Física

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Nota de desambiguació.svg Desambiguació : si cerqueu l' obra d' Aristòtil , vegeu Física (Aristòtil) .
Els fenòmens naturals són objecte d’estudi de la física.
En sentit horari des de la part superior esquerra:
1) La dispersió òptica de la llum a través de les gotes d’aigua produeix un arc de Sant Martí, fenomen estudiat per l’ òptica ;
2) Una aplicació: el làser ;
3) Globus aerostàtics que utilitzen la força d’ Arquimedes per volar;
4) Un filat , un sistema que es pot estudiar en mecànica clàssica ;
5) L'efecte d'una col·lisió inelàstica ;
6) Orbitals de l' àtom d' hidrogen, explicables amb la mecànica quàntica ;
7) L'explosió d'una bomba atòmica ;
8) Un llamp , un fenomen elèctric ;
9) Galàxies fotografiades amb el telescopi espacial Hubble .

Física (terme que deriva del llatí physica , "naturalesa" que al seu torn deriva del grec τὰ (tà) φυσικά ( physiká ), "(les) coses naturals", nascut de φύσις ( phýsis ), ambdues derivades del comú Indo- Origen europeu) és la ciència de la natura en el sentit més ampli.

Neix amb l'objectiu d'estudiar els fenòmens naturals, és a dir, tots els esdeveniments que es poden descriure, quantificar o mesurar , mitjançant magnituds físiques adequades, per establir principis i lleis que regulin les interaccions entre les pròpies quantitats i les seves variacions, mitjançant mètodes matemàtics. abstraccions, aquest objectiu s’aconsegueix mitjançant l’aplicació rigorosa del mètode científic , l’objectiu final del qual és proporcionar un esquema o model simplificat del fenomen descrit [1] : el conjunt de principis i lleis físiques relacionades amb una classe determinada. dels fenòmens observats defineixen una teoria física deductiva , coherent i relativament autoconsistent, típicament construïda a partir de la inducció experimental.

Història

Icona de la lupa mgx2.svg El mateix tema en detall: Història de la física .

La història de la física abasta certament un llarg període de temps, però no hi ha acord sobre la data de naixement de la física. Alguns estudiosos han argumentat que el seu inici documentat hauria tingut lloc a la civilització de la vall de l'Indus. Altres historiadors de la ciència identifiquen el filòsof Thales entre els primers a rebutjar les explicacions no naturalistes i no racionals de la natura (mites i cosmogonies amb antecedents religiosos) i, per tant, identificar el camp d’estudi de les ciències naturals. També va ser un dels primers a fer la pregunta, que encara avui preval als físics, sobre quina és la substància fonamental o el principi material subjacent a l'univers.

Empèdocles va introduir els conceptes de forces atractives i repulsives que regulen els canvis i les interaccions entre els elements materials substancials del cosmos. Els filòsofs Leucip i Demòcrit van afirmar el concepte d'atomisme, que seria assumit per la física moderna. Parmènides , ara considerat un filòsof, va escriure el poema Sobre la natura ( Περὶ φύσεως , Perì phýseōs ) que pretenia oferir una imatge racional del que és realment el món físic i quina és la seva estructura essencial. El filòsof de la ciència Popper va identificar una afinitat entre el pensament d'aquest i la teorització d'Einstein d'un univers geomètric i continu complet, [ sense font ] , tant que Popper va canviar el nom d'Einstein a "Parmènides". [2]

Tanmateix, la física pròpiament dita va néixer amb la Revolució Científica al segle XVII per Niccolò Copernico , Keplero , Tycho Brahe , Galileo Galilei i el seu mètode científic , Leibniz i Newton, que van contribuir a la mecànica celestial i als principis de la mecànica clàssica , proporcionant també eines matemàtiques adaptades. al propòsit, com ara els fonaments del càlcul . Per tant, la física representa la primera disciplina científica de la història de la ciència de la qual va néixer la química al segle XVIII , la biologia i les ciències de la terra al segle XIX , etc. Als segles XVIII i XIX teories com la termodinàmica i l’ electromagnetisme . Sempre a nivell històric, la física se sol dividir en física clàssica que inclou mecànica clàssica , termodinàmica i electromagnetisme fins a finals del segle XIX i física moderna de principis del segle XX a partir de la teoria de la relativitat , la mecànica quàntica i tot. les altres teories físiques de la segona meitat del segle XX.

Descripció

També coneguda com la reina de les ciències [3] , originàriament una branca de la filosofia , la física es va anomenar filosofia natural almenys fins al segle XVIII [4] . Només després de la codificació del mètode científic de Galileo Galilei , en els darrers tres-cents anys ha evolucionat i desenvolupat tant i ha obtingut resultats de tanta importància que va obtenir plena autonomia i autoritat. S'ha distingit de la filosofia per raons òbvies del mètode d'investigació.

La investigació física es duu a terme estrictament seguint el mètode científic , també conegut com a mètode experimental : l’observació del fenomen va seguida de la formulació d’ hipòtesis interpretatives, la validesa de les quals es prova mitjançant experiments . Les hipòtesis consisteixen en l’explicació del fenomen mitjançant l’assumpció de principis fonamentals, de manera similar al que es fa en matemàtiques amb axiomes i postulats . L’observació produeix lleis empíriques com a conseqüència directa. Si l’experimentació confirma una hipòtesi, la relació que la descriu s’anomena llei física . El cicle cognitiu continua amb la millora de la descripció del fenomen conegut mitjançant noves hipòtesis i nous experiments.

Un conjunt de lleis es poden unificar en una teoria basada en principis que permeten explicar el màxim nombre de fenòmens possibles: aquest procés també ens permet predir nous fenòmens que es poden descobrir experimentalment. Les lleis i les teories físiques, com totes les lleis científiques, que es construeixen a partir de processos cognitius experimentals inductius , són en principi sempre provisionals, en el sentit que es consideren certes fins que d'alguna manera són refutades , és a dir, fins que es produeix un fenomen que no es produeix. predir o si les seves prediccions sobre fenòmens resulten incorrectes. Finalment, cada teoria es pot substituir per una nova teoria que permeti predir els nous fenòmens observats amb més precisió i possiblement en un context de validesa més ampli.

