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Corso di Fisica - Introduzione

Corso di Fisica - Introduzione. Prof. Massimo Masera Corso di Laurea in Chimica e Tecnologia Farmaceutiche Anno Accademico 2011-2012 dalle lezioni del prof. Roberto Cirio Corso di Laurea in Medicina e Chirurgia. Nota.

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Presentation Transcript

  1. Corso di Fisica - Introduzione Prof. Massimo Masera Corso di Laurea in Chimica e TecnologiaFarmaceutiche Anno Accademico 2011-2012 dallelezioni del prof. Roberto Cirio Corso di Laurea in Medicina e Chirurgia

  2. Nota • Le figure inserite in questelezionisono state tratte da: • Borsa - Scannicchio, Fisica con applicazioni in biologia e in medicina, Unicopli • Cromer, Fisica per medicina, farmacia e biologia, PiccinEditore • Giambattista, Fisicagenerale, McGraw-Hill • Giancoli, Fisica 2a edizione, CEI • Kane - Sternheim, FisicaBiomedica, E.M.S.I. • Serway & Jewett, Principi di Fisica, EdiSES • Scannicchio, Fisicabiomedica, EdiSES • Walker, Fondamenti di Fisica, Zanichelli • Gran parte delleanimazionisonotratte da: • http://www.ba.infn.it/fisica2005/

  3. La lezione di oggi • Presentazione • La Fisica • Dimensioni / unità di misura • Conversioni

  4. Presentazione

  5. Presentazione • Corso: lezioni di 2 ore, 3 volte la settimana. Da Febbraio a Giugno. • Frequenzaallelezioni: fortementeconsigliata • Lezioni in aula: • Presentazione al computer + lavagna • Esercitazioniallalavagna • Persone: • Prima parte del corso: prof. Massimo Masera • Seconda parte: prof. Cristiana Peroni • Esercitazioni: drGiorgia Mila

  6. Esame • L’esameprevedeunoscritto e un orale • Scritto: soluzione di esercizi + risposta ad alcunedomande • Validitàdelloscritto: un anno • Orale: domandesututtoilprogrammasvoltoed, eventualmente, sullaprovascritta. • Voto: La valutazionecomplessiva (in trentesimi) dell'esamevieneeffettuata in sede di provaorale, tenendoconto del risultatodelloscritto Media “ragionata” di scritto e orale

  7. Testiconsigliati • Testiconsigliati(non obbligatori. Se ne avetealtri, contattatemi): • J.S. Walker, Fondamenti di Fisica, Zanichelli (confezionetomo 1a, 1b, volume 2), ISBN88.08.24454.7 • G.Riontino, Lezioni di fisica, ed. Cortina • Altritesti(in ordinealfabetico): • A.Giambattista, Fisicagenerale, McGraw-Hill, ISBN 978.88.386.6416.8 • D.Giancoli, Fisica con FisicaModerna, 2a edizione, Casa EditriceAmbrosiana, ISBN 978-88-408-1414-8 • D.Scannicchio, Fisicabiomedica, EdiSES, ISBN 978-88-7959-476-9 • G.Bellini, G.Manuzio: Fisica per le scienzedella vita, ed.Piccin • Esercizi:Celasco–Panzieri,2000 problemi di fisica,ECIG, ISBN 978.88.7545.756.3 • Programma del corso: interamentesvolto a lezione. Si trovasulle slide disponibili in formato PDF suCampusNet • Caveat: le slide non sostituiscono MAI un buontesto di riferimento

  8. Reperibilità del docente • Su appuntamento: • E-mail: massimo.masera@unito.it • Telefono: 011-670 7373 • Ufficio: • Dipartimento di Fisica - via PietroGiuria, 1 • “EdificioVecchio” primo piano, stanza A30 (chiedere in portineria)

