanno pochi dati certi sulla sua
vita. Tutte le fonti concordano intanto sul fatto che fosse siracusano e che sia stato ucciso durante
il sacco di Siracusa del 212 a.C. Certi si è sul fatto che viaggiò molto, soprattutto verso
Alessandria d’Egitto;qui conobbe altri scienziati come lui, tra i quali Erastotene e Conone di
Samo. Dalle opere conservate e dalle testimonianze si sa che si occupò di tutte le branche delle
scienze a lui contemporanee (aritmetica, geometria piana e solida, meccanica, ottica, idrostatica,
astronomia ecc.) e di varie applicazioni tecnologiche. Archimede godeva di grande stima sia nel
suo paese, infatti era un riferimento per re Gerone, sia ad Alessandria d'Egitto, dove
intratteneva una corrispondenza con i più illustri matematici del suo tempo, sia tra i Romani,
tant'è che secondo la leggenda era stato ordinato di catturarlo vivo (invece fu ucciso). Il
comandante romano fece costruire una tomba in suo onore.
 Considerato uno dei
padri della geografia,
fu autore di
importanti opere
scientifiche, elaborò la
teoria geocentrica che
prese il nome di teoria
tolemaica
100 / 175
 Al suo ingegno si devono
l'invenzione della dioptra,
dell'odometro, del
paranco a fune e della gru
a bandiera. Formulò le
leggi della riflessione e la
formula che esprime
l'area di un triangolo
(A) in funzione dei suoi
lati (a, b e c) e del
semiperimetro p.
I sec. d.C.
 Fu un astronomo
polacco famoso per
aver portato
all'affermazione la
teoria eliocentrica.
Essa vedeva cioè il
sole, e non la terra a
stare fermo, con i
pianeti a girarli
attorno
1473 / 1543
« La filosofia è scritta in questo
grandissimo libro che
continuamente ci sta aperto innanzi
a gli occhi (io dico l'universo), ma
non si può intendere se prima non
s'impara a intender la lingua, e
conoscer i caratteri, ne' quali è
scritto. Egli è scritto in lingua
matematica, e i caratteri son
triangoli, cerchi, ed altre figure
geometriche, senza i quali mezzi è
impossibile a intenderne
umanamente parola; senza questi
è un aggirarsi vanamente per un
oscuro laberinto. »
Galileo Galilei, Il Saggiatore,
Cap. VI
Principio di inerzia
http://youtu.be/kUDbZly4-e0
Galileo Galilei (Pisa, 15 febbraio 1564 – Arcetri, 8 gennaio 1642) è stato un
fisico, filosofo, astronomo e matematico italiano, considerato il padre della scienza
moderna. Come per Archimede il suo nome è associato e a contributi sulla meccanica e
sull’astronomia. Fu l’ideatore del metodo scientifico, detto anche metodo sperimentale o
metodo galileiano; molto importanti i suoi contributi all’astronomia che portarono molto più
tardi all’affermazione della teoria copernicana. Proprio per questo venne definito un
eretico, infatti la Chiesa credeva che la terra fosse al centro dell’universo, perché Dio le
aveva dato la vita. Così venne condannato dal Santo Uffizio, a rinnegare le sue
credenze astronomiche e al confino nella sua villa nei pressi di Firenze, ad Arcetri.
Solo nel 1992 la Chiesa ha riconosciuto i propri errori, Grazie a uno studio apposito
organizzato da papa Giovanni Paolo II. Il metodo scientifico, detto anche
sperimentale è il metodo che galileo, insieme ad altri scienziati ideò, esso consiste nel
provare un fenomeno anche migliaia di volte, se si ha sempre lo stesso risultato, in tutti i
casi, allora si può elaborare una legge scientifica, per poi arrivare ad una teoria. Anche
galileo si dedicò a tutti i campi della scienza, si dedicò molto all’astronomia ed inventò per
esempio il cannocchiale, naturalmente le sue invenzioni sono diversificate quanto i campi a
cui si è dedicato. Assieme a Galileo collaborò un altro fisico, Torricelli.
1642 / 1727
Isaac Newton nacque nel 1642 e
morì nel 1727 a Londra. È
considerato uno dei maggiori
matematici, fisici, astronomi e
filosofi.
