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COS' È LA FISICA?
La Fisica non si limita a studiare i fenomeni solo qualitativamente ma studia i fenomeni soprattutto quantitativamente. Possiamo dire di conoscere un fenomeno solo quando conosciamo delle formule matematiche capaci di descriverlo. Le idee della fisica derivano ed integrano da/quelle delle altre scienze (chimica, astronomia, biologia, geologia, scienza delle costruzioni, ecc…). Tramite alle espressioni matematiche è possibile cercare di spiegare la natura e tutto cio che ci circonda. ● Fisico : fa una scoperta fisica e quindi scopre qualcosa che non conosceva ● Ingegnere : scoperta tecnologica scopre migliorie e sviluppi di quella conoscenza già esistente. METODO SCIENTIFICO La fisica si basa sul metodo scientifico dove non bisogno fermarsi allo aspetto delle cose ma cercare le leggi che ne regolano i comportamenti ;
- _osservo
- ipotizzo
- verifico [con sperimento ( giusto faccio diventare legge/sbagliato riverifico)]
- concludo_ Il sistema, insieme all'ambiente circostante costituisce la natura. Il metodo scientifico studia oggetti (sistemi) composti e suddivisi in più parti creando variazioni, in particolare alle proprietà dell'oggetto. GRANDEZZE FISICHE Possono essere: ● Oggettive = universalmente uguale per tutti,è oggettivo tutto cio che è misurabile ● Soggettive =non per tutti uguale come gusto o bellezza. Essendo la Fisica, basata sul metodo scientifico sperimentale, c’è la necessità di effettuare delle misure. Le caratteristiche misurabili di un corpo prendono il nome di Grandezze Fisiche. Il risultato di una misura viene sempre espresso attraverso un numero ed una unità di misura. È proprietà oggettiva, misurabile e OMOGENEA. Due grandezze si dicono omogenee se fra di loro si possono istituire delle relazioni di confronto e di somma. Omogenee --> posso confrontare differenze e fare addizione e sottrazione (•Confronto | •Somma /differenza | •Moltipl./divisione)
Non omogenee --> non posso fare il confronto (•Moltipl./divisione) Una grandezza si dice fisica se è misurabile. ● Misurare = Significa confrontare la lunghezza con l'oggetto da misurare e scegliere una misura adeguata ● Intensità = è il rapporto tra la lunghezza e l'unità di misura ● GRANDEZZE FONDAMENTALI Nel 1971 la 14° Conferenza Generale sui Pesi e sulle Misure, ha selezionato sette grandezze fondamentali, che costituisco la base del Sistema Internazionale (SI) o (MKS). Le unità per le grandezze sono state scelte a scala umana.
- Lunghezza = metro (m)
- Tempo = secondo (s)
- Massa = kilogrammo (kg)
- Temperatura = kelvin (K)
- Corrente elettrica = ampere (A)
- Quantità di sostanza = mole (mol)
- Intensità luminosa = candela (cd) Se ciò che dobbiamo misurare non è quantificabile in termini delle grandezze fondamentali viene utilizzato il sistema ( CGS ) dove:
- Massa = kilogrammo (kg)
- Lunghezza = metro (m)
- Tempo = secondo (s) Sistemi pratici, che non hanno nulla a che vedere con le grandezze fisiche della SI (es. pressione atmosferica) GRANDEZZE E UNITÀ DERIVATE Le grandezze derivate sono tutte le grandezze fisiche definite a partire dalle sette grandezze fondamentali attraverso operazioni matematiche. Nel Sistema Internazionale le unità di misura delle grandezze fisiche derivate sono state definite in funzione delle unità fondamentali:
- Area = lunghezza x2 (m2)
- Volume = lunghezza x3 (m3)
- Velocità = lunghezza/tempo (m/s)
- Accelerazione = lunghezza/tempo x2 (m/s2)
- Forza = massa x lunghezza/ tempo (1N = 1kg m/s2)
- Energia = forza x lunghezza (1J = 1 N m = 1kg m2/s2)
- Potenza = energia / tempo ( 1W= 1J/s = 1kg m2/s2)
- Frequenza = n. di eventi / tempo (s-1) Le sette grandezze fondamentali sono tra loro
NOTAZIONE SCIENTIFICA
Un qualsiasi numero si può trasformare in notazione (=forma) scientifica. Un numero espresso in notazione scientifica è composto da:
- una parte intera compresa tra 0 e 9
- eventualmente la virgola
- una eventuale parte decimale