La pedra angular de la física són els conceptes de quantitat física i mesura : les magnituds físiques són les que es poden mesurar segons criteris acordats (s’estableix un mètode de mesura i una unitat de mesura per a cada quantitat). Les mesures són el resultat dels experiments. Per tant, les lleis físiques s’expressen generalment com a relacions matemàtiques entre quantitats, verificades mitjançant mesures [5] . Per tant, els físics estudien generalment el comportament i les interaccions de la matèria a través de l’ espai i el temps . A causa d’aquestes característiques, és a dir, el rigor precís de l’estudi dels fenòmens analitzats, es considera per unanimitat la ciència dura per excel·lència entre totes les ciències experimentals o ciències exactes gràcies al seu enfocament orientat no només a una comprensió qualitativa sinó també quantitativa. redacció de les esmentades lleis universals de caràcter matemàtic capaces de proporcionar una predicció sobre l'estat futur d'un fenomen o d'un sistema físic.

Mètode científic

Icona de la lupa mgx2.svg El mateix tema en detall: mètode científic .
Esquema del mètode científic
El pla inclinat de Galilei
Bertrand Russell , va criticar el mètode d’inducció

El mètode científic és la forma en què la ciència procedeix a assolir un coneixement objectiu , fiable , verificable i compartible de la realitat. Es diferencia del mètode aristotèlic, present abans del 1600, a causa de la presència d’experimentacions. Consisteix, d’una banda, en la recopilació d’evidències empíriques i mesurables mitjançant l’observació i l’experimentació; d’altra banda, en la formulació d’hipòtesis i teories a sotmetre novament a l’examen de l’experiment.

Va ser aplicat i codificat per Galileu Galilei a la primera meitat del segle XVII: anteriorment la investigació de la natura consistia en l’adopció de teories que explicaven fenòmens naturals sense una verificació experimental de les pròpies teories considerades certes sobre la base del principi d’autoritat. . El mètode experimental modern requereix, però, que les teories físiques s’han de basar en l’observació de fenòmens naturals, s’han de formular com a relacions matemàtiques i s’han de provar mitjançant experiments:

«[...] sempre es basa en conclusions naturals, atent als moviments celestes, tractat amb demostracions astronòmiques i geomètriques, fonamentat primer en experiències sensibles i observacions molt precises. [...]. Tenint en compte, doncs, això, em sembla que en les disputes sobre problemes naturals no s’ha de començar amb les autoritats dels llocs de les Escriptures, sinó amb experiències assenyades i les demostracions necessàries "

( Galileu Galilei , Carta a la senyora Cristina de Lorena, gran duquessa de Toscana )

El camí seguit per arribar a la redacció d’una llei científica (i en particular d’una llei física) a partir de l’observació d’un fenomen es divideix en els següents passos, repetits cíclicament: [6]

  1. Observació d’un fenomen físic . Un fenomen físic és qualsevol esdeveniment en què intervenen quantitats físiques , és a dir, les propietats d’un cos mesurables [7] .
  2. Elaboració d’una hipòtesi explicativa i formulació d’una previsió a verificar que segueix la hipòtesi elaborada . La hipòtesi es formula generalment simplificant la situació real per tal d’identificar les relacions entre les quantitats que són fàcils de verificar, normalment indicades per l’expressió condicions ideals (un exemple, en el cas de l’ experiment en pla inclinat, és la suposició que la fricció de la força és insignificant).
  3. Realització d’un experiment . L'experiment consisteix en la repetició en condicions controlades d'observacions d'un fenomen físic i en l'execució de mesures de les quantitats implicades en el propi fenomen.
  4. Anàlisi i interpretació dels resultats (confirmació o denegació de la hipòtesi inicial).

Tenint en compte que les condicions en què es desenvolupa l’experiment mai són ideals, contràriament al que se suposa per les hipòtesis, sovint és necessari realitzar un gran nombre de mesures i analitzar els resultats amb mètodes estadístics . Si es confirma la hipòtesi, la relació que descriu es converteix en una llei física, que es pot desenvolupar a través de:

  • Elaboració d’un model matemàtic
  • Unificació de lleis similars en una teoria de validesa general
  • Previsió de nous fenòmens naturals

Cada observació d'un fenomen constitueix un cas en si mateix, un cas particular del fenomen observat. Repetir les observacions significa multiplicar les instàncies i recollir altres fets, és a dir, altres "mesures" [8] . Les diferents instàncies certament seran diferents entre si en detall (per exemple, a causa d’errors experimentals), fins i tot si en les seves línies generals indiquen que el fenomen, igual que totes les altres coses [9] , sempre tendeix a repetir-se en el mateix manera. Per obtenir un resultat de caràcter general, cal podar les diverses instàncies de les seves particularitats i mantenir només allò rellevant i comú de cadascuna d’elles, fins arribar a l’anomenat model físic . Si es nega la hipòtesi, es rebutja i és necessari formular una nova hipòtesi i resseguir el camí anterior.

El cicle cognitiu propi del mètode científic és de tipus inductiu : un procediment que, a partir de casos particulars individuals, intenta establir una llei universal. A la primera meitat del segle XX, el filòsof i lògic anglès Bertrand Russell i el filòsof austríac Karl Popper van plantejar objeccions al mètode d’inducció. La inducció no té cap consistència lògica perquè no es pot formular una llei universal sobre la base de casos individuals; per exemple, l'observació d'un o més cignes de color blanc no ens autoritza a dir que tots els cignes són blancs; hi ha cignes negres. Popper va observar que en ciència no n’hi ha prou amb “observar”: també s’ha de saber què s’ha d’observar. L’observació mai no és neutral, però sempre està impregnada d’aquesta teoria que, de fet, voldríem provar. Segons Popper, la teoria sempre precedeix l'observació: fins i tot en qualsevol suposat enfocament "empíric", la ment humana inconscientment tendeix a superposar els seus propis esquemes mentals, amb les seves pròpies categoritzacions, a la realitat observada. Per tant, el mètode experimental no garanteix que es pugui verificar definitivament una llei física, sinó que només es pot limitar a proporcionar proves de la falsedat d’una hipòtesi.

“Cap quantitat d’experiments demostrarà que tinc raó; un únic experiment pot demostrar que m’havia equivocat ".

( Albert Einstein , carta a Max Born del 4 de desembre de 1926 )

Mesura

Icona de la lupa mgx2.svg El mateix tema en detall: Metrologia .

