Da oggi, , L’italoeuropeo, presenterà alcuni articoli divulgativi sulla Fisica generale. Lo scopo principale di tali Nozioni di base è quello di divulgare i concetti fondamentali della fisica a tutti coloro che voglio sapere cosa c’è nascosto dietro la natura e dietro noi stessi.
ABC-della Fisica
GRANDEZZE FISICHE
Un concetto molto importate in fisica, ma anche nella vita di tutti i giorni è la nozione di Grandezza fisica. La fisica mira a stabilire la relazione che corre tra le grandezze che definiscono un fenomeno. Le osservazioni e le misure si possono sempre ricondurre ad un numero. Se esaminiamo la caduta di una mela per chi non è a conoscenza della fisica e della matematica, direbbe che la mela prima era ferma sul ramo poi è caduta a terra aumentando la sua corsa mano a mano che si avvicinava a terra. In fisica lo studio di una mela ( o di un corpo che cade) viene letta allo stesso modo del nostro osservatore ma traduce in termini matematici la legge che segue il moto della mela prima di arrivare a terra. Questo può sembrare inutile, ma in realtà se non si facesse così, il nostro modo di vivere sarebbe ben più complicato di come lo conosciamo. Lo studio di un moto di un corpo sta alla base di tutta la fisica ma anche della vita di tutti i giorni, si pensi alle velocità delle auto, alle traiettorie degli aerei, e tutto questo viene relazionato con delle grandezze fisiche ben precise. Se noi studiamo il moto di una mela scopriamo delle cose molto interessanti e se sappiamo ad esempio che la mela da ferma cade con accelerazione costante di 9,8 m/sec2 ( che si legge 9,8 metri ala secondo al quadrato e in seguito vedremo il perché di questo numero importante) allora ci rendiamo conto del movimento in atto cioè la caduta, e da questa informazione possiamo risalire alla velocità di caduta della mela.
Nel mondo fisico convivono grandezze piccole come per esempio le dimensioni di un atomo o grandezze molto grandi quali le dimensioni di una galassia per non dire dell’universo. Per distinguere in quale grandezza siamo molto spesso si ricorre ad una notazione detta potenza di 10. La questione è semplice se io scrivo 102 intendo semplificare la scritta 10 x10 cioè 100 e così se scrivo 103 intendo 10x10x10= 1000 e così via. Quindi se diciamo che il diamo della terra è 107m ( m sta per metri) vuol dire che l’ordine di grandezza del diametro della terra è di 10000000 metri cioè diecimilioni di metri ( osservate bene che ho usato il metro come unità di misura, ma potevo usare anche il silometro o il centimetro).
Infatti in fisica non ha senso mettere un numero a caso per un misura di qualsiasi oggetto,dall’atomo all’universo, c’è sempre bisogno di mettere le unità misura che ne’esprimono appunto la misura. Le unità di misura sono fondamentali in fisica e lo sono anche nella vita di tutti giorni, per esempio se noi andiamo in macchina ad una velocità di 90, il numero 90 da solo no basta come informazione per sapere di che cosa stiamo trattando, c’è bisogno di aggiungere l’unità di misura cioè il km. Infatti diciamo che stiamo andando ad una velocità di 90 Km/h. Questi concetti possono sembrare banali, ma non lo sono affatto, in fisica è ritenuto un grave errore non accompagnare un numero alla sua unità di misura.
E’ naturale che la notazione della potenza di 10 vale anche per dimensioni piccolissime, in quel caso la stima di una grandezza fisica si denota con la scritta 10-3, che vuole dire che il numero si legge : 0,001, per esempio la dimensione di un atomo è dell’ordine di grandezza di 10-10m ( naturalmente anche in questo caso valgono i sottomultipli del metro).
Un altro importate concetto base in fisica è la distinzione che c’è tra un numero scalare è una grandezza vettoriale. Distinguere le due cose è importate quando studiamo un moto di un corpo, per esempio non basta dire che una macchina ha percorso 100 Km, occorre precisare in che direzione si è mossa. Alla fine l’unione delle due grandezze ne stabilisce l’esatto moto.
Si dice grandezza scalare, il volume, la massa, la temperatura, il tempo, l’energia ecc…cioè grandezze che basta un solo numero per definirle.
Si dice grandezza vettoriale le grandezze che oltre ad un numero si associa anche un verso( di solito si indica con una freccia), e sono tra queste la velocità, l’accelerazione, le forse in generale che agendo su di un corpo ne determinano un moto verso la direzione della forza applicata.
Per esempio la mela cade a terra con una certa velocità e in un certo verso ( verticale).
