Fisica e Metodo Scientifico

La Fisica e il Metodo Scientifico

• La fisica è la scienza che studia la materia e le sue interazioni.
• Il metodo scientifico prevede osservazione, ipotesi, sperimentazione e formulazione di leggi.
• Un esempio sono gli oggetti che cadono: un oggetto che cade da un'altezza maggiore impiega più tempo per toccare il suolo rispetto a un oggetto che cade da un'altezza minore.
• L'esperimento dimostra la relazione tra il tempo (t) che l'oggetto impiega per cadere e l'altezza da cui è stato lasciato cadere (h).
• Il quadrato del tempo ($t^{2}$) è proporzionale all'altezza (h).

La legge sperimentale per il tempo di caduta di una palla

• Una palla lasciata cadere da un punto specifico percorre un percorso parabolico.
• L'altezza (h) e il tempo (t) utilizzati per raggiungere il suolo sono correlati mediante la formula: $h(m) = 5\ [t(s)]^2$.
• Questa formula è valida quando la resistenza dell'aria è trascurabile.

La legge sperimentale e il modello universale

• Il modello universale supera le semplici osservazioni.
• La legge sperimentale descritta è valida per una palla che cade, ma non descrive accuratamente la caduta di una piuma.
• La forma e la densità di un oggetto influenzano significativamente la sua traiettoria.

Applicare la legge per i calcoli

• Un sasso lasciato cadere da un edificio alto impiega 3 secondi per toccare il suolo.
• Utilizzando la legge $h = 5 * t^2$ è possibile calcolare l'altezza dell'edificio.

Dai dati sperimentali ai modelli teorici (la legge di Newton)

• Le teorie scientifiche derivano da osservazioni sperimentali.
• La teoria della gravità di Newton descrive accuratamente il movimento di un oggetto.
• La gravità ha predetto la traiettoria della luna, confermata dagli esperimenti effettuati sulla luna.
• La teoria di Newton spiega la caduta di una palla e l'orbita dei pianeti.
• Un esperimento che utilizza una piuma e una moneta in un vuoto dimostra che la resistenza dell'aria influisce sulla misurazione del tempo.

Le teorie evolvono nel tempo

• Nessuna teoria scientifica è definitiva.
• Le teorie sono descrizioni provvisorie della realtà.
• Quando la sperimentazione convalida una teoria, gli scienziati l'accettano con riserva, fino a quando non emergono nuovi fenomeni che non può spiegare.
• Se ciò accade, è necessario cercare una teoria migliore, con un campo di applicazione più ampio.
• La scienza progredisce in questo modo, scoprendo nuovi modelli della realtà con un'applicabilità sempre più ampia.
• La teoria di Newton non è valida quando gli oggetti si muovono a velocità elevate, paragonabili alla velocità della luce.
• La teoria della relatività di Albert Einstein generalizza la teoria di Newton, estendendone il campo di applicazione.

Alcuni settori di ricerca della fisica odierna

Astrofisica e cosmologia

• Studia le radiazioni emesse da stelle e galassie, tra cui buchi neri e onde gravitazionali per scoprire nuovi fenomeni cosmici e formulare modelli per spiegare l'evoluzione dell'universo.

Fisica delle alte energie

• Studia le proprietà delle particelle e delle forze fondamentali che costituiscono la materia e l'energia.
• Confronta i modelli teorici con le osservazioni condotte in acceleratori di particelle.

Fisica della materia condensata

• Studia le proprietà degli stati solido e liquido, con applicazioni nell'elettronica e nelle nanotecnologie.

Fisica medica

• Studia l'uso di radiazioni, campi magnetici e acceleratori di particelle per diagnosticare e trattare le malattie.

Le unità di misura e il Sistema Internazionale

• Il metodo scientifico si basa su misurazioni quantitative.
• Le misure ottenute con strumenti devono essere espresse in unità di misura appropriate.
• La misurazione è un confronto tra una grandezza fisica e l'unità di misura di riferimento.
• È essenziale citare sempre l'unità di misura per evitare ambiguità.

Le grandezze fisiche

• Le proprietà di un corpo o di un sistema che possono essere misurate sono chiamate grandezze fisiche.
• Il risultato di una misurazione è detto dato sperimentale o misura.

