Piero Stroppa - Didattica e divulgazione scientifica
Home
Didattica
Ripasso di Fisica per il Biennio delle Superiori
 
Unità 2.
Le proprietà della materia
 
DEFINIZIONI E TABELLE Esercizi svolti, esperienze e attività Questionario
 
Attenzione:
se sei interessato a un argomento particolare, cercalo con il comando Trova (Ctrl+F)
altrimenti, stampa questo documento e leggilo off-line

D1. La prima proprietà che caratterizza i corpi materiali è la quantità di spazio che essi occupano. La grandezza fisica su cui si basa la misura di questa proprietà è la lunghezza (l), una delle grandezze fondamentali del SI, la cui unità di misura è il metro (m).

D2. Dalla lunghezza derivano la superficie (S), che si misura in metri quadrati (m²) e il volume (V), che si misura in metri cubi (m3).

D3. Le misure di lunghezza si effettuano in genere con metodo diretto, tramite il metro e i suoi derivati.

D4. Le misure di superficie e di volume si effettuano nei casi più semplici in modo indiretto, utilizzando le formule della geometria (vedi Tabella 1 nell’Unità 1). Per altri metodi di misura, vedi le esperienze A1 e A2.

D5. Un'altra grandezza fondamentale che caratterizza i corpi è la massa (m), che dipende solo dalla qualità e dalla quantità di materia di cui sono costituiti.

D6. L'unità di misura della massa nel SI è il kilogrammo (kg). Lo strumento con cui viene misurata la massa è la bilancia (vedi la definizione D28 dell’Unità 3).

D7. La massa di un corpo aumenta quando questo è in movimento, e si parla in tal caso di massa relativistica. Tuttavia, questo effetto diventa apprezzabile solo per velocità prossime a quella della luce, quindi in situazioni lontane dall'esperienza quotidiana. Perciò, in condizioni normali si considera la massa costante.

D8. Si definisce densità (d ) di un corpo il rapporto tra la sua massa m e il suo volume V:

d = m / V

D9. La densità di un corpo dipende dal tipo di sostanza di cui esso è composto. E' una grandezza derivata, e la sua unità di misura nel SI è il kg/m3. Nella Tabella 6 sono elencate le densità di alcune sostanze.

D10. Le quantità molto grandi o molto piccole si esprimono utilizzando in genere i multipli e i sottomultipli decimali delle unità di misura (per esempio, i millimetri e i kilometri per le lunghezze, i grammi e le tonnellate per le masse, vedi Tabella 2 nell’Unità 1 e Tabella 3 in questa Unità).

D11. Due misure della stessa grandezza espresse con unità di misura differenti sono dette equivalenti. Per le operazioni di trasformazione da una unità di misura ad un'altra, vedi Nota 1. Un altro modo di esprimere quantità molto grandi o molto piccole è quello che utilizza la notazione esponenziale (vedi Nota 2).

D12. Per la descrizione di un fenomeno fisico è necessario spesso stabilire quando esso è avvenuto, oppure quanto tempo è durato, o come sono variate le grandezze fisiche coinvolte nel fenomeno in rapporto al tempo. Per il SI, il tempo è una grandezza fondamentale, e la sua unità di misura è il secondo (s).

D13. Per misurare la durata di un fenomeno, cioè la quantità di tempo trascorso, si usa il cronometro, strumento che conta i secondi che passano tra l'inizio e la fine del fenomeno (vedi la definizione D15 dell’Unità 8).

D14. Per la misura del tempo (cioè l'identificazione di un determinato istante), si fa riferimento a orologi e calendari, i quali misurano gli intervalli di tempo trascorsi a cominciare da particolari istanti che vengono adottati convenzionalmente come "origini" del tempo.
Per esempio, l'affermazione "sono le ore 14 del 25 maggio" significa che in questo istante sono trascorse 14 ore dalla ora zero di questo giorno, il quale viene 25 giorni dopo l'inizio del mese, che a sua volta...

