Una sfera di acciaio può essere analizzata da diversi punti di vista:

1. Stati di equilibrio (meccanico) Stati di moto (come cambiano) Comportamento nelle interazioni con altri sistemi (cambiamento degli stati di equilibrio e degli stati di moto) e proprietà che determinano tale comportamento (massa, elasticità, plasticità) Stati di equilibrio termico (temperatura) Comportamento nelle interazioni termiche con altri sistemi e proprietà che determinano tale comportamento Proprietà elettriche e magnetiche Comportamento in presenza di un campo e.m. Proprietà ottiche e comportamento nell’interazione con la luce Una sfera di acciaio può essere analizzata da diversi punti di vista: MECCANICA TERMODINAMICA ELETTROMAGNETISMO OTTICA

2. Le diverse parti della fisica costituiscono altrettanti modi diversi, ma interconnessi, di guardare agli oggetti reali. Che cosa accomuna tutti questi diversi modi di guardare la sfera (che chiamiamo fisica) e li differenzia per esempio rispetto al modo di guardare alla sfera dell’ingegnere, del pittore o dello scrittore o del fotografo? In fisica si fornisce una rappresentazione estremamente fedele solo di pochi aspetti del sistema attraverso un apparato formale matematico le cui regole generali sono organizzate in teorie.

3. Modello fisico: costrutto formale, basato su una teoria fisica, che permette di descrivere con il desiderato dettaglio gli aspetti di interesse di un fenomeno in cui è coinvolto un definito sistema [modello  sistema fisico] Differenza rispetto ai modelli costruiti in ingegneria: il riferimento a una teoria. Anche il quadro di un artista è un modello di un sistema reale (ne riproduce alcuni aspetti e al tempo stesso può caricare la rappresentazione dell’oggetto rappresentato di significati proprio come fa la fisica), ma non è una rappresentazione formalizzata dell’oggetto.

4. Ogni sistema fisico può essere descritto attraverso le sue proprietà. Proprietà per cui è possibile definire un procedimento di misura: Proprietà per cui non è possibile definire un procedimento di misura: proprietà organolettiche (Sapore) (per ora non si sa misurare, anche se è chiaro che esso è in gran parte legato alla struttura fisica dell’alimento) GRANDEZZE FISICHE FISICA Definizione operativa: procedura con cui si effettua la misura della grandezza fisica considerata Definizione basata su una legge: legge formale che esprime la grandezza fisica per mezzo di altre grandezze

5. Definizione operativa: Es. : Temperatura di un sistema: grandezza fisica che si misura con il termometro ponendo quest’ultimo a contatto termico con il sistema misurato e che si realizza all’equilibrio termico tra misuratore e sistema misurato. Definizione operativa di velocità: grandezza fisica che si misura con il tachimetro Definizione non operativa: Es. : Velocità - La velocità istantanea di un sistema fisico in un definito sistema di riferimento è data da:

6. Tre grandi categorie di proprietà di un sistema: PROPRIETÀ DI STATO – Caratterizzano la condizione (di equilibrio, di stato di moto; di equilibrio termico; di equilibrio elettrostatico..…) in cui si trova un sistema fisico. PROPRIETÀ DEL MATERIALE O DELLA SOSTANZAcon cui è composto il sistema (sottoinsieme: proprietà di interazione) PROPRIETÀ DEL SISTEMA, ossia che lo caratterizzano nella sua specificità di oggetto diverso dagli altri Energia, velocità, Temperatura, Quantità di carica, potenziale Densità, moduli di elasticità, viscosità, conducibilità termica, calore specifico, permeabilità magnetica, costante dielettrica, indice di rifrazione Lunghezza, volume, massa, capacità termica, capacità elettrica

7.  M/2  M/2 Un altro modo di categorizzare le grandezze fisiche di un sistema Grandezze intensive: =m/V: massa volumica (Densità) Y, : Coefficienti di elasticità v: velocità T: Temperatura c: Calore specifico k: Conducibilità termica V: potenziale : resistività n: indice di rifrazione Grandezze estensive: M = massa V = volume q = mv: Quantità di moto E = energia S = entropia C = mc, capacità termica Q = quantità di carica R = resistenza M 