- una potenza di base 10 2,7510ª -7,0056100ª Se l’esponente è positivo si sposta la virgola verso destra di un numero di posti pari al valore dell’esponente. Se l’esponente è negativo si sposta la virgola verso sinistra di un numero di posti pari al valore dell’esponente. Esponente del 10 è chiamato ordine di grandezza. IL PROBLEMA SELLA MISURA Esistono misure dirette e indirette: Le misure dirette misurano grandezza fondamentali, mentre le misure indirette misurando le grandezze grandezze derivate. I metodi di misura presuppongono l’uso di uno STRUMENTO DI MISURA , cioè un apparecchio, dispositivo, oggetto che riproduce l’Unità di Misura (UDM). Gli strumenti di misura possono avere limiti fisici dello strumento o difetti di fabbrica. Inoltre la precisione può essere variata da doversi fattori come:
- Ritmi biologici (concentrazione,umore, attenzione)
- Tempi finiti di acquisizione (tempi corti)
- Tempi di reazione Inoltre l’azione della misura si esplica all’interno di un dato AMBIENTE (contesto) dove possono essere presenti fonti di disturbo eliminabili (correnti d’aria) e non eliminabili (radiazioni di fondo). Questi limiti fanno sì che la misura non sia precisa e danno vita alla fluttuazione statistica della misura ( disturbo del contesto). Non esistono misure prive di errore. Il risultato di una qualsiasi misura sperimentale è costituito da un valore numerico x (con la rispettiva unità di misura) ed un errore (incertezza) §x, che indica il "grado di confidenza" che abbiamo sul risultato trovato. Scriveremo quindi il risultato come: x +/- §x La procedura per stimare §, dipende da come si è ricavato/misurato x.
PRECISIONE DI UNO STRUMENTO
Uno strumento può essere più o meno preciso. La precisione di uno strumento di misura è un indice della qualità dello strumento stesso. In particolare, affinché uno strumento sia preciso devono accadere due cose: ● misurando più volte la stessa grandezza, si deve ottenere praticamente sempre lo stesso risultato; ● i valori forniti dallo strumento devono essere in accordo con quelli misurati con un altro strumento di riferimento, noto come affidabile Portata,Sensibilità e Prontezza La portata di uno strumento comprendente tutti i valori delle misure che lo strumento può assegnare. Il più grande valore della grandezza che lo strumento può misurare. Negli strumenti analogici la portata è uguale al numero più grande scritto sulla scala. La sensibilità di uno strumento è il più piccolo valore della grandezza che lo strumento può distinguere. Più è piccolo il valore della grandezza che si riesce a distinguere,maggiore è la sensibilità dello strumento. Negli strumenti analogici la sensibilità è uguale alla differenza tra i valori rappresentati da due tacche consecutive. La prontezza di uno strumento indica la rapidità con cui esso risponde a una variazione della quantità da misurare. Per esempio, una bilancia da cucina è uno strumento molto pronto: risponde subito a una variazione della massa da misurare. Invece il termometro a mercurio è uno strumento con una prontezza bassa: per misurare la febbre occorrono alcuni minuti. Limiti di impiego Limiti di impiego definiscono il campo di valori delle grandezze d’influenza entro cui lo strumento può operare conservando le sue prestazioni. Superati tali limiti lo strumento innanzitutto perde le sue caratteristiche di precisione, inoltre potrebbe essere anche permanentemente danneggiato. Come esempi si possono citare: i limiti di temperatura, la massima tensione di alimentazione, il massimo sovraccarico; ERRORI Esistono diversi tipi di errori: Errore di sensibilità (1 misura) Errore assoluto (massimo) = }