D15. Multipli non decimali del secondo molto usati nella pratica sono il minuto (m, da non confondere con il simbolo del metro), pari a 60 s, l'ora (h, dall'inglese hour), pari a 60 m, il giorno (d, dall'inglese day), pari a 24 h, l'anno (y, dall'inglese year), pari a 365,26 d , e il secolo, pari a 100 y (vedi Tabella 2 nell’Unità 1).

D16. Una grandezza è detta scalare quando basta un numero seguito dall'unità di misura per individuarla. Le grandezze fisiche esaminate in questo capitolo sono tutte scalari.

D17. Le grandezze scalari sono addizionabili algebricamente. Per esempio, se la mia massa è di 65 kg e mi carico di uno zaino di 15 kg, la massa totale risulta: m= 65 + 15 = 80 kg.

NOTA 1

Per trasformare la misura g1 di una grandezza G espressa con l'unità di misura u1 nella misura g2 espressa con l'unità di misura u2, si deve considerare che, per la definizione D12 dell’Unità 1, si ha:

G = g1 • u1 = g2 • u2

Quindi, risolvendo rispetto a g1 (vedi Nota 3), si ha:

g2 = g1 • u1 / u2

Per esempio, volendo esprimere 1,38 km in metri, si ha: g1 = 1,38, u1 = km, u2 = m.
Poiché u1 / u2 = 1000 (vedi Tabella 3), si ha: g2 = 1,38 • 1000 = 1380.

Fai attenzione alle trasformazioni tra unità di misura di superficie e di volume.
Per esempio: 1 m = 100 cm, perciò 1 m² = 1 m•m = 100 cm • 100 cm = 10.000 cm².
Analogamente: 1 m = 10 dm, perciò 1 m3= 1 m•m•m = 10 dm • 10 dm • 10 dm = 1000 dm3.

NOTA 2

La notazione esponenziale si basa sulle proprietà delle potenze e consente di ottenere facilitazioni nel leggere e nello scrivere numeri molto grandi o molto piccoli e nell'eseguire calcoli con essi.
Dalla matematica sappiamo che:

100 = 1, 101 = 10, 102 = 10•10 = 100, 103 = 10•10•10 = 1000 ecc.

Come regola generale, 10n si scrive 1 seguito da n zeri.

Analogamente, 10-1 = 1 / 10 = 0,1 10-2 = 1 / 100 = 0,01 ecc.

In generale si ha: 10-n = 1 / 10n
Di conseguenza, 10-n si scrive ponendo 1 all'ennesimo posto decimale dopo la virgola.
Per esempio, il numero 34.000.000 può essere scritto così: 34 • 1.000.000, ovvero 34•106, e il numero 0,00587 può essere scritto così: 587 • 0,00001, ovvero 587•10-5.
Le operazioni tra numeri espressi in forma esponenziale vengono eseguite sfruttando le proprietà delle potenze:

Convenzionalmente, per facilitare calcoli e confronti, si lascia una sola cifra prima della virgola, perciò i numeri degli esempi precedenti diventano rispettivamente 3,4•107 e 5,87•10-3. La trasformazione si esegue applicando la regola del prodotto; per esempio, si ha: 34•106 = 3,4•10•106 = 3,4•107.
Quando un numero è espresso in questa forma, l'esponente di 10 viene chiamato il suo ordine di grandezza, al quale in molti casi corrispondono un prefisso, un simbolo e un nome (vedi Tabella 4). Esempi di operazioni in forma esponenziale:
3,4•107 • 5,87•10-3= (3,4•5,87)•107+(-3) = 19,958•104 = 1,9958•105.
=
= 0,761•105 = 7,61•104

TABELLE

TAB. 3. PREFISSI DELLE UNITA' DI MISURA

Prefisso Valore Simbolo Nome Significato
exa- 1018 E-   dal greco esa, sei
peta- 1015 P- quadrilione dal greco pente, cinque
tera- 1012 T- trilione dal greco teras, mostruoso
giga- 109 G- miliardo dal greco gigas, gigante
mega- 106 M- milione dal greco megas, grande
kilo- 103 k- mille dal greco kilioi, mille
etto- 102 h- cento dal greco ecaton, cento
deca- 101 da- dieci dal greco deca, dieci
deci- 10-1 d- decimo dal latino decimus, decimo
centi- 10-2 c- centesimo  
milli- 10-3 m- millesimo  
micro- 10-6 µ- milionesimo dal greco micros, piccolo
nano- 10-9 n- miliardesimo dal greco nannos, nano
pico- 10-12 p-   dall'italiano piccolo
femto- 10-15 f-   dal danese femten, quindici
atto- 10-18 a-   dal danese atten, diciotto

