grandezze fisiche - "mazzini - da vinci"

GRANDEZZE FISICHE
Prof.ssa Paravizzini M.R.
PROPRIETA’ DEL CORPO
SOGGETTIVE
OGGETTIVE
PR.SOGGETTIVE: gusto, bellezza, freschezza, forma
MISURABILI
PR. OGGETTIVE:
massa, temperatura, diametro, ecc..
Le misure
• Che ora è? Quanto pesi? Quanto sei alto? • La risposta a tutte queste domande sono delle misure
• L’uomo da sempre ha avuto la necessità di effettuare delle misure
• Da sempre ha costruito strumenti di ogni tipo per misurare
• Per misurare si utilizzano delle convenzioni, delle invenzioni degli uomini
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Grandezze
• Cosa si misura?
• Proprietà di oggetti, di fenomeni, in particolare alcune loro caratteristiche importanti o d’interesse
• In termini più rigorosi ciò che si misura, l’oggetto della misura, è la grandezza
• Definizione:
La grandezza è una proprietà misurabile
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Unità di misura
1 litro
• Per misurare una grandezza dobbiamo confrontarla con una grandezza campione che chiameremo unità di misura
• Definizione:
Misurare significa confrontare una grandezza con l’unità di misura
• I campioni di molte unità di misura sono conservati all’Istituto Internazionale di Pesi e Misure
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Esempi
• Affermare che una strada è lunga 1000 metri significa che la sua lunghezza è 1000 volte l’unità campione del metro • Il campione del metro è conservato all’Istituto
come molti altri campioni di grandezze
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Attualmente il sistema di misura accettato in quasi tutto il
mondo è il Sistema Internazionale (SI). Secondo il Sistema Internazionale di Unità ci sono sette grandezze fondamentali.
Valitutti,Tifi, Gentile, Esploriamo la chimica © Zanichelli editore 2010
Ogni grandezza fondamentale ha una sua unità di misura la cui combinazione fornisce le unità di misura delle grandezze derivate.
La lunghezza
Una delle prime grandezze che l’uomo ha avuto necessità di misurare è la lunghezza. Probabilmente per questo motivo essa è stata anche una delle prime per le quali fu stabilita un’unità di misura.
Nel 1791 l’Accademia delle Scienze di Parigi definì il metro come la decimilionesima parte dell’arco di meridiano terrestre che collega l’equatore con il polo Nord passando nei pressi di Parigi. 9
Nel corso dei secoli,
il riferimento è stato cambiato più volte.
Attualmente, il metro corrisponde alla distanza percorsa dalla luce nel vuoto in 1/299792458 s.
La massa
La grandezza che più intuitivamente si collega alla fisicità degli oggetti che ci circondano è la massa.
Uno strumento col quale si può misurare la massa di un corpo è la bilancia a due bracci.
Grazie a essa, il corpo in esame viene confrontato con alcune “masse campione”, ossia con alcuni corpi la cui massa è nota.
L’operazione si chiama “pesata” e, pertanto, nel linguaggio comune si dice che si determina “il peso” di un oggetto. 12
In realtà, parlando in tal modo, si confondono
la massa, ossia la quantità di materia
che forma il corpo, indipendente dal luogo in cui esso si trova, e il peso, che è la forza con cui il campo gravitazionale terrestre attira la massa del corpo stesso, e può dunque variare da luogo a luogo.
Il peso di un corpo dipende infatti dall’accelerazione di gravità. Precisamente, si ha:
La differenza tra il peso e la massa di un corpo può essere messa in evidenza con bilance basate su differenti principi di funzionamento.
In una bilancia a due bracci si confronta ogni volta l’oggetto da misurare con delle masse campione. L’accelerazione di gravità agisce allo stesso modo sui due bracci della bilancia, per cui la misura che si ottiene, che è una misura di massa, è indipendente dall’accelerazione di gravità del luogo in cui ci si trova.
In una bilancia a molla la misura viene letta su una scala preparata utilizzando dei campioni di massa nota. In questo caso, ciò che si misura è il peso del corpo. Tali bilance danno perciò misurazioni diverse se si opera a una gravità diversa da quella a cui sono state tarate.
U02 Le grandezze
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Il tempo
Anche il tempo è una grandezza che gli uomini hanno sempre sentito la necessità di misurare.
La definizione del secondo ha subìto vari cambiamenti nel corso degli anni.
Per molto tempo, ci si è basati a questo scopo su riferimenti astronomici. Attualmente, si definisce il secondo come
la durata di 9129631770 oscillazioni della radiazione emessa dall’isotopo 133 del cesio posto in un campo magnetico.
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La temperatura
Tutti i campi scientifici ricorrono alla grandezza temperatura per descrivere i fenomeni studiati. Nelle produzioni industriali e anche nella vita di tutti i giorni essa riveste un ruolo determinante. La vita stessa degli organismi, del resto, può avvenire solo entro limiti ristretti di temperatura.
La temperatura è una grandezza intensiva che
ci fornisce una misura di quanto un corpo è caldo o freddo. Sulla Terra la temperatura si mantiene entro valori molto ristretti,
se confrontati con quelli che incontriamo nell’Universo.