Sono dovuti a fattori come fluttuazioni ambientali o incertezze dell’osservatore e non si possono eliminare completamente, ma possono essere ridotti effettuando più misure e calcolando la media, poiché gli errori tendono a compensarsi tra loro. Un esempio di errore statistico è quando misuri più volte la stessa lunghezza ottenendo valori leggermente diversi, come 10.1 cm, 10.3 cm e 10.2 cm Dagli errori casuali dipende la PRECISIONE della misura. Errori sistematici (o eliminabili) Sono errori costanti e prevedibili che si ripetono sempre nello stesso modo. Questi errori sono causati da strumenti mal tarati, metodi di misura errati o condizioni ambientali specifiche. Possono essere eliminati correggendo la fonte del problema, come ad esempio calibrando correttamente uno strumento. Un esempio di errore sistematico è un termometro che misura costantemente una temperatura di 2°C in più rispetto a quella reale. Mentre gli errori casuali possono essere ridotti con più misurazioni, gli errori sistematici richiedono correzioni dirette per essere eliminati. Dagli errori sistematici dipende la ACCURATEZZA della misura In fisica, precisione e accuratezza sono due concetti fondamentali ma distinti che descrivono la qualità delle misurazioni. La precisione indica quanto le misure sono vicine l’una all’altra, indipendentemente dal fatto che siano vicine al valore vero o corretto. In altre parole, uno strumento può essere preciso ma non necessariamente accurato. Per esempio, se misuri più volte la lunghezza di un oggetto e ottieni sempre 10,1 cm, le tue misure sono precise, anche se il valore reale dell’oggetto è 10,5 cm. In questo caso, le misurazioni sono coerenti ma lontane dal valore corretto. L’ accuratezza , d’altra parte, si riferisce a quanto una misurazione è vicina al valore reale o corretto. Uno strumento o un metodo accurato fornisce misurazioni che si avvicinano al valore vero. L’accuratezza riguarda quindi quanto una singola misura o la media di più misure rispecchia il valore reale della grandezza misurata. Anche se le misurazioni non sono identiche tra loro, possono comunque essere accurate se si avvicinano al valore corretto. Ad esempio, se misuri un oggetto più volte e ottieni 10,4 cm, 10,5 cm e 10,6 cm, e il valore reale è 10,5 cm, le tue misure sono accurate, anche se non tutte esattamente uguali tra loro. Idealmente, in fisica, si cerca di avere strumenti e metodi che siano sia precisi che accurati, in modo da ottenere misure non solo coerenti tra loro ma anche vicine al valore reale. GRANDEZZE FISICHE SCALARI
Grandezze fisiche come la massa, il tempo, temperatura,l’energia, la pressione sono completamente determinate da un numero (eventualmente dotato di segno) e da una unità di misura. Si tratta di grandezze che non implicano una direzione o orientazione nello spazio. Li trattiamo (sommiamo, sottraiamo, moltiplichiamo) con le regole dell’ algebra ordinaria GRANDEZZE FISICHE VETTORIALI Altre grandezze fisiche, come lo spostamento, la velocità,l’accelerazione, la quantità di moto, la forza, il momento, la velocità angolare, per essere descritte necessitano oltre che di un modulo (lunghezza percorso, valore assoluto), anche di una direzione e di un verso. Li trattiamo utilizzando lo strumento matematico dei vettori, che obbediscono alla leggi dell’ algebra vettoriale. Un vettore è «un’entità» individuata da:
- Direzione (una linea retta)
- Intensità (o ampiezza, modulo,valore assoluto)
- Verso (un senso di percorrenza) -Per indicare un vettore v (grassetto);
- Per indicare solo l’intensità cioè il modulo v (non in grassetto); VETTORE SPOSTAMENTO È lo spostamento che conduce A a B, non dice nulla dell’effettivo itinerario che la particella percorre. I vettori spostamento rappresentano soltanto alcuni aspetti globali del moto, non il moto in sé SOMMA DI VETTORI La somma vettoriale non coinvolge solo i moduli dei vettori, ma anche le loro direzioni ed i versi. Esistono due metodi grafici per effettuare la somma. Entrambi permettono di determinare la risultante di due o più vettori, ma si applicano in modi leggermente diversi:
- Metodo puta-coda Consiste nel disegnare i vettori uno di seguito all’altro. Il primo vettore viene disegnato normalmente, e poi si disegna il secondo vettore in modo che la sua coda (inizio) coincida con la punta (fine) del primo vettore. La risultante della somma dei due vettori è il vettore che parte dalla coda del primo vettore e arriva alla punta del secondo vettore.