La mesura és el procés que permet conèixer la qualitat d’un objecte determinat (per exemple, la longitud o la massa) des d’un punt de vista quantitatiu, mitjançant una unitat de mesura , que és una quantitat estàndard que, presa N vegades, associa un valor exclusiu de la qualitat a mesurar. La branca de la física que s’ocupa de la mesura de magnituds físiques s’anomena metrologia . El seu propòsit és definir algunes magnituds físiques independents, anomenades fonamentals , de les quals és possible derivar totes les altres (que s’anomenen derivades ), definir els mètodes de mesura correctes i construir les mostres de les unitats de mesura adoptades, de manera que tenen un valor estàndard al qual fer referència en qualsevol moment.

El sistema d'unitats universalment acceptat pels físics és el Sistema Internacional (SI): es basa en set quantitats fonamentals, de les quals deriven totes les altres, a saber: [10]

Aquest sistema de mesura deriva directament del sistema MKS , que només té el mesurador, el segon i el quilogram com a magnituds fonamentals i s’ha substituït pel sistema actual ja que no es tenen en compte fenòmens termodinàmics, electromagnètics i fotomètrics.

Altres sistemes utilitzats en el passat han estat el sistema CGS , en què les unitats bàsiques són el centímetre , el gram i el segon, i el sistema imperial britànic (o anglosaxó). A més, el sistema costumista nord - americà , derivat del sistema imperial britànic, s’utilitza actualment als EUA .

Errors experimentals

Representació de l'aparició d'errors sistemàtics i errors aleatoris (aleatoris).

En qualsevol procediment per mesurar una magnitud física , la mesura s’acompanya inevitablement d’una incertesa o error sobre el valor mesurat. Una característica fonamental dels errors que influeixen en les mesures de magnituds físiques és que no es pot eliminar , és a dir, que una mesura es pot repetir moltes vegades o realitzar-se amb millors procediments o eines, però en tot cas l’error sempre estarà present. La incertesa forma part de la naturalesa mateixa dels processos de mesura. De fet, en un experiment mai no és possible eliminar un gran nombre de fenòmens físics que poden causar pertorbacions a la mesura, canviant les condicions en què té lloc l'experiment. Per tant, una mesura només pot proporcionar una estimació del valor real d’una quantitat implicada en un fenomen físic. Les incerteses que influeixen en una mesura se solen dividir segons les seves característiques en:

  • incerteses aleatòries . Quan la seva influència en la mesura és completament imprevisible i independent de les condicions en què es realitza la mesura [11] . Aquestes incerteses influeixen en la mesura de manera aleatòria, és a dir, de vegades condueixen a una sobreestimació del valor de la quantitat mesurada, altres a una subestima. Les mesures afectades només per errors aleatoris es poden tractar amb mètodes estadístics, ja que es distribueixen al voltant del valor real segons la distribució gaussiana (o distribució normal).
  • incerteses sistemàtiques . Les incerteses sistemàtiques sempre influeixen en una mesura en el mateix sentit, és a dir, sempre condueixen a una sobreestimació o infravaloració del valor real. Les fonts habituals d’errors sistemàtics poden ser: errors en el calibratge d’un instrument o errors en el procediment de mesura [12] . Contràriament als errors aleatoris, les incerteses sistemàtiques es poden eliminar fins i tot si la seva identificació és difícil, de fet és possible observar l’efecte de les incerteses sistemàtiques només coneixent a priori el valor real de la quantitat a mesurar o comparant els resultats de les mesures realitzat amb diferents eines i procediments.

La imatge del costat mostra l’efecte de les incerteses sobre una mesura per analogia amb el joc de dards: el valor real de la quantitat és el centre de l’objectiu, cada tret (punts blaus) representa una mesura. En fer una mesura, per tant, s’ha de procedir a estimar la incertesa que s’hi associa o, en altres paraules, a estimar l’error de la mesura. Per tant, cada mesura s’ha de presentar acompanyada de la seva pròpia incertesa indicada pel signe de ± i la unitat de mesura relativa: En quin és el símbol relatiu a la quantitat mesurada, és l' estimació del valor de la mesura, és incertesa e és la unitat de mesura [13] .

Quan es repeteix una mesura moltes vegades, és possible avaluar les incerteses aleatòries calculant la desviació estàndard de les mesures (normalment s'indica amb la lletra grega, ), l'estimació del valor real s'obté calculant la mitjana aritmètica dels valors de mesura [14] . Si les mesures es repeteixen unes quantes vegades, la resolució de l’instrument s’utilitza com a incertesa. La incertesa ha de proporcionar un ventall de valors en què, segons la mesura realitzada per l'experimentador, el valor real de la mesura cau segons un cert nivell de confiança [15] [16] . La incertesa absoluta es pot utilitzar per quantificar la precisió de la mesura, el valor de la incertesa amb la unitat relativa de mesura s’anomena incertesa absoluta , la incertesa relativa es calcula com la relació entre la incertesa absoluta i el valor real de la mida, generalment estimat a partir del valor mitjà de les mesures realitzades. La incertesa relativa és un nombre sense dimensions (és a dir, sense una unitat de mesura). La incertesa relativa també es pot expressar en percentatge. [17] [18]

Les incerteses es propaguen quan s’utilitzen les dades afectades per incerteses per realitzar càlculs posteriors (com ara el càlcul de l’àrea d’una taula a partir de la longitud dels seus costats), segons unes regles precises anomenades propagació d’incerteses . Finalment, cal assenyalar que en física clàssica els errors sempre es poden reduir a la sensibilitat típica de l’instrument de mesura, per molt ideal o teòricament millorats sempre, mentre que en mecànica quàntica això no és possible a causa del principi d’incertesa de Heisenberg .

Espai i Temps

Icona de la lupa mgx2.svg El mateix tema en detall: l’ espai (física) i el temps (física) .

El temps i l’ espai són quantitats fonamentals de la física, juntament amb la massa , la temperatura , la quantitat de substància , la intensitat del corrent i la intensitat de la llum : totes les quantitats de la física es poden remuntar a aquesta última. La unitat de temps és la segona , que es defineix com la durada de 9 192 631 770 períodes de radiació corresponents a la transició entre dos nivells hiperfins, des de (F = 4, MF = 0) fins a (F = 3, MF = 0), de l'estat fonamental de l'àtom de cesi -133, mentre que el mesurador és la unitat fonamental de l'espai i es defineix com la distància recorreguda per la llum al buit en un interval de temps igual a 1/299 792 458 de segon.