Dopo aver contribuito alla
sistemazione delle precedenti teorie
riguardanti l’Universo, propose la
sua teoria della “Forza di Gravità”
che fu in grado di spiegare il motivo
per cui qualsiasi oggetto o persona
rimane “attaccata” al suolo. Molto
curioso è il modo in cui lo scienziato
ha scoperto questo: mentre stava
seduto sotto un albero una mela
cadde vicino a lui, facendolo
immediatamente pensare a qualcosa
di ancora ignoto.
2 principio della dinamica
3 principio della dinamica
http://youtu.be/_Al7OnGEHOU
http://youtu.be/l5XBOoRSHTo
Fisici francesi marito e moglie; scoprirono gli elementi chimici radio e
polonio. Glistudi dei Curie sugli elementi radioattivi contribuirono alla
comprensione degli atomi sui quali è basata la moderna fisica nucleare.
Marie Curie (il cui nome originario era Marja Sklodowska) nacque a
Varsavia il 7 Novembre del 1867. Suo padre era professore di fisica.
Nel 1891 andò a parigi e si iscrisse alla Sorbonne dove incontrò Pierre
Curie nel 1894. Si sposarono nel 1895.
Pierre Curie nacque a Parigi il 15 Maggio 1859 e studiò scienze alla
Sorbonne, dove incontrò Marie. Entrambi si interessarono alle recenti
scoperte sulla radioattività: Roentigen aveva appena scoperto i raggiX
(1895) e Becquerel aveva scoperto che l’elemento uranio emetteva delle
radiazioni invisibili (1896). I Curie allora cominciarono a studiare le
radiazioni emesse dall’uranio, e poterono isolare due nuovi elementi che,
come l’uranio, emettevano radiazioni che furono chiamati polonio (in
onore della Polonia, patria di Marie) e radio. Marie Curie chiamò
radioattivi gli elementi chimici che, come il radio, emettono radiazioni.
“Radioattività” fu denominato il capitolo della fisica che si occupa delle
proprietà degli elemnti radioattivi. I coniugi Curie ottenero nel 1903 il
nobel per la fisica. Pierre Curie morì nel 1906 cadendo da una carrozza
in corsa. Sua moglie invece morì di cancro, causato dalla eccessiva
esposizione alle radiazioni, il 4 giugno 1934.
Fabiola Gianotti nata a Roma il 29 ottobre 1962 è una fisica italiana.
Figlia di un geologo piemontese e di una letterata siciliana, durante il liceo
classico, dopo la lettura della biografia di Marie Curie e della spiegazione di
Einstein dell'effetto fotoelettrico, ha cominciato ad interessarsi alle materie
scientifiche, ed in particolare alla fisica. Si è laureata in fisica sub-nucleare
presso l'Università degli Studi di Milano, dove ha conseguito poi il
dottorato di ricerca nel 1989. La sua tesi riguardava l'analisi dei dati
dell'esperimento UA2.
E' entrata a far parte del CERN nel 1987 lavorando su vari esperimenti, tra
cui UA2 sul Super Proton Synchrotron (SPS) e ALEPH sul LEP, il
precursore di LHC.
Fin dal 1992 ha partecipato all'esperimento ATLAS, che si avvale della
collaborazione di oltre 3000 studiosi, in gran parte fisici provenienti da 38
paesi di tutto il mondo, ed è considerato il più grande esperimento
scientifico mai realizzato. Dopo esserne stata coordinatrice dal 1999 al
2003, eletta dai propri colleghi ha ripreso tale carica dal 2009 al 2013.
Proprio in qualità di portavoce di ATLAS, il 4 luglio 2012 ha annunciato
presso il CERN, unitamente all'esperimento CMS, la prima osservazione di
una particella compatibile con il bosone di Higgs
.