- Regola parallelogrammo Il metodo del parallelogramma è un approccio grafico utilizzato per sommare due vettori che hanno lo stesso punto di origine (partenza).
Questa regola si usa spesso per capire la direzione di forze o campi magnetici in fisica, come la forza di Lorentz. MECCANICA La MECCANICA è quella branca della fisica che si occupa della descrizione dei moti dei corpi e delle forze responsabili dei moti stessi. Si divide in: ● CINEMATICA: descrive il moto dei corpi senza investigarne le cause ● DINAMICA: affronta il problema di trovare l’equazione del moto di un corpo quando si conoscono le forze ad esso applicate. ● STATICA: studia le condizioni di equilibrio dei corpi. Le basi della Cinematica del Punto materiale
- La cinematica si pone come obiettivo lo studio del moto, ovvero lo studio degli spostamenti di un corpo in funzione del tempo. A tale fine viene introdotto un concetto astratto: il punto materiale. Esso è un oggetto privo di dimensioni (ovvero puntiforme) ma che tuttavia possiede una massa.
- Un punto materiale spostandosi nello spazio occupa successivamente una serie di punti geometrici. L’insieme di questi punti costituisce la TRAIETTORIA descritta dal punto.
- La traiettoria descrive una curva qualsiasi nello spazio (Per semplificare lo studio della cinematica in questo corso, considereremo soltanto delle traiettorie che descrivano delle figure geometriche semplici, quali linee rette, circonferenze, parabole, ellissi).
- Nei casi complessi, in genere, si cerca di ridursi a dei casi semplici con delle approssimazioni, oppure ad una somma di casi semplici STUDIO DEL MOTO E DELLA VELOCITÀ La velocità è una grandezza fisica che indica quanto rapidamente cambia la posizione di un corpo nel tempo. Lo studio del moto e la velocità Il simbolo Δ(delta), che indica una variazione di una grandezza fisica Δt = t2 - t1 —> intervallo di tempo tra istanti t1 e t2. Δs = s2 - s1 —-> spazio percorso spostandosi tra le posizioni s1 e s2. Una velocità istantanea costante è un moto rettilineo uniforme , dove la velocità media di un intervallo di tempo qualunque coincide con la velocità istantanea.
La legge oraria è una legge matematica ed è la relazione che lega spazio/tempo che sono considerati direttamente proporzionali. s(distanza dallorigine,m)= v(velocità costante,m/s)• t(tempo,s) + s0 (distanza iniziale, m) Velocità tangente alla traiettoria al crescere di una cresce l’altra. L’ACCELERAZIONE L’accelerazione è una grandezza fondamentale nella fisica che descrive come cambia la velocità di un corpo nel tempo. Essa può essere positiva , negativa , costante o variare , a seconda delle condizioni del moto.
- accelerazione positiva , intendiamo un corpo la cui velocità sta aumentando nel tempo. Ad esempio, se un’auto parte da ferma e inizia a muoversi sempre più velocemente lungo una strada dritta, significa che ha un’accelerazione positiva.