Abans del segle XX, els conceptes d’espai i temps es consideraven absoluts i independents: es pensava que el pas del temps i les extensions espacials dels cossos eren independents de l’estat de moviment de l’observador que els mesurava, o millor dit de l’ escollit. sistema de referència . Després de l'aparició de la teoria de la relativitat dels físics d' Einstein van haver de canviar d'opinió: les longituds i els intervals de temps mesurats per dos observadors que es movien l'un respecte de l'altre, poden estar més o menys dilatats o contraïts, mentre hi ha una "entitat, el Minkowski l'interval , que és invariant i si es mesura pels dos observadors dóna el mateix resultat; aquesta entitat està formada per 3 coordenades espacials més una quarta, la temporal, que fan que aquest objecte pertanyi a un espai de 4 dimensions. En fer-ho, l’espai i el temps ja no són dues quantitats fixes i independents, sinó que es correlacionen entre si i formen una única i nova base sobre la qual operar, l’ espai-temps .

Amb la relativitat general , doncs, l’espai-temps es deforma per la presència d’objectes dotats de massa o energia (més generalment, amb energia d’impuls, vegeu tensor d’energia d’impuls ).

Missa

Icona de la lupa mgx2.svg El mateix tema en detall: massa (física) .

La massa és una quantitat física fonamental. Té el quilogram com a unitat de mesura en el sistema internacional i es defineix en la mecànica newtoniana com la mesura de la inèrcia que ofereixen els cossos quan canvia el seu estat de moviment . En la teoria de la gravitació universal de Newton també juga el paper de càrrega de la força gravitatòria . Aquesta doble definició de la massa s’uneix a la teoria de la relativitat d’ Einstein , a través del principi d’equivalència , i també es vincula a l’ energia d’un cos mitjançant la fórmula E = mc . La massa sempre es manté constant a diferència del pes. Exemple: a la lluna la massa es manté constant, mentre que el pes es converteix en una sisena part.

Força i camp

Icona de la lupa mgx2.svg El mateix tema en detall: Força (física) i Camp (física) .

En física, la força es defineix com la velocitat de canvi d’ impuls respecte al temps. Si la massa del cos és constant, la força que s’exerceix sobre un cos és igual al producte de la mateixa massa i a l’ acceleració del cos.

En fórmules:

La força expressa quantitativament la interacció de dos cossos. La interacció entre cossos pot tenir lloc a través d’una anomenada “zona de contacte” (sovint comparable a un punt) o es pot manifestar a distància, a través del que s’anomena camp de força . El concepte de camp de força es pot aclarir si pensem en la naturalesa vectorial de la força: la força és de fet descrita des del punt de vista matemàtic per un vector , per al qual un camp de força es descriu en matemàtiques com a camp vectorial , és a dir, el camp de forces indica punt per punt la direcció, la direcció i el mòdul (o intensitat) de la força que s’exerceix entre dos cossos. El camp de força es pot visualitzar mitjançant les seves línies de camp o línies de flux .

Alguns exemples de camps de força són: el camp gravitatori , el camp magnètic i el camp elèctric .

Plantilla

Icona de la lupa mgx2.svg El mateix tema en detall: Model (ciència) i Model físic .

El model físic és una versió aproximada del sistema realment observat. El seu ús indiscriminat presenta alguns riscos, però té l’avantatge d’una major generalitat i, per tant, d’aplicabilitat a tots els sistemes similars al sistema objecte d’estudi. La construcció del model físic és la fase menys formalitzada del procés cognitiu, que condueix a la formulació de lleis i teories quantitatives. El model físic té la funció fonamental de reduir el sistema real i la seva evolució a un nivell abstracte però que es pot traduir en forma matemàtica, mitjançant definicions de les magnituds implicades i relacions matemàtiques que els uneixen. Aquesta traducció també es pot completar mitjançant l’ús d’un ordinador, amb els anomenats programes de simulació , amb els quals s’estudien els fenòmens més dispars.

Il modello matematico , che ovviamente si colloca ad un livello di astrazione ancora superiore a quello del modello fisico, ovvero 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:

  1. nella costruzione del modello fisico
  2. nelle relazioni utilizzate per costruire il modello matematico
  3. nella soluzione del modello matematico.

La soluzione del modello matematico va quindi interpretata tenendo conto delle varie approssimazioni che sono state introdotte nello studio del fenomeno reale, 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 confermato solo dall'esperienza, creando una sorta di schema in retroazione , che è il ciclo conoscitivo .

Principali fenomeni fisici e teorie fisiche

La fisica si compone di più branche che sono specializzate nello studio di diversi fenomeni oppure che sono caratterizzate dall'utilizzo estensivo delle stesse leggi di base. In base alla prima classificazione si possono distinguere quattro classi principali di fenomeni fisici:

Ciascuna classe di fenomeni osservabili in natura è interpretabile in base a dei principi e delle leggi fisiche che insieme definiscono una teoria fisica deduttiva , coerente e relativamente autoconsistente. Benché ogni teoria fisica sia intrinsecamente falsificabile per la natura tipicamente induttiva del metodo di indagine scientifico, allo stato attuale esistono teorie fisiche più consolidate di altre seguendo il percorso storico di evoluzione della fisica stessa.

In base alla seconda classificazione si può invece distinguere tra fisica classica e fisica moderna , [19] poiché quest'ultima fa uso continuamente delle teorie relativistiche , della meccanica quantistica e delle teorie di campo , che non sono invece parte delle teorie cosiddette classiche.

Fisica classica

Magnifying glass icon mgx2.svg Lo stesso argomento in dettaglio: Fisica classica .
Illustrazioni di meccanica in un'enciclopedia del 1728.

La fisica classica studia tutti i fenomeni che possono essere spiegati senza ricorrere alla relatività generale e alla meccanica quantistica . Le teorie principali che la compongono sono la meccanica classica (in cui si ricomprende l' acustica ), la termodinamica , l' elettromagnetismo (in cui si ricomprende l' ottica ) e la teoria newtoniana della gravità . Sostanzialmente tutte le teorie che sono state prodotte prima dell'inizio del XX secolo fanno parte della fisica classica. Le leggi della fisica classica, nonostante non siano in grado di spiegare alcuni fenomeni, come la precessione del perielio di Mercurio , o l' effetto fotoelettrico , sono in grado di spiegare gran parte dei fenomeni che si possono osservare sulla Terra. Le teorie, invece, falliscono quando è necessario spingersi oltre i limiti di validità delle stesse, ovvero nelle scale atomiche e subatomiche, o in quello dei corpi molto veloci, per cui è necessario fare ricorso alle leggi della fisica moderna.

