Introduzione alla Fisica

Hai mai pensato che ogni volta che misuri qualcosa stai facendo fisica? La fisica è una scienza sperimentale che cerca di descrivere matematicamente tutti i fenomeni che osserviamo nella realtà.

Il punto di partenza sono le grandezze fisiche - tutto ciò che puoi misurare con degli strumenti. Misurare significa scegliere un'unità di misura, confrontarla con quello che vuoi misurare e contare quante volte ci sta dentro. È come dire "questo tavolo è lungo 3 metri" - hai confrontato la lunghezza del tavolo con il metro e hai scoperto che ci sta dentro 3 volte.

Il metodo scientifico di Galileo è la ricetta che usiamo ancora oggi: osservi un fenomeno, scegli cosa misurare, fai un'ipotesi, la verifichi con un esperimento, raccogli i dati, li elabori e pubblichi i risultati per farli verificare ad altri scienziati.

💡 Ricorda: Una grandezza fisica deve sempre avere un numero E un'unità di misura - dire "il tavolo è lungo 3" non ha senso!

Esistono grandezze fondamentali (che puoi misurare direttamente) e grandezze derivate (che ottieni combinando quelle fondamentali con formule matematiche).

Sistemi di Misura

Non puoi immaginare quanto sarebbe complicato se ognuno usasse unità di misura diverse! Per questo esiste il Sistema Internazionale (SI), che stabilisce 7 grandezze fondamentali: lunghezza (metro), massa (chilogrammo), tempo (secondo), corrente elettrica (ampere), temperatura (kelvin), intensità luminosa (candela) e quantità di sostanza (mole).

Oltre al SI, esiste anche il sistema CGS che usa centimetro, grammo e secondo. È molto utile per calcoli più piccoli e precisi. La differenza principale? Nel CGS tutto è più piccolo - 1 metro = 100 centimetri, 1 kg = 1000 grammi.

I prefissi sono i tuoi migliori amici per gestire numeri molto grandi o molto piccoli. Da "kilo" (mille volte più grande) a "milli" (mille volte più piccolo), ti permettono di esprimere qualsiasi misura in modo comprensibile.

⚠️ Attenzione: Maiuscole e minuscole nei prefissi cambiano tutto! "M" è mega (milioni), "m" è milli (millesimi).

I Vettori

Alcune grandezze fisiche non si accontentano di un semplice numero. Lo spostamento, la velocità e la forza sono grandezze vettoriali - hanno bisogno di tre informazioni: quanto sono intense (modulo), in che direzione vanno (direzione) e verso dove vanno (verso).

Per sommare i vettori puoi usare due metodi: il metodo "punta-coda" (attacchi la coda del secondo alla punta del primo) o la "regola del parallelogramma" (costruisci un parallelogramma e la diagonale è la somma).

Quando moltiplichi un vettore per un numero, se il numero è positivo il vettore mantiene la stessa direzione e verso, se è negativo cambia verso. Il modulo diventa sempre il prodotto del numero originale per il moltiplicatore.

🔧 Trucco pratico: Per trovare le componenti di un vettore usa trigonometria: Vₓ = V·cos(α) e Vᵧ = V·sen(α).

Il versore è un vettore "normalizzato" - ha modulo 1 e serve solo a indicare direzione e verso, senza preoccuparsi dell'intensità.

Il Moto

La cinematica studia come si muovono i corpi senza chiedersi perché. Le grandezze fondamentali sono lo spostamento (differenza tra posizione finale e iniziale), il tempo e la velocità (quanto velocemente cambia posizione).

La legge oraria s = s(t) ti dice dove si trova un oggetto in qualsiasi momento. È come avere una mappa temporale del movimento! La velocità è spazio diviso tempo, l'accelerazione è variazione di velocità diviso tempo.

Nel moto rettilineo uniforme la velocità è costante e la formula è semplicissima: s = s₀ + vt. Nel moto uniformemente accelerato l'accelerazione è costante e devi usare s = s₀ + v₀t + ½at².

📊 Per i test: Memorizza le formule inverse! Da s = vt ottieni t = s/v e v = s/t.

Questi sono i mattoni fondamentali per capire tutti i movimenti più complessi che vedrai dopo.

Moti Complessi

Il moto circolare uniforme è affascinante: la velocità è costante in modulo ma cambia continuamente direzione, rimanendo sempre tangente alla circonferenza. L'accelerazione centripeta $a = v²/r$ punta sempre verso il centro e mantiene l'oggetto sulla traiettoria circolare.

Il periodo T è il tempo per un giro completo, la frequenza f è quanti giri al secondo $f = 1/T$. La velocità angolare ω misura quanto velocemente ruota: ω = 2π/T.

Il moto armonico è il movimento che vedi quando proietti un moto circolare su una linea retta - come l'ombra di un punto che gira. Ampiezza = raggio, periodo = tempo di un'oscillazione completa.