8. Un altro modo di categorizzare le grandezze fisiche di un sistema Grandezze scalari: Una grandezza scalare è caratterizzata unicamente da un numero (eventualmente positivo o negativo). T: temperatura E: energia m: massa : densità V: volume n: indice di rifrazione Grandezze vettoriali: Una grandezza vettoriale viene definita da un modulo, una direzione, un verso un punto di applicazione e segue la regola associativa del parallelogramma (attenzione: vettore  le sue componenti si trasformano come le coordinate per un cambiamento di riferimento) r: vettore posizione v: vettore velocità F: vettore forza q: vettore quantità di moto

9. La fisica descrive gli stati in cui si possono trovare i sistemi fisici e i processi con cui tali stati vengono modificati, in generale quando il sistema interagisce con altri sistemi, per mezzo di relazioni tra le grandezze fisiche del sistema. LEGGE FISICA: relazione tra grandezze fisiche che si possa verificare sperimentalmente o ricavare formalmente (TEOREMA) da altre leggi e concetti Leggi fenomenologiche: descrivono le relazioni tra grandezze fisiche coinvolte in un fenomeno (cinematica dei processi) Leggi interpretative: descrivono i processi che determinano i fenomeni in termini causali o in generale a partire da principi primi

10. PRINCIPI FISICI: leggi fisiche che vengono assunte come capisaldi di una teoria. Tali leggi sono verificate sperimentalmente, sia direttamente, sia soprattutto indirettamente attraverso la verifica delle loro conseguenze. Si differenziano dagli assiomi delle teorie matematiche, in quanto i PRINCIPI FISICI derivano da evidenze sperimentali e non sono una mera costruzione concettuale della mente umana. In genere ad una legge fisica si attribuisce lo statuto di PRINCIPIO quando insieme agli altri principi di una teoria consente la deduzione logica della teoria stessa.

11. Ogni teoria ha sempre valore in un definito ambito di applicabilità (es.: per dimensioni opportune, velocità non elevate dei sistemi in oggetto, per proprietà che si considerano…) e non ha mai valore assoluto (anche nel tempo) • Ogni teoria è valutata esclusivamente per la sua capacità predittiva e condivisione dei suoi presupposti concettuali • Ogni teoria ha validità solo in quanto riesce a fornire previsioni quantitative confrontabili con esiti sperimentali e tale confronto ha dato riscontro positivo (nell’ambito di applicabilità). • Vince una teoria non in quanto “più vera”, ma in quanto è quella “che predice meglio” e che soddisfa a criteri di semplicità concettuale e simmetria • Teorie concettualmente superate possono essere comunque di insostituibile valore e utilità (es.: meccanica classica)

12. TEORIA ESPERIMENTI Il raccordo tra teoria e fatti sperimentali ha natura circolare. Esso si basa sulla costruzione di modelli formali attraverso cui si possono effettuare previsioni quantitative su un fenomeno fisico confrontabili con gli esiti di esperimenti. MODELLIper confermare, validare, falsificare teorie MODELLI per prevedere esiti sperimentali

13. Al di sopra del mondo reale, cioè del mondofenomenologico, si colloca il mondofisico che si compone di principi, leggi e relazioni empiriche: si tratta di operazioni che permettono all’uomo di studiare più agevolmente i fenomeni che lo circondano. MONDO FISICO MONDO FENOMENOLOGICO

14. MONDO MATEMATICO MONDO FISICO MONDO FENOMENOLOGICO

15. Grandezza fisica Una grandezza fisica è una classe di equivalenza di proprietà fisicheche possono essere misurate mediante un rapporto reciproco. Peso Lunghezza

16. Proprietà fisiche Con proprietà fisica si fa riferimento, genericamente, a una caratteristica di un sistema che viene evidenziata nello studio dei fenomeni fisici. L'accento sull'aggettivo fisico ne sottolinea l'oggettività (secondo il paradigma galieiano dell'intersoggettività) e la riproducibilità.

