Fisica
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La Fisica (dal latino physicu(m), dal greco physiké (sottointeso téchné) arte della natura, e da physis natura) è la scienza della Natura nel senso più ampio.
Originariamente una semplice branca della filosofia (tanto da essere chiamata anche philosophia naturalis), grazie alla codifica del metodo scientifico di Galileo Galilei, negli ultimi trecento anni si è talmente evoluta e sviluppata ed ha conseguito risultati di tale importanza da avere messo in ombra la filosofia stessa, con cui però mantiene un legame profondo. I fisici studiano in generale il comportamento e le interazioni della materia attraverso lo spazio e il tempo. Nella visione affermatasi con la teoria della Relatività Generale, spazio e tempo sono considerati anch'essi fenomeni fisici, e non semplicemente lo scenario in cui questi avvengono.
L'indagine fisica viene condotta seguendo il metodo scientifico, pietra angolare di tutte le scienze naturali, che garantisce la più alta tendenza all'oggettività dei risultati ottenuti (secondo il paradigma galieiano dell'intersoggettività). Il metodo scientifico è anche noto come metodo sperimentale, perché si basa sul concetto di esperimento e l'osservazione dei fenomeni. L'osservazione produce come conseguenza diretta le cosiddette leggi empiriche. Tramite un processo chiamato ciclo conoscitivo si giunge alla conoscenza ottimale di un modello fisico che può rappresentare il fenomeno.
Cardine della fisica sono i concetti di misura , di grandezza fisica e di incertezza: la fisica prende in considerazione solo ciò che è in qualche modo misurabile secondo criteri concordati (le unità e i metodi di misura), e il risultato di tale misura viene associato a ciò che è stato misurato, creando una grandezza fisica composta da un numero, che è il risultato della misura secondo l'unità di misura scelta, e da una dimensione che è l'unità di misura stessa.
Per questo motivo, le teorie della fisica sono quindi generalmente espresse come relazioni matematiche fra grandezze fisiche. Le teorie ampiamente confermate vengono usualmente chiamate leggi o leggi della fisica, ma come tutte le leggi scientifiche sono sempre provvisorie, nel senso che sono considerate vere solo finché non vengono confutate, cioè se viene osservato il verificarsi di un fenomeno che esse predicono non possa mai accadere, o se le loro predizioni sui fenomeni si dimostrano errate. O più semplicemente, una nuova teoria permette di predire gli stessi fenomeni, ma con una accuratezza superiore.
La fisica è strettamente connessa con tutte le altre scienze naturali, particolarmente con la chimica, la scienza delle molecole con cui si è sviluppata di pari passo nel corso degli ultimi due secoli. La chimica prende molti concetti dalla fisica, soprattutto nei campi di termodinamica, elettromagnetismo, e meccanica quantistica. Tuttavia i fenomeni chimici sono talmente complessi e variegati da costituire una branca del sapere a sé stante.
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[modifica] Modello fisico
Ogni osservazione di un fenomeno costituisce un caso a sé stante, una particolare istanza del fenomeno osservato. Ripetere le osservazioni vuol dire moltiplicare le istanze e raccogliere altri fatti, cioè altre misure. Le diverse istanze saranno certamente diverse l’una dall’altra nei dettagli, anche se nelle loro linee generali ci dicono che il fenomeno, a parità di condizioni, tende a ripetersi sempre allo stesso modo.
Se vogliamo fare un discorso di carattere generale, occorre sfrondare le varie istanze dalle loro particolarità e trattenere solo quello che è rilevante e comune ad ognuna di esse, fino a giungere al cosiddetto modello fisico.
Questo, va sottolineato, è una versione approssimata del sistema effettivamente osservato, e il suo impiego indiscriminato presenta dei rischi, ma ha il vantaggio della generalità e quindi dell’applicabilità a tutti i sistemi di quel tipo.
La costruzione del modello fisico è certamente la fase meno formalizzata del processo che porta alla formulazione di leggi quantitative e di teorie. Il modello fisico ha la funzione fondamentale di ridurre il sistema reale, e la sua evoluzione, ad un livello astratto ma traducibile in forma matematica, utilizzando definizioni delle grandezze in gioco e relazioni matematiche già note fra di queste. Tale traduzione può anche avvenire automaticamente, come dimostrano i molti programmi usati per la simulazione al calcolatore dei fenomeni più disparati.
Il modello matematico, che ovviamente si colloca ad un livello di astrazione ancora superiore a quello del modello fisico, al massimo livello di astrazione nel processo conoscitivo, è costituito normalmente da equazioni differenziali che, quando non siano risolvibili in maniera esatta, devono essere semplificate opportunamente o risolte, più o meno approssimativamente, con metodi numerici, al calcolatore. Si ottengono in questo modo delle relazioni analitiche o grafiche fra le grandezze in gioco che costituiscono la descrizione dell’osservazione iniziale.
Tali relazioni, oltre a descrivere l’osservazione, possono condurre a nuove previsioni. In ogni caso esse sono il prodotto di un processo che comprende diverse approssimazioni
- nella costruzione del modello fisico
- nelle relazioni utilizzate per costruire il modello matematico
- nella soluzione del modello matematico
La soluzione del modello matematico va quindi controllata, per vedere con quale approssimazione riesce a rendere conto dei risultati dell’osservazione iniziale e se le eventuali previsioni si verificano effettivamente e con quale precisione. Questo può venire detto solo dall’esperienza e quindi la verifica della descrizione chiude un ciclo, chiamato ciclo conoscitivo.