Queste nuove grandezze ( numeri con un verso) chiamate vettori hanno le solite regole matematiche dei numeri, somma sottrazione e tutte le proprietà commutativa, distributiva ecc.
Con questi strumenti possiamo costruire gran parte della fisica che tratteremo in queste lezioni.
LA MECCANICA ( La dinamica e le Forze)
In questa parte introdurremo concetti e principi fondamentali che avranno bisogno di uno studio approfondito suddiviso in piu’ lezioni, e questo perché tali nozioni sono la base della fisica classica, cioè la fisica che studia i corpi sotto l’azione di forze, e con velocità molto inferiori a quella della luce. Sono proprio da questi concetti che si è potuto approfondire molti astrazioni che hanno poi portato alla formulazione di altre teorie come la Relatività ristretta di Einsten e alla formulazione della teoria della Meccanica quantistica, argomenti che tratteremo in dettaglio in altre lezioni.
Un primo concetto da capire è quello di Forza esso lo si può intuire mediante la nozione di sforzo muscolare : ogni azione che ha origine da uno sforzo muscolare prende il nome di forza, come lanciare una palla in aria o alzare un sacco di patate.
Se noi diamo colpiamo una palla ferma, per esempio dandole un calcio, applichiamo su di essa uno sforzo muscolare e quindi una forza e l’esperienza mostra che la palla si muove e compie un moto.
A seconda della potenza che mettiamo nel calciare la palla, essa farà un tipo di moto diverso. Se la si colpisce piano, la palla rotolerà semplicemente, se la calciamo forte la palla inizierà muoversi velocemente e forse prenderà il volo.
Quindi applicare una forza su di un corpo vuol dire metterlo in moto e “scomodarlo” dal suo stato di fermo o di quiete.
Ma c’è di più. Prendiamo per amor Nazionale Totti, e supponiamo che debba calciare un rigore, ( ricorderete tutti il rigore che Totti ha calciato hai mondiali contro l’Australia). Il campione ha posizionato la palla sul dischetto e poi ha calciato la palla dandole una forza e anche una certa direzione, ed è proprio quest’ultima che è importante per mandarla in rete e far disorientare il portiere ( poi naturalmente ci sono altre qualità del calciatore, effetti vari) ma la cosa importante è la forza e la direzione. Quindi possiamo dire dalle nozioni acquisite dalle lezioni precedenti che la forza imprime una direzione e quindi è un Vettore, questo non è un dettaglio da poco e deve essere sempre tenuto presente in futuro. Anche perché su un oggetto possono agire più forze contemporaneamente e quindi che sia un vettore è utile per trovare la risultante delle forze, visto che i vettori possono essere sommati come numeri( essendo essi stessi dei particolari numeri con la freccia…) .Se per esempio la risultate, cioè la somma di tutte le forze su di un corpo risulta essere zero, allora vuol dire che l’oggetto riamane fermo.
Le forze hanno anche una loro unità di misura nel Sistema Internazionale SI, che è il Newton ( in onore al fisico che è riuscito a sintetizzare il concetto astratto di forza in formula): 1N=1Kg cioè per definizione 1Newton è la forza che ci vuole per spostare un corpo che pesa 1Kg..
Avrete già capito che ogni oggetto in natura, nella nostra, vita quotidiana è soggetto a forze. Tutto in natura e nell’universo subisce l’azione di qualche forza, uno dei compiti della fisica Classica è trovare queste forze e studiare il moto che esse trasmettono al corpo, e questo quando sia studia per esempio l’atomo e i quark ( che vedremo piu’ avanti) non è sempre così facile ed immediato.
A livello pratico le forze applicate ad un dato corpo possono avere due tipi di effetti:
1) Effetti statici: il corpo sta fermo ma subisce effetti di deformazione elastiche o anaelastiche
2) Effetti Dinamic posso indurre variazione di moto, ricorda la palla di Totti.
In natura ci sono 4 tipi di forze fondamentali che regolano tutto il nostro universo (conosciuto) e sono:
La Forza Gravitazionale
La Forza Elettromagnetica
La Forza debole
La Forza forte
Le ultime due vanno ricercate dentro i nuclei atomici. La Gravitazione è la forza, per così dire che fa cadere gli oggetti al suolo senza di essa non potremmo muoverci, o meglio lo faremo alla rinfusa galleggiando e sbattendo ovunque come gli astronauti nello spazio ( poi vedremo meglio di che cosa si tratta). La Forza Elettromagnetica è un tipo di forza ….dovuta alle forze tra le cariche elettriche, ne avremo modo inseguito di parlarne approfonditamente.