17. Proprietà fisiche Ferro

18. Proprietà fisiche Alluminio

20. Misurare le grandezze misurabile Condizione necessaria perché una proprietà sia misurabile è quella di poter stabilire una relazione d'ordine fra quelle proprietà in sistemi diversi: ovvero poter giudicare quale sistema esibisce "più" proprietà dell'altro. Se tale confronto può essere basato sul rapporto fra le proprietà dei due sistemi, allora la classe di equivalenza di quelle proprietà costituisce una grandezza fisica. grandezza fisica

21. Unità di misura In questo caso, è possibile scegliere la proprietà di un particolare sistema ed eleggerla a unità di misura per quella grandezza fisica. Fissata l'unità di misura, la quantità di tale grandezza per un qualsiasi altro sistema potrà dunque essere univocamente specificata da un valore numerico ottenuto dal rapporto con la proprietà scelta come campione di riferimento. unità di misura

22. Esempio La lunghezza di unoggetto può essere confrontata con quella di un altro oggetto. La lunghezza, in astratto, costituisce una grandezza fisica perché è possibile stabilire la proporzione, ovvero il rapporto fra la lunghezza specifica di due oggetti. Possiamo allora scegliere la lunghezza di un oggetto particolare, come il metro campione, e utilizzarla come unità di misura per la lunghezza di qualsiasi altro oggetto.

23. Grandezza: Lunghezza • Unità di misura: Il metro è l’unità di misura della lunghezza. • Fino al 1875: • 1 m =1/40.000.000 lunghezza del meridiano terrestre • dal 1875 al 1960 • 1 m =distanza fra due tacche di una sbarra di Pt-Ir conservata al Bureau International des Poids et Mesures di Sèvres (Parigi) • tra il 1960 ed il 1983 • 1 m =distanza corrispondente a 1 650 763,73 lunghezze d’onda di una specifica radiazione elettromagnetica emessa da un atomo di 86Kr • dal 1983 • 1 m =distanza percorsa dalla luce nel vuoto in (1/2.997 924 58)·108 s

24. Misura di una grandezza fisica Numero seguito da una unità di misura e un intervallo di indeterminazione L = (15,3 0,2) cm Rapporto tra il valore della grandezza misurata del sistema fisico in osservazione e quello di una grandezza ad essa omogenea assunta come unità. Misura diretta: numero di volte in cui la grandezza riferita al campione della unità di misura è contenuta nella grandezza del sistema misurata Esempio Misura di una lunghezza con un regolo Quante volte la lunghezza del regolo sta nella lunghezza dell’oggetto misurato Misura indiretta: si ricava il valore della grandezza fisica del sistema, utilizzando, nella legge che la definisce, il valore di altre grandezze fisiche ottenuto con una misura diretta.

25. Campione di unità di misura • I criteri che si usano per scegliere i campioni sono: • Disponibilità • Facilità di riproduzione • Precisione • Assieme al campione deve essere garantita la sua portabilità. • Il valore si sceglie in riferimento alla sua utilità pratica onde evitare che sia necessario un eccessivo uso di suffissi

26. Sistemi di unità di misura • convenzionali fondamentali per poter comunicare in una comunità • Ora universalmente accettato: SI(Systhème Internationale) • Derivazione del MKS • Ogni grandezza ha un simbolo(non abbreviazione: niente puntino finale!) • Ogni grandezza ha un nomeche si scrive sempre minuscolo • Esempio: • grandezza fisica: forza • simbolo: F • unità di misura: N (newton) • Quando si esprime il valore di una grandezza fisica questa va indicata • o in notazione scientifica • o in notazione tecnica (con l’uso di prefissi) • Se ci sono dei calcoli intermedi, in essi non si riportano le unità • Le unità si riportano solo nel risultato finale

27. Espressione di una misura in: Notazione scientifica: P = 5,65 ·106 W Con l’uso di prefissi : P = 5,65 MW Principali prefissi usati per le unità di misura nel SI Nome Simbolo Moltiplica per tera- T- 1012 giga- G- 109 mega- M- 106 kilo- k- 103 etto- h- 102 deca- da- 101 deci- d- 10-1 centi- c- 10-2 milli- m- 10-3 micro- - 10-6 nano- n- 10-9 pico- p- 10-12

28. Le 7 unità fondamentali del Sistema Internazionale Unità di misura Simbolo u.m. Grandezza fisica metro m lunghezza chilogrammo kg massa secondo s tempo ampere A intensità di corrente elettrica kelvin K temperatura termodinamica candela cd intensità luminosa mole mol quantità di sostanza Le 2 unità supplementari radiante rad angolo piano steradiante sr angolo solido

29. Le 7 unità fondamentali del Sistema Internazionale Unità di misura Simbolo u.m. Grandezza fisica metro m lunghezza chilogrammo kg massa secondo s tempo ampere A intensità di corrente elettrica kelvin K temperatura termodinamica candela cd intensità luminosa mole mol quantità di sostanza Le 2 unità supplementari radiante rad angolo piano steradiante sr angolo solido