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Per le esigenze quotidiane, è ancora molto usato il grado centigrado o Celsius (°C). La scala centigrada, basata su di esso, è arbitraria, cioè legata a stati fisici della materia scelti come punti di riferimento, ai quali
sono stati assegnati valori di temperatura ‘di comodo’. I riferimenti scelti sono il punto di fusione del ghiaccio e il punto di ebollizione dell’acqua in condizioni standard di pressione (1 atm). A questi punti sono stati attribuiti rispettivamente i valori 0 °C e 100 °C.
Ad essi si fa riferimento per la costruzione dei termometri.
I termometri tradizionali si basano sulla proprietà dei liquidi di dilatarsi o restringersi al variare della temperatura ma esistono anche altri modi per misurare la temperatura. I termometri “digitali”, ad esempio, sfruttano la variazione delle proprietà elettriche dei corpi in funzione della temperatura.
Oppure, la temperatura di un corpo si può misurare rilevando la quantità di raggi infrarossi che esso emette: in tal modo, la misura si può effettuare senza entrare in contatto con il corpo stesso.
Confronto fra le tre scale termometriche più usate
Le scale più usate sono
• scala Celsius (°C);
• scala Kelvin (K).
T (K) = t (°C) + 273,15
Il volume
E’una tipica grandezza derivata, visto che si ottiene
come prodotto di tre lunghezze. Un’altra unità di misura del volume non definita dal SI, ma molto usata sia in chimica sia nella vita di tutti i giorni, è il litro, che equivale a 1 dm3.
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La densità
Un’altra grandezza derivata è la densità.
Quando si indica la densità di un corpo si deve sempre precisare la temperatura alla quale la misura è stata effettuata.
Con l’aumentare della temperatura, infatti, mentre la massa dei corpi rimane costante, il loro volume di norma aumenta. La densità sarà perciò in generale tanto più bassa quanto più cresce la temperatura. Tale variazione, minima nei solidi, diviene più significativa nei liquidi, come si è visto costruendo il termometro.
Nei gas, la densità è fortemente collegata, oltre che alla temperatura, anche alla pressione.
Per i solidi, la densità si ricava misurando separatamente massa e volume e poi facendone il rapporto.
Per i liquidi, si può sfruttare il densimetro, un galleggiante tarato. Poiché la spinta che riceve dal liquido è, per il principio di Archimede, tanto più grande quanto più denso è il liquido stesso, dal livello di galleggiamento si può ricavare la densità del liquido.
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Strumenti per misurare la densità
Picnometro
Bilancia idrostatica
Densimetri
L’energia
È intuitivo associare l’energia a masse in movimento come una cascata d’acqua, un cavallo in corsa o un atleta che sollevi pesi. Anche la benzina, però, possiede energia: infatti, se viene bruciata in un motore, è in grado di far muovere una macchina.
Analogamente, però, anche un masso immobile sulla cima di una montagna ha in sé una grande energia.
L’energia si presenta insomma sotto varie forme ed è necessario darne una definizione abbastanza generale da comprenderle tutte; per questo motivo si ricorre al concetto di lavoro.
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Un principio fondamentale della fisica afferma che l’energia non si crea né si distrugge.
Essa, tuttavia, si trasforma continuamente dall’una all’altra delle sue forme.
Così, i composti chimici contenuti in una pila trasformano la loro energia chimica in energia elettrica, che a sua volta può mettere in azione un motore, che fornisce energia meccanica.
La stessa energia elettrica può causare
il riscaldamento di una resistenza e tramutarsi in energia termica. Anche il calore infatti è una forma di energia.
Per tutte le forme di energia si utilizza sempre la stessa unità di misura, il joule. Il joule è un’unità derivata da quelle fondamentali del SI:
1 J = 1 N ∙ 1 m = 1 kg ∙ 1 m2 ∙ 1 s−2
Vi è anche un’altra unità ancora molto usata per la misura dell’energia, soprattutto in riferimento agli alimenti: la caloria (cal), che non appartiene al SI e per la quale vale la conversione:
1 cal = 4,184 J
La pressione
Anche la pressione è una grandezza derivata del SI. Una stessa forza può esercitare pressioni diverse a seconda della superficie su cui agisce, come succede camminando sulla neve fresca: con i soli scarponi si affonda facilmente, ma se usiamo le racchette da neve si cammina senza difficoltà; lo stesso peso (forza) esercita ora sulla neve una pressione minore, perché si distribuisce su una superficie più ampia.
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Anche se spesso non ci pensiamo, l’aria, che ha ovviamente
una massa, a causa della forza di gravità che l’attira verso la Terra
esercita sul suolo una pressione.
L’aria esercita una pressione diversa anche a seconda che sia più umida
o più secca, più calda o più fredda.
Quando masse di aria molto grandi con caratteristiche diverse vengono a
contatto, si possono produrre fenomeni atmosferici spettacolari
e devastanti.
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Sono spesso usate anche altre tre unità di misura, non incluse nel SI:
• il bar, che è la pressione equivalente a 100 kPa;
• il millimetro di mercurio (mmHg), chiamato anche torr, che è la pressione esercitata da una colonna di mercurio alta 1 mm;
• l’atmosfera (atm), che è la pressione esercitata dall’aria, al livello del mare, a una latitudine di 45° e che viene equilibrata da una colonna di mercurio alta 760 mm.
Fra queste tre unità di misura della pressione vale la relazione:
760 mmHg = 1 atm = 101,325 kPa = 1,01325 bar