- Al contrario, l’ accelerazione negativa ( o decelerazione) si verifica quando la velocità diminuisce, come quando lo stesso veicolo frena e rallenta; l’accelerazione agisce nella direzione opposta rispetto al movimento del corpo.
- In alcune situazioni, possiamo avere un’ accelerazione costante , cioè un’accelerazione che rimane invariata nel tempo. Un esempio classico è la caduta libera di un oggetto sotto l’azione della gravità, in cui l’accelerazione gravitazionale è costante e pari a circa 9,8 m/s². In questo caso, ogni secondo che passa, l’oggetto aumenta la sua velocità di 9,8 m/s.
- L’ accelerazione media , invece, è la misura di quanto velocemente varia la velocità su un intervallo di tempo.È data dalla differenza tra la velocità finale e quella iniziale divisa per il tempo totale impiegato. Questa misura ci dà un’idea di come cambia, in media, la velocità di un corpo durante il suo moto, ma non ci dice cosa succede in ogni singolo istante. am = v2 - v1 / t2 - t Per questo, dobbiamo parlare di: ● accelerazione istantanea , che è l’accelerazione in un preciso momento. Se immaginiamo una macchina che accelera e frena continuamente in un breve tragitto, l’accelerazione istantanea ci dice esattamente quanto velocemente la sua velocità sta cambiando in un punto specifico del percorso. Quando l’accelerazione rimane costante nel tempo, possiamo parlare di moto rettilineo uniformemente accelerato. In questo tipo di moto, un oggetto si muove lungo una linea retta e la sua velocità cambia a un ritmo costante. Le equazioni che descrivono questo moto permettono di calcolare sia la velocità in un dato istante, sia la posizione dell’oggetto in funzione del tempo. Tuttavia, non tutti i moti accelerati sono così semplici: quando l’accelerazione non è costante, il moto diventa rettilineo non uniformemente accelerato. In questo caso, la velocità cambia in modo irregolare e l’accelerazione può variare istante per istante. Per descrivere questo tipo di moto, è necessario utilizzare l’accelerazione istantanea, che ci dice di quanto sta cambiando la velocità in un preciso momento.
può accelerare. MASSA Applicando una stessa forza a corpi differenti, le accelerazioni risultanti saranno diverse. Una considerazione comune, che traiamo dall’esperienza quotidiana, è che subisce un’accelerazione maggiore il corpo di massa minore. L’accelerazione risulta pertanto inversamente proporzionale alla massa, caratteristica intrinseca di ciascun corpo ● Seconda legge di Newton (secondo principio della dinamica) La forza netta agente su un corpo è uguale al prodotto della sua massa per l’accelerazione assunta dal corpo. 𝑭𝒏𝒆𝒕 = 𝑚𝒂 L’unità di misura della Forza è il newton (N). 1 𝑁 = (1 𝑘𝑔) (1 𝑚/𝑠2) = 1 𝑘𝑔 𝑚 / 𝑠 2 Fnet è la somma vettoriale risultante di tutte le forze che agiscono sul corpo. Se la forza netta (RISULTANTE) applicata su un corpo è nulla, l’accelerazione del corpo sarà anch’essa nulla → la velocità rimane costante -) se il copro è in quiete, rimane in tale stato -) se il corpo si muove continua a farlo con velocità costante. Se la forza netta su un corpo è nulla, le forze eventualmente presenti si equilibrano (si elidono) tra loro ed i loro effetti si bilanciano esattamente annullandosi CASI PARTICOLARI DI FORZE Attrito La forza si oppone al movimento e agisce in verso opposto alla direzione del moto. È una forza di contatto che dipende dal piano. Forza di gravità La direzione della retta che congiunge il suo baricentro verso il centro della terra. m • g —> 9,81 m/s2 accelerazione gravitazionale Peso Il peso P di un corpo è uguale al modulo della forza gravitazione Fg agente su quel corpo. P = mg Unità di misura del peso: N (newton). Non confondiamo la massa(proprietà intrinseca, unità di misura: kg) di un corpo, con il suo peso (modulo della forza di gravità, unità di misura: N) Forza peso