[modifica] Gli errori sperimentali
In ogni procedimento di misura di una quantità fisica, la misura e' inevitabilmente accompaganata da una incertezza (errore, o barra di errore) sul valore misurato. Questo errore non deriva da "sbagli" nel procedimento di misura, ma dalla natura stessa dei procedimenti di misura.
In un esperimento, infatti, non è mai possibile eliminare un gran numero di fenomeni fisici che possono causare piccole "incertezze", alcune di carattere casuale, altre di natura sistematica (ad esempio, gli errori di taratura in un righello, o in una bilancia analitica). Le fluttuazioni casuali sono alla base dello studio di queste incertezze. Quando si fa una misura, quindi, si deve procedere alla stima dell'incertezza ad essa associata, o, in altre parole, alla stima dell'errore sulla misura.
L'incertezza indica l'intervallo di valori entro il quale si garantisce che, ripetendo la misura nelle stesse condizioni, il risultato resti costante. Quindi, un'incertezza di ± 2 sul 4 indica un intervallo di valori che va da 2 a 6. Naturalmente, se comprendiamo un intervallo di valori più grande della grandezza che misuriamo, essa perde di significato.
In generale, si utilizza come incertezza la risoluzione dello strumento, anche se si possono scegliere anche altri valori. Ad esempio, se effettuiamo una misura col dinamometro e vediamo che la molla oscilla fra due divisioni della scala, scegliamo come incertezza 2 divisioni, ecc... Se, ripetendo la misura, i valori sono compatibili, la somma delle incertezze casuali è inferiore alla risoluzione strumentale. Se invece i dati non sono compatibili (e non c'è alcuna possibilità che si tratti di un fenomeno fisico ad influenzare le misure, ovvero se si è certi di aver ripetuto la misura nelle stesse condizioni), si elaborano statisticamente i dati per determinare un valore con una sua incertezza. L'incertezza si scrive accanto al valore, segnalata dal segno di ±. Ad esempio, si può scrivere G=(10±1)u.m. L'incertezza di cui abbiamo parlato è chiamata incertezza assoluta. Ci si può servire dell'incertezza assoluta per quantificare la precisione della misura, tramite l'incertezza relativa, ovvero il rapporto fra la grandezza e la sua incertezza assoluta. In generale, l'incertezza assoluta si esprime in percentuale: minore è, più la misura è precisa. L'incertezza relativa è un numero adimensionale. Ad esempio, il dato G=(10±1) um avrà come incertezza relativa 1/10=0,1, ossia il 10%. Le incertezze però si propagano quando i dati afflitti da incertezze vengono utilizzati per effettuare dei calcoli, secondo delle precise regole dette della propagazione delle incertezze.
[modifica] Sistemi di unità di misura
Attualmente, il sistema di unità di misura universalmente accettato dai fisici di tutto il mondo è il sistema internazionale (SI); altri sistemi usati in passato sono stati il sistema CGS, il sistema MKS e quello anglosassone.
[modifica] Teorie Principali
- Meccanica classica
- Elettromagnetismo
- Termodinamica e Meccanica statistica
- Meccanica quantistica
- Relatività
[modifica] Campi fondamentali
- Fisica Classica e Semiclassica
- Fisica Quantistica
- Teoria quantistica dei campi
- Teoria quantistica relativistica
- Fisica Nucleare e Subnucleare
- Fisica delle particelle
- Astrofisica
- Fisica Applicata
- Fisica Teorica
[modifica] Persone
- Fisici celebri in ordine alfabetico
- Fisici celebri in ordine cronologico
- Premio Nobel per la fisica
[modifica] Tabelle
[modifica] Fisica e Cinema
Rassegna di film interessanti:
- 1902: Le voyage dans la Lune
- 1927: Metropolis - Nel Ventunesimo secolo, una gigantesca metropoli è governata in modo dittatoriale da un monopolista che vive con il figlio e i propri collaboratori in un paradisiaco giardino. Gli operai vivono, invece, in fabbriche sotterrane esortati alla rassegnazione.
- 1929: The Woman in the Moon
- 1931: Frankenstein
- 1933: The invisible man
- 1943: Marie Curie- film biografico
- 1950: Destination Moon
- 1953: The War of the Worlds
- 1959: On the beach
- 1964: Dr. Strangelove
- 1968: 2001: A Space Odyssey - 2001: Odissea nello spazio
- 1981: The Day after Trinity - Gli scienziati ed i testimoni coinvolti nella creazione e nella prova della bomba atomica
- 1986: The Manhattan Project - Gioco mortale
- 1989: Fat Man and Little Boy - L' Ombra Di Mille Soli - Il Generale Leaslie Groves dirige il delicato Progetto Manhattan per la creazione e l'utilizzo di nuovi e potenti ordigni atomici.
- 1996: Chain Reaction - Reazione a catena
- 1998: Deep Impact - Una cometa è in rotta di collisione con la Terra, il rischio è la catastrofe, l'alternativa una difficile missione spaziale che verrà intrapresa per deviare il percorso della cometa.
- 1998: Armageddon - Giudizio finale
- 2003: The core - alcuni scienziati scoprono che il nucleo della terra si sta solidificando, fenomeno che causerebbe terribili disastri naturali e la fine della vita. Per questo viene programmata una spedizione di emergenza con lo scopo di inviare una navetta e una bomba all'interno della Terra con la speranza di scongiurare la catastrofe.
- 2004: The Day After Tomorrow - L'alba del giorno dopo
[modifica] Bibliografia
- James Gates L'arte della fisica, Di Renzo Editore, 2006, ISBN 8883231554
[modifica] Altri progetti
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