In primis il concetto di fisica era molto legato al concetto di
filosofia, a parte alcune interpretazione del tutto casuali da parte
della scuola di Alessandria. Assunse poi un diverso significato
a partire dal Rinascimento con l'introduzione del metodo
scientifico che segnò il passaggio tra la fisica antica e quella
classica. con la sviluppo di questa nuova fisica nacquero i primi
settori che ancora oggi la caratterizzano: meccanica, termologia,
acustica, elettrologia, ottica, magnetismo. Infine la quantistica
e la relatività segneranno l'inizio della fisica moderna.
http://youtu.be/dgjVRO1ttGc
Rotaia a cuscino d' aria
Durante una lezione di Fisica nel laboratorio abbiamo fatto una ricerca sul 1°
principio della dinamica. Così la professoressa ci ha chiesto: “Il 1° principio della
dinamica dice che se in assenza di forze di attrito viene data una forza ad un corpo
esso si muoverà a velocità costante seguendo un moto rettilineo ed uniforme. Così
abbiamo fatto l esperimento della rotaia. La rotaia è costituita da un tubo a sezione
triangolare, dentro al quale si invia aria compressa. Abbiamo appoggiato un corpo
sulle rotaia, la quale era quasi priva di attrito, grazie alla presenza di piccoli fori
disposti regolarmente sulla parte superiore della rotaia. Diciamo “quasi priva di
attrito”, poiché lo strumento non è molto moderna e ovviamente i fori presenti su
di essa, potrebbero presentare alcuni residui causati dalla polvere depositatasi e
dal tempo; benché qualcuno abbia provato a pulire foro per foro, non è riuscito ad
eliminare in modo perfetto tutte le impurità.
Abbiamo in seguito posizionato 4 traguardi lungo la rotaia a distanze differenti: il
primo a 30 cm dalla partenza, il secondo a 40 cm dal primo, il terzo a 50 cm dal
secondo e il quarto a 50 cm dal terzo. Ogni traguardo era collegato ad un
cronometro, per poter misurare gli intervalli di tempo che impiega il carrello a
raggiungere i vari traguardi. Abbiamo quindi proceduto l'esperimento. Abbiamo
azionato il compressore con il quale l'aria sarebbe potuta fuoriuscire dai fori.
Un ragazzo ha dato in principio una leggera spinta al carrello che era stato posizionato al punto di
partenza della rotaia. Il carrello ha così iniziato a scorrere lungo la rotaia, fino a raggiungere l'estremità.
Durante questo tragitto, il carrello incontra via via ogni traguardo, il quale al passaggio del carrello blocca
il cronometro, in modo che il sensore coinvolto nel misurare i vari intervalli di tempo, riesca ad ottenere il
tempo che il carrello ha impiegato per raggiungere una determinata distanza(cioè ogni distanza).
Abbiamo ottenuto i seguenti dati:
•al primo traguardo abbiamo registrato un intervallo di tempo di 2,37 s ad una velocità media di 12,7
cm/s;
•al secondo traguardo 3,27 s ad una velocità media di 12,2 cm/s;
•al terzo traguardo 4,33 s ad una velocità media di 11,5 cm/s;
•al quarto ed ultimo 4,63 s ad una velocità media di 10,8 cm/s.
∆S
∆S
∆S
∆S
30 cm
40 cm
50 cm
50 cm
∆T
2.37
3.27
4.33
4.63
V
12.7
12.2
11.5
10.8
∆T
0.26
0.35
0.44
0.45
V
115.4
114.3
113.6
111.1
∆T
0.44
0.59
0.74
0.76
V
68.2
67.8
67.6
65.8
DATI RACCOLTI IN 3
ESPERIMENTI CON
ROTAIA ORIZZONTALE
T1
T2
T3
Confronto fra l'esperimento con la rotaia e l'esperimento del PSSC
Entrambi gli esperimenti avevano lo scopo di verificare il primo principio della
dinamica, ma hanno vari elementi che li differenziano l'uno dall'altro:
•Il metodo utilizzato per eliminare l'attrito, infatti mentre nell'esperimento con la rotaia
l'attrito veniva eliminato grazie all'aria che fuoriusciva dai forellini, nell'esperimento
del PSSC l'attrito viene eliminato per mezzo dell'utilizzo del ghiaccio secco;
•Il metodo utilizzato per rilevare la velocità; mentre nell'esperimento con la rotaia si
misurava il tempo che il carrello impiegava per percorrere un determinato spazio,
viceversa nell'esperimento del PSSC veniva misurato lo spazio percorso dal disco in
un determinato lasso di tempo (1 secondo);
•Mentre nell'esperimento con la rotaia si verifica la velocità costante del carrello
attraverso dei calcoli (cioè spazio/tempo), nell'esperimento del PSSC si verifica
visivamente, misurando la distanza che il disco percorre ogni secondo attraverso
una foto.