  9. La Fisica e le grandezzefisiche

  10. Fisica • La Fisica ha per obiettivo lo studio delleleggifondamentalidellaNatura (da fusiς = natura) • Studio: • Descrizionequantitativadeifenomeninaturali • uso del linguaggiomatematico • Formalizzazionedeiproblemi • ScienzadellaNatura: • La base dellaconoscenzaèsperimentale • Capacità di predizionedeifenomeni • organizzazionedeifenomeni in teorie e modellifisici • Teorieconfrontatesempre con idatiesperimentoali

  11. Grandezzefisiche • La quantificazionedelleosservazionisperimentalièilprocesso di misura. • Si misuranodellegrandezze, qualiintervalli di tempo, distanze, velocità, correntielettriche, campimagnetici etc. • Questegrandezzepossonoespressenumericamente con l’adozione di un sistema di unità di misura • NelSistemaInternazionale (SI) – Parigi 1960 – ci sono 7 unità base, checonsentono di esprimerequantitativamente le più disparate grandezzefisiche • Unità base e derivate – 2 esempi: • Il tempo èstatoscelto come grandezzafondamentale. Si misura in secondi (s) • la velocitàèunagrandezzaderivata. Si esprime come rapportotraunalunghezza e un tempo  m/s

  12. Unità base (S.I.) • Le unità base sono associate a grandezzefisichechevengonoassunte come fondamentali • Questosignificache le altregrandezzepossonoessereespresse come combinazioni di queste

  13. Definizioniunità base

  14. Lunghezza: metro (m) La velocitàdellaluceèesattamentepari a 299 792 458 m/s 1791: 1/10.000.000 distanza Polo Nord – Equatore Barra campione di Pt-Ir  Distanzapercorsadallalucenelvuotonel tempo 1/299792458 s

  15. Massa: kilogrammo (kg) • kilogrammo. Simbolo: kg (k minuscolo!!!!) • Inizialmentedefinito come la massa di un decimetrocubod’acqua. Successivamente come la massa del prototipo di Pt-Ir la definizione non èbasatasuunaproprietàfisica • La massaèunaproprietàintrinseca e costante di un oggetto • Il peso di un oggettodipendedallasuamassa E dall’accelerazione di gravità

  16. Tempo: secondo (s) • Secondo (s) inizialmentedefinitosulla base del giornosolaremedio, composto di 24 ore ×60 minuti ×60 secondi = 86400 s • Dalla XIII ConferenzaGenerale di Pesi e Misure (1967), il secondo èil tempo occorrenteallaradiazioneemessa da un atomo di 133Cs per completare 9192631700 oscillazioni

  17. Analisidimensionale e cifresignificative

  18. Analisidimensionale • La dimensione di unagrandezzafisicaèilprodottodelledimensionifisichefondamentali, ciascunaelevata a unapotenza (razionale) opportuna • La massaèunadimensionefisica, mentreilkilogrammoèun’unità di misura

  19. Analisidimensionale • La dimensione di unagrandezzafisicaèlegata al tipo di grandezzachesistaconsiderando • La misura di unagrandezzafisica ha un valorechedipendedall’unità di misurascelta (la dimensione non cambia) • Distanzatra Torino e Moncalieri: • 3 km • 2 miglia • 10000 piedi • la dimensioneècomunqueunalunghezza: [L]

  20. Analisidimensionale • Qualsiasi formula deveesseredimensionalmenteconsistente • la grandezza a primo membrodeveavere la stessadimensione di quella a secondo membro • non sipossonosommaregrandezzeaventidimensioni diverse (e.g. lunghezze e masse) Problema Verifica che è dimensionalmente consistente la formula: x = x0 + vt [L] = [L] + [L T-1][T] [L] = [L] + [L T-1 T] [L] = [L] + [L]  OK

  21. Cifresignificative e decimali A ognimisuraè SEMPRE associataun’incertezza

  22. Cifresignificative e decimali Cifresignificative: numero di cifre note con certezza d=21.26 cm (4 cifresignificative) t=0.085 s (2 cifresignificative) Decimali: d=21.26 cm (2 decimali) t=8.5 s (1 decimale)