🎯 Applicazione pratica: Nel moto circolare v = 2πr/T - più grande è il raggio o più veloce è il giro, maggiore è la velocità.

Il moto parabolico combina due movimenti: orizzontale uniforme $sₓ = v₀t$ e verticale accelerato $sᵧ = ½gt²$. È il movimento di qualsiasi oggetto lanciato, da una palla da basket a un proiettile.

Le Forze e i Principi della Dinamica

Una forza è qualsiasi causa che cambia lo stato di movimento di un corpo. È una grandezza vettoriale che si misura in Newton $1 N = 1 kg·m/s²$.

I tre principi della dinamica sono le regole fondamentali: 1) Inerzia - senza forze, un corpo mantiene il suo stato (fermo resta fermo, in moto continua); 2) F = ma - la forza è proporzionale a massa e accelerazione; 3) Azione e reazione - le forze vanno sempre a coppie uguali e contrarie.

La forza gravitazionale F = G(m₁m₂)/r² spiega perché gli oggetti si attraggono. Più sono massivi e vicini, maggiore è l'attrazione. La forza peso P = mg è il caso particolare dell'attrazione terrestre.

⚖️ Distinzione importante: La massa è una proprietà intrinseca (quanta materia hai), il peso è una forza (quanto ti attrae la Terra).

La densità d = m/V ti dice quanto è "concentrata" la materia in un volume.

Lavoro, Potenza ed Energia

Il lavoro L = F·s si compie quando una forza provoca uno spostamento. Può essere motore (forza e spostamento nello stesso verso), resistente (versi opposti) o nullo (forza perpendicolare allo spostamento).

La potenza P = L/Δt misura la rapidità con cui si compie lavoro. Una macchina potente compie molto lavoro in poco tempo. Il rendimento = potenza utile/potenza assorbita ti dice quanto è efficiente una macchina.

L'energia cinetica Ec = ½mv² dipende da massa e velocità. L'energia potenziale gravitazionale Ep = mgh dipende da massa e altezza. L'energia meccanica è la loro somma.

⚡ Principio chiave: L'energia si conserva! Le forze conservative (come il peso) permettono di trasformare energia cinetica in potenziale e viceversa.

Le forze dissipative (come l'attrito) trasformano energia meccanica in calore - per questo quando freni si scaldano i freni!

Quantità di Moto e Urti

La quantità di moto p = mv è il prodotto di massa e velocità. È fondamentale perché si conserva sempre in un sistema isolato, anche quando l'energia non si conserve.

L'impulso I = F·Δt è il prodotto di forza per tempo e corrisponde alla variazione di quantità di moto: Δp = I. Questo spiega perché gli airbag funzionano - aumentano il tempo dell'urto, riducendo la forza.

Negli urti distinguiamo tre casi: elastico $si conserva tutto - energia cinetica e quantità di moto$, anelastico (si conserva solo la quantità di moto) e completamente anelastico (i corpi rimangono attaccati dopo l'urto).

🚗 Esempio pratico: Negli incidenti stradali la quantità di moto si conserve sempre, ma l'energia cinetica si trasforma in deformazioni e calore.

Il principio di conservazione della quantità di moto è universale - vale sempre, dall'urto tra biglie al movimento dei razzi nello spazio.

Statica ed Equilibrio

Un oggetto è in equilibrio quando la sua posizione non cambia nel tempo. Per un punto materiale basta che la risultante delle forze sia nulla: ΣF = 0.

I vincoli sono oggetti che impediscono certi movimenti esercitando reazioni vincolari. Un tavolo è un vincolo che impedisce a un oggetto di cadere verso il basso. La forza equilibrante è quella che devi applicare per mantenere l'equilibrio.

Sul piano inclinato la forza peso si scompone in due componenti: una parallela $F∥ = P·h/l$ che fa scivolare l'oggetto e una perpendicolare che lo preme contro il piano. L'attrito statico contrasta quella parallela.

📐 Regola pratica: Più inclinato è il piano, maggiore è la componente parallela e minore quella perpendicolare - ecco perché oltre un certo angolo tutto scivola.

Corpi Rigidi

Un corpo rigido ha forma e dimensioni definite e non si deforma. A differenza del punto materiale, qui conta anche DOVE applichi la forza, non solo quanto è intensa.

Il braccio della forza è la distanza tra la retta d'azione della forza e il centro di rotazione. Più lungo è il braccio, maggiore è l'effetto rotatorio (come quando usi una chiave inglese lunga per svitare un bullone).

Per l'equilibrio di un corpo rigido servono due condizioni: la risultante delle forze deve essere nulla (equilibrio traslazionale) E la somma dei momenti deve essere nulla (equilibrio rotazionale).

🔧 Trucco del mestiere: Il momento di una forza M = F·b (forza per braccio) determina la capacità di far ruotare un oggetto.

Questo è il principio dietro le leve, gli ingranaggi e tutti i meccanismi che amplificano le forze cambiando il punto di applicazione.