L'importanza dell'unità di misura

• È fondamentale indicare l'unità di misura per comprendere il significato della misurazione.
• Ad esempio, "17,2" non ha significato senza specificare l'unità di misura, mentre "17,2 m" è un dato comprensibile, che potrebbe rappresentare la lunghezza di un corridoio o l'altezza di un edificio.

Le grandezze fondamentali del SI

• Il Sistema Internazionale (SI) stabilisce un linguaggio comune per le unità di misura, indipendente dalle convenzioni locali.
• Nel 1961 è stato istituito il Sistema Internazionale (SI) delle unità di misura per unificare le misure scientifiche in tutto il mondo.

Tabella delle grandezze fisiche

I prefissi dei multipli e sottomultipli

• Il Sistema Internazionale si basa su un sistema metrico decimale.
• I multipli e sottomultipli delle unità di misura sono potenze di 10.
• I prefissi indicano le potenze di 10 più utilizzate.

Tabella dei prefissi e simboli associati alle potenze di 10

Le grandezze derivate

• Le grandezze derivate sono grandezze che possono essere ottenute dalle sette grandezze fondamentali del SI.
• L'area è una grandezza derivata dalla lunghezza.
• Il volume è una grandezza derivata dalla lunghezza.
• Il volume è spesso misurato in litri (L) nella vita quotidiana.

La massa, il volume e la densità

• La massa di un corpo può essere misurata con una bilancia a due piatti.
• L'unità di misura della massa nel SI è il kilogrammo (kg).
• Il volume è la porzione di spazio occupata da un corpo.
• L'unità di misura del volume nel SI è il metro cubo ($m^3$).

Misurare il volume

• Matraccio: progettato per misurare un volume specifico.
• Cilindro: progettato per misurare più volumi lungo una scala graduata.
• Contatore del gas: misura il flusso del gas e calcola il volume.

Proprietà fisiche dei solidi e densità

• Il volume di un solido regolare può essere calcolato usando formule geometriche.
• Il volume di un solido irregolare può essere misurato per immersione in un liquido.
• La massa è una proprietà costante di un oggetto, mentre il volume può variare in base a fattori esterni come la temperatura.

Densità

• La densità è la massa di un materiale per unità di volume.
• L'unità di misura della densità nel SI è kg/m³.
• Un esempio di densità è l'acqua a 4°C che ha una densità di 1.0 kg/dm³.

Calcolare la densità

• Se si conosce la densità e la massa di un oggetto, è possibile calcolare il volume.
• Se si conoscono il volume e la densità di un oggetto, è possibile calcolare la sua massa.

Tavola delle Densità

Temperatura e stati di aggregazione

• Gli stati di aggregazione sono solido, liquido e gassoso.
• I sistemi fisici possono cambiare stato di aggregazione in base alle condizioni.
• Un cambiamento comune è correlato alla variazione di temperatura.

Temperatura e termometri

• La temperatura misura lo stato termico di un sistema fisico.
• La temperatura viene misurata con un termometro.
• I termometri più comuni utilizzano la dilatazione termica.
• Quando un corpo viene riscaldato, si espande (aumento di volume).
• Quando un corpo viene raffreddato, si contrae (diminuzione di volume).
• La dilatazione termica di un liquido è alla base del funzionamento dei termometri a liquido.

La scala Celsius

• La scala Celsius è definita rispetto al processo di fusione del ghiaccio e ebollizione dell'acqua.
• La scala Celsius utilizza 0°C per il punto di fusione del ghiaccio e 100°C per il punto di ebollizione dell'acqua.

Esempio di scala Termometrica

• La scala Celsius viene usata per misurare la temperatura.
• La scala Kelvin è conosciuta come scala assoluta.
• Il diagramma mostra la scala Celsius con i valori da 0 a 100.

Scopri i concetti fondamentali della fisica e del metodo scientifico attraverso questo quiz. Esplorerai leggi sperimentali come quella del tempo di caduta di un oggetto e la sua relazione con l'altezza. Metti alla prova le tue conoscenze con domande stimolanti.