  23. Operazioni • Moltiplicazione o divisione: • numerodi cifresignificativedellaquantitàconosciuta con minoreprecisione • Addizione o sottrazione • numerodi decimaliuguale al minor numerodi decimalipresenti in ogniaddendo

  24. Esempi DIVISIONE • 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-1 (2 cifre significative, 1 decimale) (ARROTONDO, NON TRONCO !!!) • v0 = 1.384 cm s-1(4 cifre significative, 3 decimali) 2.5 + 1.384 = 3.884 = 3.9 cm s-1 SOMMA

  25. Notazionescientifica • Mterra= 5970000000000000000000000 kg • Sposto di 24 posizioni verso sinistra la virgola  1024 • Mterra= 5.97x1024 (si può anche scrivere 5.97 1024) • Matomo idrogeno = 0.00000000000000000000000000167 kg • Sposto di 27 posizioni verso destra la virgola  10-27 • Matomo idrogeno = 1.67x10-27 (si può anche scrivere 1.67 10-27) • MterraMatomo idrogeno = (5.97x1024 kg)x(1.67x10-27 kg) = (5.97x1.67)x(1024x10-27) • = 9.99x10-3 kg2 • Matomo idrogeno/Mterra= (1.67x10-27 kg)/ (5.97x1024 kg) = (1.67/5.97)x(10-27/1024) • = 0.280x10-51 = 2.80x10-52

  26. 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 * 105elementi • 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 * 10-10s

  27. (Sotto)multipli e grandezzenotevoli

  28. Grandezzenotevoli

  29. Multipli e sottomultipli • Esprimi in k€ e M€ ilprezzo di un’autovenduta a 5700 € • 5700x10-3k€ = 5.7 k€ • 5700x10-6M€ = 0.0057 M€

  30. Notazionescientifica e cifresignificative • 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 • 2.5 103 m  2 cifre significative • 2.500 103 m  4 cifre significative

  31. 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

  32. ConversioneUnità di misura

  33. ConversioneUnità 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. statutemile– miglio terrestre (mi) = 1609.34 m U.K. seamile– miglio marino (sm) = 1853.2 m Superficie S.I. – metro quadrato (m2) agricoltura– ettaro = 104 m2 tradizione agricola piemontese – giornata – 3 810 m2 Conversioneunità di misura

  35. 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

  36. Conversioneunità di misura • Volume S.I. – metro cubo (m3) U.K. imperialgallon– gallone inglese (lmpgal) = 4.546 dm3 USA oilbarrel– barile di petrolio (bbl) = 158.98 dm3 • 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

  37. 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 oncela 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

  38. Passiamo da km h-1 m s-1

  39. Piùvelocemente…

  40. 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. • A quale velocità viaggiano questi impulsi in miglia per ora ? • Quanto spazio percorrono in metri questi impulsi in un tempo di 5 ms?

  41. 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. • A quale velocità viaggiano questi impulsi in miglia per ora? • Quanto spazio percorrono in metri questi impulsi in un tempo di 5 ms?

  42. Stime di ordine di grandezza • Stimaapprossimata a un fattoredell’ordinedelladecina • A meno di un fattorediecioppureordine di grandezza • Sempre da fare quandosiesegue un sercizio

  43. Esempio: temporale / gocce • Durante un temporale cade 1 cm di pioggia, coprendo un’area di circa 108 m2. Quante gocce sono cadute ? • Volume di pioggia caduta: 108 m2 x 10-2 m = 106 m3 • Volume di una goccia (diametro 4 mm): 4/3 pR3 ~ 4x(2x10-3)3 ~ 30x10-9 ~ 10-8 m3 • Numero di gocce ~ 106 / 10-8 ~ 1014

  44. TeoriadegliErrori • Ognimisurasperimentaleèaffetta da un erroreo, meglio, èsoggetta a un certogrado di incertezza • Parte integrande di unamisuraè la stimadell’erroresperimentale: • Ad esempio, la massa di un corpoè data come M=(50±1) kg • La teoriadeglierrorisaràargomento di unadelleprossimeesercitazioni

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