La fisica classica utilizza un numero relativamente ridotto di leggi fondamentali che a loro volta si basano su una serie di principi assunti alla base della teoria. Fra questi quelli più importanti sono i concetti di spazio assoluto e tempo assoluto che sono poi alla base della relatività galileiana . Molto importanti sono anche i principi di conservazione .

Fisica moderna

Magnifying glass icon mgx2.svg Lo stesso argomento in dettaglio: Fisica moderna .

Se la fisica classica aveva di per sé esaurito brillantemente quasi del tutto lo studio dei fenomeni fisici macroscopici (in realtà, con la nascita della teoria del caos , si è scoperto che così non era), con il successivo passo, ovvero con la fisica moderna, lo studio fisico si incentra su tutti quei fenomeni che avvengono a scala atomica e subatomica o con velocità prossime a quelle della luce; le teorie principali che costituiscono questa nuova fisica sono la meccanica quantistica e la relatività generale . Più precisamente fanno parte di questa categoria tutte le teorie che sono state prodotte a partire dal XX secolo per cercare di spiegare alcuni fenomeni che le teorie classiche non riuscivano a dimostrare.

Queste nuove teorie rappresentarono una "spaccatura" netta nel disegno teorico tracciato dalla fisica classica precedente in quanto ne hanno completamente rivisto idee e concetti di fondo in cui l'uomo aveva sempre creduto fin dai tempi più antichi:

Ambiti di validità delle teorie principali della fisica.

Fisica sperimentale e fisica teorica

Magnifying glass icon mgx2.svg Lo stesso argomento in dettaglio: Fisica sperimentale e Fisica teorica .
Rappresentazione visiva di un Wormhole di Schwarzschild

Un'altra classificazione vuole la distinzione tra fisica sperimentale e fisica teorica in base alla suddivisione del processo di indagine scientifica rispettivamente nella fase dell'osservazione dei dati dell' esperimento e della loro successiva interpretazione ed elaborazione all'interno di teorie fisico-matematiche: stretto è dunque il loro legame di collaborazione. Entrambe queste distinzioni possono essere fatte all'interno sia della fisica classica che della fisica moderna. A metà strada fra le due si colloca la fisica computazionale , che permette di simulare gli esperimenti per mezzo del computer.

Fisica applicata

Magnifying glass icon mgx2.svg Lo stesso argomento in dettaglio: Fisica applicata .

Fisica applicata è un termine generico che indica la parte della fisica che si interessa di particolari utilizzi tecnologici. "Applicata" si distingue da "pura" attraverso una sottile combinazione di fattori quali le motivazioni e le modalità della ricerca e le relazioni tra tecnologia e scienza influenzate dal lavoro.

Branche della fisica

Fisica matematica

Magnifying glass icon mgx2.svg Lo stesso argomento in dettaglio: Fisica matematica .

La fisica matematica è quella disciplina scientifica che si occupa delle applicazioni della matematica ai problemi della fisica e dello sviluppo di metodi matematici adatti alla formulazione di teorie fisiche e alle relative applicazioni. È una branca della fisica tipicamente teorica. In tempi recenti l'attività dei fisici-matematici si è concentrata principalmente sulle seguenti aree:

L'evoluzione della fisica in questo senso va verso la cosiddetta teoria del tutto ovvero una teoria omnicomprensiva che spieghi la totalità dei fenomeni fisici osservati in termini delle interazioni fondamentali a loro volta unificate.

Fisica atomica

Magnifying glass icon mgx2.svg Lo stesso argomento in dettaglio: Fisica atomica .
Modello di un atomo

La fisica atomica è invece la branca della fisica che studia l'atomo nella sua interezza ovvero comprendendo nucleo ed elettroni. Si tratta di un campo della fisica studiato all'inizio del XX secolo con la fornitura dei vari modelli atomici fino al modello attuale ritenuto più verosimile ovvero con nucleo interno ed elettroni esterni di tipo orbitale . Si tratta di un campo assestato già nella prima metà del XX secolo.

Fisica della materia condensata

Magnifying glass icon mgx2.svg Lo stesso argomento in dettaglio: Fisica della materia condensata .

La più ampia branca della fisica della materia condensata (comunemente detta fisica della materia ) è la fisica dello stato solido e riguarda lo studio delle proprietà dei solidi , sia elettroniche , che meccaniche , ottiche e magnetiche .

Il grosso della ricerca teorica e sperimentale della fisica dello stato solido è focalizzato sui cristalli , sia a causa della loro caratteristica struttura atomica periodica, che ne facilita la modellizzazione matematica , che per il loro ampio utilizzo tecnologico. Con il termine stato solido in elettronica ci si riferisce in generale a tutti i dispositivi a semiconduttore . A differenza dei dispositivi elettromeccanici, quali ad esempio i relè , i dispositivi a stato solido non hanno parti meccaniche in movimento. Il termine è utilizzato anche per differenziare i dispositivi a semiconduttore dai primi dispositivi elettronici: le valvole ei diodi termoionici .

Il punto di partenza di gran parte della teoria nell'ambito della fisica dello stato solido è la formulazione di Schrödinger della meccanica quantistica non relativistica. La teoria si colloca generalmente all'interno dell' approssimazione di Born - Oppenheimer e dalla struttura periodica del reticolo cristallino si ricavano le condizioni periodiche di Born-von Karman e il Teorema di Bloch , che caratterizza la funzione d'onda nel cristallo. Le deviazioni dalla periodicità sono trattate ampiamente tramite approcci perturbativi o con altri metodi più innovativi, quali la rinormalizzazione degli stati elettronici. Appartiene alla fisica dello stato solido anche la fisica delle basse temperature la quale studia gli stati della materia a temperature prossime allo zero assoluto ei fenomeni ad essi connessi (ad es. condensato di Bose-Einstein , superconduttività ecc..).

Fisica nucleare e delle particelle

Magnifying glass icon mgx2.svg Lo stesso argomento in dettaglio: Fisica nucleare e Fisica delle particelle .

La fisica nucleare è la branca della fisica che studia il nucleo atomico nei suoi costituenti protoni e neutroni e le loro interazioni. Si distingue dalla fisica atomica che invece studia l' atomo , sistema composto dal nucleo atomico e dagli elettroni . Si distingue a sua volta dalla fisica delle particelle o fisica subnucleare che invece ha come oggetto lo studio delle particelle più piccole del nucleo atomico. La fisica delle particelle o subnucleare è stata per molto tempo considerata una branca della fisica nucleare. Il termine fisica subnucleare sta cadendo in disuso poiché si riferiva allo studio di particelle interne al nucleo, mentre oggi la maggior parte delle particelle note non sono costituenti nucleari.

