Fisica

Lo scopo della fisica è lo studio dei fenomeni naturali (non comprendendo peraltro i fenomeni chimici, biologici, geologici ecc. che sono oggetto di altre scienze), cioè degli eventi che possono essere descritti e quantificati attraverso opportune grandezze fisiche; lo scopo della fisica è stabilire principi e leggi che regolino le interazioni tra le grandezze coinvolte, fornendo uno schema semplificato (modello) del fenomeno descritto.

La fisica utilizza il metodo sperimentale (o scientifico) per arrivare a una conoscenza oggettiva, affidabile, verificabile e condivisibile della realtà. A partire da ipotesi e da teorie da indagare, il metodo raccoglie dati empirici che vengono poi gestiti da una rigorosa analisi matematica.

La fisica è per eccellenza una “scienza dura” dove la rigorosità del metodo non è mai messa in discussione e non lascia spazio a valutazioni non oggettive (come accade nelle scienze umanistiche che, per contro, vengono definite “scienze molli“).

I procedimenti utilizzati nel metodo scientifico sono quello induttivo (partendo da singoli casi particolari cerca di stabilire una legge universale, dal particolare all’universale) e quello deduttivo (dall’universale al particolare; partendo da postulati, ipotesi teorie iniziali, attraverso una serie di “deduzioni”, procede verso la spiegazione di casi particolari della realtà quotidiana).

Originariamente e fino al XVIII sec., la fisica era una branca della filosofia (filosofia naturale). Solo in seguito alla codifica del metodo scientifico di Galileo Galilei, negli ultimi trecento anni si è grandemente sviluppata, raggiungendo una piena autonomia.

Suddivideremo lo studio della fisica nelle seguenti branche: meccanica (cinematica, dinamica, statica, meccanica dei fluidi), termodinamica, studio delle onde, acustica, ottica, elettricità ed elettromagnetismo e fisica moderna.

Prerequisito essenziale per lo studio della fisica è lo studio di gran parte delle sezioni della matematica.

Le grandezze fisiche

In fisica le variabili che si incontrano (temperatura, pressione, velocità ecc.) sono di due tipi. Le grandezze scalari sono definite da un valore numerico (relativo a un’unità di misura), mentre quelle vettoriali sono definite da un numero (intensità o modulo), una direzione e un verso. Per esempio, indicando la velocità di un’auto siamo soliti parlare di 80 km/h, ma se indichiamo anche direzione (lungo l’autostrada Milano-Genova) e verso (verso Milano) risultiamo essere completamente esaustivi. Le grandezze vettoriali sono indicate con vettori, segmenti orientati con un’origine, il punto da cui origina il segmento orientato.

Cinematica

La cinematica è la branca della meccanica che si occupa dello studio del moto dei corpi, senza tener conto delle cause che lo producono. Gli elementi fondamentali, studiati dalla cinematica con l’analisi matematica, sono la velocità, lo spostamento, il tempo, l’accelerazione.

Dinamica

La dinamica è la branca della meccanica che si occupa del moto dei corpi in relazione alle cause che lo provocano. Le prime nozioni di dinamica vennero elaborate da Galileo Galilei, anche se il contributo più significativo si ebbe da I. Newton. Per studiare le cause, la dinamica introduce il concetto di forza applicato al punto e, più in generale, delle azioni che il punto subisce durante il suo moto.

In fisica la forza è la causa che tende ad alterare lo stato di quiete o di moto di un corpo o a produrre una deformazione dei vincoli che impediscono il movimento del corpo. Si tratta di una grandezza vettoriale, la cui unità di misura nel Sistema Internazionale è il newton (N). Fu infatti I. Newton a definire, in dinamica, la causa del moto, enunciando le tre leggi fondamentali e introducendo il concetto di azione a distanza.

In epoca moderna, al concetto di azione a distanza è stato opposto quello delle teorie di campo: secondo queste teorie, le forze esercitate su un corpo sono l’azione sul corpo di un campo di forze che pervade tutto lo spazio, generato da tutte le sorgenti di quella forza. In natura esistono quattro tipi di forze considerate fondamentali e generatrici di tutte le altre: si tratta delle forze gravitazionale (comune a tutta la materia, tutti i corpi si attraggono), elettromagnetica (prodotta dalle cariche elettriche), nucleare debole (responsabile della radioattività) e nucleare forte (nel nucleo tiene insieme protoni e neutroni).

Quando un corpo è sottoposto a una o più forze, può variare la sua velocità, ma, se le forze si annullano a vicenda, potrebbe anche rimanere fermo. Poiché la forza è un vettore, l’azione di più forze si calcola con la regola della somma di vettori e la forza che si ottiene è detta risultante.

Statica

La statica è la branca della meccanica classica che si occupa dell’analisi della forza e della coppia (detta anche momento) che agiscono su sistemi fisici che non subiscono un’accelerazione (a=0), ma sono in equilibrio statico con il loro ambiente.

I fluidi

Termodinamica

Le onde

Acustica

Ottica

L’ottica è la branca della fisica che studia i fenomeni luminosi e gli strumenti relativi. Storicamente è suddivisa in ottica geometrica e ottica fisica. La prima studia i fenomeni ottici sulla base di un modello astratto secondo il quale la luce si propaga con raggi rettilinei e indipendenti e che è in grado di spiegare i fenomeni più semplici, come la riflessione e la rifrazione, le cui leggi illustrano il comportamento di un raggio luminoso che colpisce la superficie di separazione tra due mezzi contigui. Secondo l’ottica geometrica, parte del raggio viene riflessa con un angolo uguale a quello di incidenza, mentre la quantità rimanente viene rifratta, continuando il proprio cammino all’interno del secondo mezzo, dove può essere assorbita o propagata verso un’eventuale successiva superficie di separazione.

L’ottica fisica si basa invece sulla teoria ondulatoria e sulla teoria delle onde elettromagnetiche, per spiegare i fenomeni di diffrazione, interferenza e polarizzazione, che sono alla base di alcune recenti applicazioni tecnologiche, come il laser e le tecniche olografiche.

Elettricità ed elettromagnetismo

L’elettrologia è la parte della fisica che studia l’elettricità e i fenomeni a essa relativi, iniziando dall’elettrostatica che studia i fenomeni dell’elettricità in quiete. L’elettromagnetismo è la parte della fisica che studia in generale le relazioni tra elettricità e magnetismo e, in particolare, i fenomeni d’induzione elettromagnetica, gli effetti magnetici determinati da una corrente elettrica e gli effetti determinati da un campo magnetico su una corrente elettrica. Attualmente si preferisce usare il termine elettrodinamica, in quanto ciò che un tempo veniva definito proprietà magnetica della materia sono in realtà campi generati dalle forze di interazione tra le cariche elettriche in movimento.

Fisica moderna

 

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