Più grande è la massa più misura l’oggetto. Tutti i corpi sono soggetti alla stessa accelerazione all di là della loro massa. Reazione vincolare/normale C’è solo quando c’è contatto. Quando un corpo preme contro una superficie, la superficie si deforma (anche se è apparentemente rigida) e spinge il corpo con una forza normale FN, perpendicolare alla superficie stessa. ● Terza legge di Newton (terzo principio della dinamica Se un corpo A agisce con una forza su un corpo B, anche B esercita una forza sul corpo A: le due forze hanno lo stesso modulo, la stessa direzione e versi opposti. Le forze tra i due corpi interagenti sono coppie di forze azione-reazione. FMT = - FTM (forma vettoriale) FMT = FTM (relazione scalare) DEFINIZIONE DI LAVORO Si consideri una forza 𝑭 applicate ad un puntomateriale P. Tale forza fa sì che il punto si muova ad una certa distanza s lungo una traiettoria rettilinea. Si definisce LAVORO la quantità scalare 𝐿 = 𝑭 ∙ 𝒔 = 𝑭 𝒔 cos 𝜃 = 𝐹 𝑆 𝑠 Nel Sistema Internazionale il lavoro si misura in Joule 1 𝐽 = 1 𝑁 ∙ 1 𝑚 ● L è massimo nel caso in cui forza e spostamento siano paralleli e concordi: 𝑭 𝒔 cos 0° = 𝐹 𝑠 ● L è nullo nel caso in cui forza e spostamento siano perpendicolari: 𝑭 𝒔 cos 90° = 0 ● L è minimo nel caso in cui forza e spostamento siano paralleli e discordi: 𝑭 𝒔 cos 180° = −𝐹 𝑠 ENERGIA L’energia è la capacità di un corpo – o di un sistema di corpi – di compiere o meno lavoro. È una grandezza omogenea al lavoro, e si misura anch’essa in Joule. Esistono 2 tipi di energia: Di movimento dove troviamo l’ energia cinetica e di posizione dove troviamo l’ energia potenziale. ENERGIA CINETICA L’energia cinetica è l’energia che ci permette di muoverci ed è associata allo stato di moto di un corpo.
Un oggetto può traslare o rotolare generando un momento rispetto al baricentro. Ciò dà vita ad una condizione di equilibrio ovvero ciò che permette agli oggetti di stare fermi cioè in equilibrio. MACCHINE SEMPLICI Le macchine semplici sono macchine che non possono essere scomposte in macchine ancora più elementari Sono le macchine che erano già disponibili nell’antichità. Si basano sulla sola forza muscolare. Un qualsiasi dispositivo atto a vincere una forza (resistenza) con la sola forza muscolare (potenza) è detta macchina semplice. Tra le macchine semplici abbiamo: ● Carrucole ● Leve ● Piano inclinato ● Manovella LA LEVA Una leva è una macchina semplice che consiste in un corpo rigido, cioè un oggetto che non si deforma nel tempo, che può girare attorno ad un asse fisso chiamato fulcro ed è soggetto a una forza chiamata potenza e un’altra chiamata resistenza Potenza—> forza attiva, forza motrice su misura in WATT. Resistenza—> forza passiva, forza resistente Gli elementi delle leve La distanza fra la resistenza e il fulcro prende il nome di braccio della resistenza. La distanza fra il fulcro e la potenza prende il nome di braccio della potenza. ● Una leva si dice vantaggiosa quando la potenza è minore della resistenza. ● Una leva si dice svantaggiosa quando la potenza è maggiore della resistenza. ● Una leva si dice indifferente quando la potenza è uguale alla resistenza. GUADAGNO Si definisce guadagno il rapporto tra forza resistente e motrice: G = Fr / Fm LEGGE DELLA LEVA Nelle leve la lunghezza dei bracci della potenza e della resistenza sono altrettanto importanti dei valori di quest’ultimi. In una condizione di equilibrio bisogna tener conto di entrambi i valori. L’equilibrio si ottiene quando il braccio della potenza per la potenza è uguale alla resistenza per il braccio della resistenza. R x br = P x bpR : P = br : bp
*DOMANDA
Tipi di leva Esistono tre tipi di leva:
- Leve di primo genere INTERFULCRATA dove il fulcro è al centro tra la potenza e la resistenza ed è di tipo vantaggioso,svantaggioso o indifferente.