L' energia nucleare è la più comune applicazione della fisica nucleare , ma il campo di ricerca è anche alla base di molte altre importanti applicazioni, come in medicina ( medicina nucleare , risonanza magnetica nucleare ), in scienza dei materiali ( implantazioni ioniche ) o archeologia ( radiodatazione al carbonio ).

La fisica delle particelle è la branca della fisica che studia i costituenti fondamentali e le interazioni fondamentali della materia ; essa rappresenta la fisica dell' infinitamente piccolo . Talvolta viene anche usata l'espressione fisica delle alte energie , quando si vuole far riferimento allo studio delle interazioni tra particelle elementari che si verificano ad altissima energia e che permettono di creare particelle non presenti in natura in condizioni ordinarie, come avviene con gli acceleratori di particelle .

In senso stretto, il termine particella non è del tutto corretto. Gli oggetti studiati dalla Fisica delle particelle, obbediscono ai principi della meccanica quantistica . Come tali, mostrano una dualità onda-corpuscolo , in base alla quale manifestano comportamenti da particella sotto determinate condizioni sperimentali e comportamenti da onda in altri. Teoricamente, non sono descritte né come onde né come particelle, ma come vettori di stato in un'astrazione chiamata spazio di Hilbert .

Fisica dei sistemi complessi

Magnifying glass icon mgx2.svg Lo stesso argomento in dettaglio: Sistema complesso e Teoria della complessità .

È una branca relativamente recente della fisica moderna che studia appunto il comportamento fisico di sistemi complessi come ad esempio il sistema economico ( econofisica ) o il sistema climatico assunti come sistemi dinamici non lineari ea multicomponenti.

Fisica cibernetica

Magnifying glass icon mgx2.svg Lo stesso argomento in dettaglio: Cibernetica .

Questa branca della fisica (la fisica cibernetica ), nata nella seconda metà del XX secolo, si è sviluppata a tal punto che è ora ricompresa all'interno di varie discipline tecnico-applicative quali l' automatica , la meccatronica e l' informatica ( intelligenza artificiale ).

Fisica medica

Magnifying glass icon mgx2.svg Lo stesso argomento in dettaglio: Fisica medica .

La fisica medica o fisica sanitaria è un'attività che riguarda, in generale, tutti i settori della fisica applicata alla medicina e alla radioprotezione . Più in particolare, le strutture di fisica sanitaria ospedaliere si occupano, in prevalenza, dell'impiego delle radiazioni ionizzanti e non ionizzanti ( diagnostica per immagini , radioterapia , medicina nucleare , ...), ma anche di informatica , di modellistica , ecc.

Biofisica

Magnifying glass icon mgx2.svg Lo stesso argomento in dettaglio: Biofisica .

La biofisica consiste nello studio dei fenomeni biologici dal punto di vista fisico. Si occupa, ad esempio, della dinamica ( e della termodinamica) delle macromolecole organiche (come proteine o acidi nucleici ), o della fisica delle membrane cellulari . Uno dei principali problemi irrisolti della biofisica è, ad esempio, la comprensione del ripiegamento delle proteine .

Astrofisica

Magnifying glass icon mgx2.svg Lo stesso argomento in dettaglio: Astrofisica .
Illustrazione dell'esperimento sulla relatività generale effettuato con l'ausilio della sonda Cassini.

L' astrofisica è una scienza che applica la teoria ei metodi delle altre branche della fisica per studiare gli oggetti di cui è composto l' universo , quali ad esempio le stelle , i pianeti , le galassie ei buchi neri . L'astrofisica si differenzia dall' astronomia in quanto l'astronomia si pone come obiettivo la comprensione dei movimenti degli oggetti celesti , mentre l'astrofisica tenta di spiegare l'origine, l'evoluzione e il comportamento degli oggetti celesti stessi, rappresentando quindi la fisica dell' infinitamente grande . Un'altra disciplina con cui l'astrofisica è intimamente correlata è la cosmologia , che ha come oggetto di studio l' origine dell'universo . I telescopi spaziali (tra cui va ricordato il telescopio spaziale Hubble ) sono strumenti indispensabili alle indagini dell'astrofisica: grazie ad essi gli astrofisici hanno trovato conferma di molte teorie sull'universo.

Geofisica

Magnifying glass icon mgx2.svg Lo stesso argomento in dettaglio: Geofisica .

La geofisica (anche detta fisica terrestre ) è in generale l'applicazione di misure e metodi fisici allo studio delle proprietà e fenomeni fisici tipici del pianeta Terra .

La geofisica è una scienza di tipo preminentemente sperimentale, che condivide il campo di applicazione sia con la fisica che con la geologia e comprende al suo interno diverse branche, quali ad esempio:

La geofisica applicata studia la parte solida più superficiale della Terra e rivolge il suo campo di ricerche all'individuazione di strutture idonee per l'accumulo di idrocarburi , nonché alla risoluzione di problemi nel campo dell' ingegneria civile , ingegneria idraulica , ingegneria mineraria e per l'individuazione di fonti di energia geotermica . Le prospezioni geofisiche (prospezioni sismiche, elettriche, elettromagnetiche, radiometriche, gravimetriche) rappresentano alcuni metodi fisici utilizzati nel campo dell'esplorazione geologica.

Rapporti con le altre discipline

I principi fisici sono alla base di numerose discipline tecnico-scientifiche sia teoriche sia più vicine al campo applicativo ( tecnica ). Allo stesso tempo la fisica si avvale degli strumenti tecnici e matematici messi a disposizione da queste discipline per aiutarsi nel suo continuo processo di indagine scientifica dei fenomeni dell'universo.

Matematica

Magnifying glass icon mgx2.svg Lo stesso argomento in dettaglio: Modelli matematici in fisica .

Nel testo Il Saggiatore del 1623 , Galileo Galilei afferma:

«La filosofia [20] è scritta in questo grandissimo libro che continuamente ci sta aperto innanzi a gli occhi (io dico l'universo), ma non si può intendere se prima non s'impara a intender la lingua, e conoscer i caratteri, né quali è scritto. Egli è scritto in lingua matematica, ei caratteri son triangoli, cerchi, ed altre figure geometriche, senza i quali mezzi è impossibile a intenderne umanamente parola; senza questi è un aggirarsi vanamente per un oscuro laberinto.»