 

TAB. 4. COSTANTI FISICHE

Simbolo Nome Valore
G costante di gravitazione universale 6,673•10-11 N•m²/kg²
g accelerazione di gravità terrestre (valore medio) 9,807 m/s²
Po pressione atmosferica normale 1,013•105 Pa
0 K zero assoluto -273,15 °C
k costante di Boltzmann 1,381•10-23 J/K
N numero di Avogadro 6,022•1023
s costante di Stefan-Boltzmann 5,670•10-8 W/m²K4
h costante di Planck 6,626•10-34 J•s
c velocità della luce nel vuoto 2,998•108 m/s
ko costante della legge di Coulomb (nel vuoto) 8,988•109 N•m/C²
Cte costante solare 1370 W/m²
e carica dell'elettrone 1,602•10-19 C
mp massa a riposo del protone 1,673•10-27 k
mn massa a riposo del neutrone 1,675•10-27 kg
me massa a riposo dell'elettrone 9,110•10-31 kg
ro raggio dell'atomo di idrogeno (stato fondamentale) 5,290•10-11

 

TAB. 6. DENSITÀ (alla temperatura di 0°C)

Sostanza kg/dm3 Sostanza kg/dm3
Acciaio inox 7,8 Ghiaccio 0,9
Acido cloridrico 1,194 Glicerina 1,27
Acido solforico 1,834 Grafite 2,25
Acqua distillata a 4°C 1 Granito 2,5
Acqua distillata a 100°C 0,958 Idrogeno 0,00009
Acqua marina 1,02 Latte intero 1,03
Alcool etilico 0,8 Legno 0,75-0,95
Alluminio 2,7 Marmo 2,7
Ammoniaca 0,88 Mattoni 1,7
Anidride carbonica 0,002 Mercurio 13,6
Argento 10,48 Metano 0,00072
Aria 0,00129 Olio d'oliva 0,92
Asfalto 1,1-1,5 Oro 19,6
Azoto 0,0013 Osmio 22,48
Benzina 0,734 Ossigeno 0,001429
Birra 1,03 Ottone 8,5
Bronzo 2,93 Petrolio 0,86
Carbon coke 0,45 Piombo 11,345
Carbone di legna 0,15 Platino 21,3
Carta 0,4-1,15 Rame 8,8
Cemento 2 Sughero 0,3
Cemento armato 2,5 Tungsteno 19,3
Diamante 3,52 Uranio 18,7
Ferro 7,88 Vapore acqueo 0,00059
Gasolio auto 0,833 Vetro 2,5
    Zolfo 1,9

 

TAB. 11. IL SISTEMA SOLARE

Astro Massa (kg) Raggio (km) Raggio orbitale (km) Periodo rivoluzione
Sole 1,99•1030 695.997 - -
Mercurio 3,33•1023 2439 5,79•107 87d 23h 16m 48s
Venere 4,87•1024 6052 1,08•108 224d 16h 48m
Terra 5,98•1024 6378 1,49•108 365d 6h 15m 14s
Luna (*) 7,33•1022 1738 3,84•105 27d 7h 43m 11s
Marte 6,44•1023 3397 2,28•108 1y 321d 17h 31m
Giove 1,90•1027 71.880 7,78•108 11y 314d 20h 8m
Saturno 5,68•1026 60.335 1,43•109 29y 166d 23h
Urano 8,68•1025 25.600 2,87•109 84y 7d 27m
Nettuno 4,31•1025 24.700 4,59•109 164y 280d
Plutone 9,56•1021 1150 5,94•109 247y 248d

(*) I dati orbitali lunari sono riferiti alla rivoluzione attorno alla Terra

torna su

home

didattica