- Leve di secondo genere INTER-RESISTENTE dove la resistenza è al medio tra la potenza e il fulcro ed è una leva di tipo vantaggioso.
- Leve di terzo genere INTERPOTENTE dove la potenza è al centro tra il fulcro e la resiste ed è una piva di tipo svantaggioso. Oltre ai tre tipi classici di leve (primo, secondo e terzo genere), esistono anche altre classificazioni e varianti, sebbene siano meno comuni o meno trattate. Eccone alcune: ● Leve complesse o combinate : Sono sistemi meccanici che combinano più leve, come nel caso di strumenti complessi o macchine. Un esempio potrebbe essere una pinza a molla, che utilizza più punti di leva per aumentare la precisione o la forza. ● Leva equilibrata o a bilanciere : In alcuni casi, come nelle bilance a bracci uguali, la leva è utilizzata per ottenere un equilibrio perfetto tra due forze o pesi. Qui, i due bracci della leva sono uguali, e si confrontano forze equivalenti su ciascun lato. ● Leve elastiche : In alcuni dispositivi moderni, i materiali elastici sono usati per creare effetti simili a quelli delle leve. Questi strumenti non rispettano completamente la definizione tradizionale di leva, ma sfruttano la flessibilità del materiale per ottenere effetti di moltiplicazione della forza. ● Leve idrauliche : Sebbene tecnicamente non siano leve meccaniche, i sistemi idraulici, come i pistoni, possono essere considerati una sorta di “leva fluida”, in cui il principio di moltiplicazione della forza avviene attraverso l’utilizzo di fluidi piuttosto che di bracci fisici. ● Leve asimmetriche : In alcuni casi particolari, le leve possono avere bracci di lunghezza disuguale, progettati per applicazioni specifiche, dove uno dei due bracci è volutamente molto più lungo o corto per ottenere l’effetto desiderato. Anche se queste varianti escono un po’ dalla meccanica tradizionale, sono utili per risolvere problemi specifici e complessi. LEVE DEL CORPO UMANO Tutto l'apparato locomotore è basato su un sistema di leve. Questa situazione determina che, tutte le volte che c'è movimento, si produce una leva che può essere di primo, di secondo o di terzo tipo. Nel corpo umano, i tre tipi di leve (primo, secondo e terzo genere) coprono la maggior parte delle applicazioni biomeccaniche. Tuttavia, si possono osservare alcune varianti e fenomeni particolari che, pur rientrando in questi tre gruppi, offrono delle sfumature specifiche: ● Leve dinamiche : In alcuni movimenti complessi, come nella corsa o nei salti, più articolazioni e muscoli lavorano insieme in serie. Questo crea una catena di leve, in cui il
FLUIDI
Possono fluire o scorrere e possono trovarsi sia allo stato liquidò che allo stato gassoso. Un fluido è un corpo che non ha una forma propria. La sua forma dipende da altri corpi che lo contengono. Un fluido è composto da molte particelle ovvero le molecole. Le grandezze fisiche che vengono utilizzate per descrivere la meccanica dei fluidi sono: ● Densità ● Pressione Massa Volumica o Densità La massa volumica, densità ρ(ro greca), è la massa per unità di volume: 𝜌 = m / V La densità è una grandezza scalare. Unità di misura: kilogrammo al metro cubo (kg / m3) (molto spesso, grammi al centimetro cubo). Molto spesso vengono utilizzate densità relative cioè numeri senza unità di misura Massa volumica dell’acqua: 1000 kg/m3 = 1g/cm Densità relativa = densità corpo / densità acqua (4º) Pressione La pressione è la forza per unità di area che si esercita perpendicolarmente ad una superficie all'interno o al bordo del fluido. Un fluido esercita una pressione P sulle pareti del recipiente e sugli oggetti immersi in esso: P = F/A —> N / m2 —> pascal La pressione è una grandezza scalare che si esercita su tutte le direzioni del nostro oggetto. La pressione in un fluido è isotropa: si esercita ugualmente in tutte le direzioni. Si misura in pascal (Pa): 1 Pascal è la forza che un Newton esercita sui metri quadrati di una superficie. 1 Pa = 1 N/m Pressione atmosferica : Dipende dalla temperatura e cambia rispetto al corpo a cui facciamo riferimento. P = 1.013 x 105 Pa —> 760 Torr—> 1mm di mercurio 1mm di mercurio corrisponde ad un’altra unità di misura del Pascal. possibile domanda: quanti mm di mercurio corrispondo a….tot Pascal? CGS = baria Pratici = atm
Applicando una forza, in base all’area, avremmo situazioni diverse ● Se là forza esercitata è minore dell’area in cui viene applicata = pressione elevata ● Se la forza esercitata è maggiore dell’area in cui viene applicata = pressione minore Un fluido in equilibrio è soggetto ad una forza-peso LEGGE DI STEVINO Serve a considerare la pressione idrostatica che un liquidò esercita sulla superficie, che dipenderà dal liquidò, da dove si trova e dall’altezza del liquidò che c’è in superficie; non c’entra la forma dove si trova il liquido. P = Po + pgh Contenitore aperto = agisce forza esterna (atmosfera). Contenitore chiuso = non agisce forza esterna. In un fluido all'equilibrio:
- La pressione è costante in tutti i punti che si trovano alla stessa quota (legge di Pascal).
- Se più recipienti contengono lo stesso liquido e sono in comunicazione tra di loro, allora le loro superfici libere sono allo stesso livello qualunque sia la forma e la capacità dei recipienti (principio dei vasi comunicanti).
- Una pressione applicata in qualsiasi punto di un fluido confinato è trasmessa inalterata ad ogni porzione del fluido e alle pareti del recipiente che lo contiene (principio di Pascal) Un fluido statico (non si muove) e sta in quilibrio facendo valere il: PRINCIPIO DI PASCAL Se ho un fluido, la pressione esercitata su quest’ultimo verrà trasmessa in maniera invariata su tutto il fluido e in tutte le direzioni del fluido stesso. Esperimento Torricelli L’esperimento di Torricelli dimostra che l’aria intorno a noi ha un peso e preme su tutto. Torricelli prese un tubo pieno di mercurio, lo capovolse in una ciotola e vide che il mercurio scendeva solo fino a un certo punto, lasciando uno spazio vuoto. La colonna di mercurio che restava nel tubo era sostenuta dalla pressione dell’aria. In questo modo, scoprì che l’atmosfera ha una pressione che possiamo misurare. Riuscì a capire quanto vale la pressione atmosferica e che dipende dalla lunghezza del tubo. Principio vasi comunicanti Un liquido contenuto in due o più contenitori comunicanti tra loro, in presenza della forza di gravità, raggiunge lo stesso livello indipendentemente dalla forma del contenitore. Leva idraulica Il principio della leva idraulica si basa sul principio di Pascal, che afferma che in un liquido incomprimibile, la pressione esercitata in un punto si trasmette uniformemente in tutte le direzioni. La leva è costituita da due pistoni collegati da un tubo pieno di liquido (di solito olio).