( Galileo Galilei , Il Saggiatore )

In generale, gli elementi che caratterizzano il modello matematico di un sistema fisico sono due: lo spazio degli stati e la dinamica. Il primo è un insieme che contiene tutti i possibili stati in cui il sistema si può trovare, dove per stato si intende una collezione di grandezze fisiche che, se conosciute in un certo istante, sono sufficienti per predire come evolverà il sistema, cioè quali stati saranno occupati negli istanti futuri; ad esempio, per un sistema meccanico di n particelle libere di muoversi nello spazio, uno stato è un insieme di 6 n numeri reali , 3 n per le posizioni (3 coordinate per ogni particella), ei restanti 3 n per le velocità (3 componenti per ogni particella). Lo spazio degli stati può essere molto complicato, sia geometricamente (ad esempio nella meccanica dei sistemi vincolati e nella teoria della relatività generale , dove in genere è una varietà differenziale , ie uno spazio "curvo") che analiticamente (ad esempio in meccanica quantistica , dove è uno spazio di Hilbert proiettivizzato ). La dinamica, invece, è la legge che, dato uno stato iniziale, descrive l'evoluzione del sistema. Solitamente, è data in forma differenziale, cioè collega lo stato in un certo istante a quello in un istante successivo "infinitamente vicino" nel tempo.

Le più grandi rivoluzioni della fisica moderna (la teoria della relatività generale , la meccanica quantistica e la teoria quantistica dei campi ) si possono ricondurre all'inadeguatezza della fisica classica a descrivere i nuovi fenomeni sperimentali riscontrati verso la fine dell'Ottocento e l'inizio del Novecento (l' esperimento di Michelson-Morley ei vari esperimenti in cui si presentano fenomeni quantistici, tra cui, l' esperimento della doppia fenditura , il corpo nero , l' effetto fotoelettrico e l' effetto Compton ). Le maggiori aree della matematica che forniscono strumenti utili allo studio sia della forma dello spazio degli stati che della dinamica sono:

Statistica

Magnifying glass icon mgx2.svg Lo stesso argomento in dettaglio: Statistica .

Gli strumenti della statistica sono utilizzati durante la fase di rilevamento dei dati a partire dal modello fisico e nella fase successiva di trattamento dei dati. Particolarmente utile nella prima fase di rilevamento dei dati è la metodica del campionamento statistico (in inglese sampling ) [21] , che consiste nel selezionare una particolare serie di dati all'interno dell'intervallo di condizioni studiate.

Una volta ottenuti i dati, viene effettuata la cosiddetta analisi di regressione , che permette di ottenere dall'insieme di dati più o meno sparsi (in quanto affetti da errori di varia natura) una relazione matematica precisa. Nel caso più semplice in cui la relazione matematica tra i dati venga rappresentata da una retta, si parla di regressione lineare . Molti concetti statistici sono poi presi a prestito dalla fisica statistica laddove non è possibile avere informazioni deterministiche sui sistemi o fenomeni a molti gradi di libertà e variabili.

Informatica

Magnifying glass icon mgx2.svg Lo stesso argomento in dettaglio: Informatica .
Simulazione della propagazione delle onde sonore in un ambiente marino.

I computer vengono utilizzati in più fasi del processo conoscitivo: durante la fase di osservazione possono essere utilizzati ad esempio per effettuare un campionamento delle misurazioni, ovvero il valore della grandezza da misurare viene letto ad intervalli determinati, in modo da avere più misure in un ristretto lasso di tempo. Il calcolatore può svolgere anche la funzione di strumento registratore : i dati relativi all'osservazione vengono ad essere archiviati per lo svolgimento di operazioni successive di valutazione e/o confronto con altri dati. L'intero sistema per la misurazione, il trattamento e la registrazione dei dati, costituito dal calcolatore e da strumentazioni specifiche ad esso interfacciate, viene denominato sistema di acquisizione dati (o DAQ).

Gli strumenti informatici possono quindi fungere da "strumento" durante le diverse fasi dell'esperienza, ma possono anche andare oltre, costituendo un vero e proprio sistema virtuale , che sostituisce e "imita" il sistema fisico reale; si parla in questo caso di simulazione del processo in esame. Il sistema simulato presenta il vantaggio rispetto al sistema reale di avere un controllo su tutti gli elementi di disturbo che influenzano il fenomeno studiato; d'altra parte è necessaria una precedente conoscenza del modello matematico associato al modello fisico per la creazione del modello simulato. La simulazione quindi affianca in primis l'osservazione diretta durante il processo conoscitivo, con lo scopo di convalidare il modello matematico ipotizzato, e una volta che la corrispondenza tra modello fisico e modello simulato è stata accertata, è possibile utilizzare la simulazione per effettuare delle stime in condizioni contemplate dal modello matematico, ma che sono differenti da quelle in cui è avvenuta la precedente osservazione diretta.

Chimica

Magnifying glass icon mgx2.svg Lo stesso argomento in dettaglio: Chimica .

La fisica è strettamente connessa alla 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 vari da costituire una branca del sapere distinta. Nella chimica, come nella fisica, esiste il concetto di forza come "interazione tra i corpi". Nel caso della chimica "i corpi" hanno dimensioni dell'ordine dell' Ångström , e sono appunto le molecole , gli atomi , gli ioni , i complessi attivati , e altre particelle di dimensioni ad essi confrontabili. Le forze di interazione tra questi corpi sono i legami chimici (legami intramolecolari) e altre forze di interazione più blande (ad esempio le forze di Van der Waals , il legame a idrogeno e le forze di London ).

Ingegneria

Magnifying glass icon mgx2.svg Lo stesso argomento in dettaglio: Ingegneria .
Costruzione della sonda Pioneer 10

È probabilmente la disciplina che più di ogni altra si avvale dei principi della fisica per sviluppare teorie proprie dedicate all'ideazione, progettazione, realizzazione e gestione di sistemi utili alle esigenze dell'uomo e della società: nel campo dell' ingegneria edile e dell' ingegneria civile strutture edili e opere civili (case, strade, ponti) sfruttano le conoscenze nel campo della statica e sulla resistenza meccanica dei materiali sottoposti a stress o sollecitazioni meccaniche e/o termiche; l' ingegneria meccanica e l' ingegneria motoristica sfruttano le conoscenze offerte dalla termodinamica per la progettazione e la realizzazione delle macchine termiche ; l' ingegneria energetica sfrutta le conoscenze fisiche per la realizzazione di sistemi di produzione e distribuzione dell' energia ( energia nucleare , energie rinnovabili , energia da combustibili fossili ); l' ingegneria dell'informazione sfrutta i segnali e le onde elettromagnetiche emesse dalle sorgenti per il trasporto dell' informazione a distanza.

