Una quantità fisica è una proprietà di un oggetto, qualcosa che possiamo misurare con strumenti o anche usando i nostri sensi.
Due semplici esempi di grandezze fisiche sono la massa di un oggetto o la sua temperatura. Possiamo misurarle entrambe con strumenti, ma possiamo anche percepirle con le mani, sollevando l'oggetto o toccandolo.
Fig. 1 - La massa è una quantità fisica di un oggetto. La massa moltiplicata per l’accelerazione di gravità ci dà il peso di un oggetto.
Quali sono le grandezze fisiche fondamentali?
Esiste una serie di proprietà fisiche che possiamo misurare. Tutte queste proprietà sono legate alle dimensioni di un oggetto o alla sua costituzione. Le sette grandezze fisiche fondamentali sono:
Massa: è la proprietà che ci dice quanta materia è contenuta nell'oggetto. Un oggetto con una maggiore quantità di materia ha una massa maggiore. Il peso è la forza esercitata sulla massa di un oggetto. Massa e peso vengono spesso confusi.
Lunghezza: è la proprietà che ci dice quanto è lungo un oggetto. Questa proprietà è legata alle proprietà dell'area e del volume.
Tempo: Questa proprietà è legata al flusso degli eventi e aumenta sempre. Come la massa, il tempo è una delle proprietà che non può essere negativa. Il tempo ci dice il flusso delle cose nell'universo.
Intensità di corrente: è una quantità che può essere positiva o negativa ed è legata alla quantità di corrente elettrica all’interno di un mezzo
Temperatura: è la proprietà che misura la quantità di calore in una sostanza o in un oggetto. Il calore è legato al movimento delle particelle nell'oggetto.
Mole: è una grandezza fisica fissa che misura il numero di molecole di una sostanza. La proprietà rappresenta un numero esatto di particelle o molecole pari a 6,02214076 × 1023 molecole della sostanza.
Luminosità: è una misura di energia, proprio come la temperatura. La luminosità misura la quantità di energia elettromagnetica emessa da un oggetto sotto forma di luce per unità di tempo.
La differenza tra peso e massa
Le persone confondono continuamente peso e massa. Il modo migliore per spiegare la differenza è usare un esempio con una palla.
Una palla ha un peso diverso su Marte rispetto alla Terra. Tuttavia, la materia che compone la palla rimane la stessa. E se la materia non cambia, non cambia nemmeno la massa.
Il peso è la quantità di forza che la gravità esercita sulla massa; è la forza per massa. Una bilancia, quindi, misura la forza gravitazionale che tira verso il basso la massa di un oggetto.
Questo può essere spiegato anche con la formula della forza di gravità che determina il peso di un oggetto:
\[peso = massa \times gravità\]
La quantità di materia nella palla non cambia, quindi la massa è una costante.
La differenza principale è la gravità, perché la gravità sulla Terra è maggiore di quella su Marte:
\[gravità (Terra) > Gravità (Marte)\]
Pertanto, il peso sulla Terra sarà superiore a quello su Marte:
\[massa \times gravità (Terra) > massa \times gravità (Marte)\]
Cosa sono le grandezze estensive e intensive?
Le grandezze fisiche si dividono in due categorie: grandezze estensive e grandezze intensive. Questa classificazione è legata alle dimensioni di un oggetto. Le grandezze estensive dipendono dalla massa o dalle dimensioni dell'oggetto, mentre le grandezze intensive non dipendono dalla massa.
Esempi di grandezze fisiche estensive
La massa è un esempio di quantità fisiche estensive.
La massa dipende dalla dimensione dell’oggetto. Se hai due oggetti fatti di ferro e uno è il doppio dell’altro in dimensione, quello più grande avrà il doppio della massa.
Esempi di grandezze fisiche intensive
Le grandezze fisiche intensive non dipendono dalla massa o dalle dimensioni dell'oggetto. Esempi semplici sono il tempo e la temperatura.
Possiamo misurare il tempo impiegato da due oggetti di massa diversa per spostarsi dalla posizione A alla posizione B. In entrambi i casi il tempo scorre nello stesso modo indipendentemente dalla composizione o dalle dimensioni degli oggetti.
Immaginiamo di avere un oggetto con una temperatura di 100 kelvin, che dividiamo a metà. In circostanze ideali, in cui non c'è trasferimento di calore, le due metà avranno ancora la stessa temperatura di 100 kelvin.
Cosa sono le grandezze derivate?
Le grandezze fisiche derivate sono le proprietà di un oggetto che risultano da due o più grandezze fisiche elementari. Le grandezze derivate possono derivare da una relazione tra le stesse grandezze fisiche (ad esempio, l'area) o da una relazione tra due grandezze diverse (ad esempio, la velocità). Di seguito sono riportati alcuni esempi di grandezze fisiche derivate.
- Area e volume: legati alla lunghezza \[\begin{gather}area = altezza \times larghezza\\volume = larghezza \times altezza \times profondità\end{gather}\]
- Velocità e accelerazione: legate a lunghezza e tempo\[\begin{gather} velocità = distanza/tempo\\accelerazione = distanza/tempo^2 \end{gather}\]
- Densità: legata a lunghezza e massa\[densità = massa/volume = massa/lunghezza^3\]
- Peso: legato ad accelerazione e massa (su un pianeta, l’accelerazione è l'accelerazione di gravità)\[peso = gravità \times massa\]
Quali sono alcune caratteristiche delle grandezze fisiche?
Le grandezze fisiche hanno diverse caratteristiche legate alle loro proprietà, alcune delle quali sono elencate di seguito.
Alcune grandezze fisiche possono avere un valore pari a zero, come l’intensità di corrente o la massa.
Alcune grandezze fisiche sono scalari, cioè hanno solo un valore ma non una direzione. Esempi di queste grandezze sono il volume, la massa e la mole.
Altre grandezze fisiche sono vettoriali, nel qual caso è necessaria la direzione per capire cosa sta succedendo. Esempi di grandezze vettoriali sono la velocità e l'accelerazione.
Come sono collegate grandezze fisiche e unità di misura?
Le grandezze fisiche sono importanti perché ci permettono di descrivere un oggetto. Gli oggetti hanno una certa massa, una certa lunghezza e una certa quantità di atomi. Le unità sono i valori di riferimento che utilizziamo per misurare le proprietà degli oggetti.
Immagina di misurare il peso di due rocce. Tenendole in mano si può dire che una è più pesante dell'altra. Tuttavia, per determinare il loro peso preciso, è necessario confrontarle con un valore standard (unità), in questo caso il chilogrammo.
Grandezze fisiche - Punti chiave
Le quantità fisiche e le unità di misura sono diverse. Le quantità fisiche sono le proprietà fisiche di un oggetto, mentre le unità di misura sono un riferimento che utilizziamo per misurare le proprietà dell'oggetto
Esistono due tipi di grandezze fisiche: le grandezze fondamentali e le grandezze derivate. Quelle derivate sono composte dalle grandezze fondamentali.
Le sette grandezze fisiche fondamentali sono: massa, tempo, temperatura, mole, lunghezza, luminosità e intensità di corrente.
Alcune grandezze fisiche derivate sono la velocità, la densità, la pressione e la quantità di moto.
Le grandezze fisiche estensive dipendono dalle dimensioni dell'oggetto.
Le grandezze fisiche intensive non dipendono dalle dimensioni dell'oggetto.
Le quantità fisiche sono direttamente collegate alle unità di misura della fisica.
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