Economia

Magnifying glass icon mgx2.svg Lo stesso argomento in dettaglio: Econofisica .

L'approccio metodologico utilizzato nel campo della fisica è applicato dall'inizio degli anni novanta anche a problematiche di tipo economico nell'ambito della disciplina denominata econofisica come tentativo di superamento dell'approccio classico economico di tipo semi-quantitativo.

Ad esempio vengono studiate le fluttuazioni dei mercati finanziari ei crash del mercato azionario a partire da modelli normalmente utilizzati per studiare fenomeni di tipo fisico quali: modelli di percolazione , modelli derivati dalla geometria frattale , modelli di arresto cardiaco, criticalità auto-organizzata e previsione dei terremoti, tipicamente modelli per sistemi complessi e caotici ovvero non-lineari.

Filosofia

Magnifying glass icon mgx2.svg Lo stesso argomento in dettaglio: Filosofia della fisica .

Prima dell'avvento del metodo scientifico , l'interpretazione dei fenomeni naturali era riservata alla filosofia, per cui per lungo tempo la fisica fu denominata "filosofia naturale". Tra i primi tentativi di descrivere la materia in ambito filosofico, si ricorda Talete . Successivamente Democrito tentò di descrivere la materia attraverso i concetti di vuoto e atomo [22] . Ad oggi la fisica mantiene stretti rapporti con la filosofia attraverso branche come l' epistemologia e la filosofia della scienza .

Contributi e sviluppi conoscitivi

Come in ogni altra disciplina scientifica i contributi scientifici alla nascita ed allo sviluppo di teorie fisiche avvengono attraverso pubblicazioni scientifiche su riviste scientifiche soggette ai ben noti e rigorosi processi di revisione paritaria .

Note

  1. ^ Paul Adrien Maurice Dirac , fisico inglese, disse: «[...] dovremmo ricordare che il principale obiettivo delle scienze fisiche non è la fornitura le di modelli, ma la formulazione di leggi che governano i fenomeni e l'applicazione di queste leggi per la scoperta di nuovi fenomeni. Se un modello esiste è molto meglio, ma il fatto che esista o meno è una questione di secondaria importanza» - PAM Dirac - The principles of quantum mechanics - 4ª ed. Oxford Clarendon Press 1958 - Cap. 1
  2. ^ KR Popper, Unended Quest: An Intellectual Autobiography , Routledge Classics, Routledge, 2002, pp. 148–150, ISBN 978-0-415-28589-6 , LCCN 2002067996 .
  3. ^ DISF - Dizionario Interdisciplinare di Scienza e Fede | Chimica
  4. ^ Ad esempio Newton intitolò un suo famoso scritto del 1687 " Philosophiae Naturalis Principia Mathematica ", "I principi matematici della filosofia naturale".
  5. ^ Per esempio, in elettrotecnica, la legge di Ohm afferma che le grandezze potenziale elettrico V, resistenza R e intensità di corrente I sono legate dalla relazione: V = RI. In un esperimento questo si traduce nel fatto che moltiplicando il valore misurato della corrente e della resistenza (tenendo conto delle unità di misura) si debba ottenere un valore compatibile con quello misurato per il potenziale
  6. ^ Turchetti , pp. 2-3 .
  7. ^ Questa definizione può comprendere una vasta gamma di eventi, che possono essere oggetto di studio di discipline diverse. Per esempio la formazione di una molecola può essere studiata, evidenziando aspetti diversi, dalla chimica o dalla fisica.
  8. ^ Non sempre è possibile riprodurre sperimentalmente le osservazioni naturali: ad esempio, in astronomia o meteorologia non è possibile riprodurre molti dei fenomeni osservati e allora si ricorre ad osservazioni e simulazioni numeriche. Un altro esempio è l' evoluzionismo di Charles Darwin , che per essere verificato direttamente richiederebbe tempi d'osservazione (milioni di anni) irriproducibili in laboratorio; in questi casi le verifiche sperimentali si basano sull'analisi genetica e dei fossili
  9. ^ È raro che le condizioni in cui avviene l'osservazione risultino perfettamente invariate; più comunemente si hanno piccole variazioni, trascurabili ai fini dell'esperimento o tanto piccole da potere essere considerate un semplice "disturbo".
  10. ^ Turchetti , p. 10 .
  11. ^ per esempio nella misura della massa volumica , o densità, di un liquido ( glicerina ) le fluttuazioni della temperatura della stanza in cui si svolge la misura influenzano il valore della densità. In generale, infatti, più alta è la temperatura è più basso è il valore della densità misurata.
  12. ^ Un esempio di errore sistematico è dato da un cronometro che ritarda in modo costante (ad esempio misura 4 s ogni 5 s, ritardando di 1 s), infatti le misure di tempo svolte con questo cronometro saranno sempre sottostimate rispetto al valore vero. Un altro esempio relativo alla lettura di strumenti analogici è dato dall' errore di parallasse .
  13. ^ Ad esempio, per presentare la misura della lunghezza del lato di un tavolo si può scrivere:
  14. ^ La giustificazione matematica di questa procedura risiede nelteorema del limite centrale
  15. ^ Per esempio, utilizzando la deviazione standard per la valutazione delle incertezze casuali è possibile dimostrare che il valore vero della grandezza cade all'interno di intervallo medio centrato intorno al valore stimato e di ampiezza con un livello di confidenza (o confidence level , CL) del 68%.
  16. ^ Un altro esempio, se effettuiamo una misura col dinamometro e vediamo che la molla oscilla fra due divisioni della scala, è ragionevole scegliere come incertezza 2 divisioni.
  17. ^ Nell'esempio , l'incertezza assoluta è 0,02 m, l'incertezza relativa è 0,083 e l'incertezza percentuale è dell'8,3%.
  18. ^ Nelle rappresentazione delle misure attraverso dei grafici solitamente una misura corrisponde ad un punto e l'errore viene evidenziato con una barra ( barra di errore ) che rappresenta i valori che la variabile può assumere entro un certo intervallo di confidenza , che di solito corrisponde ad una deviazione standard
  19. ^ The Columbia Encyclopedia .
  20. ^ Galileo chiama la fisica con il suo antico nome, cioè "Filosofia della Natura".
  21. ^ Il campionamento statistico non va confuso con il campionamento dei segnali .
  22. ^ L'"atomo" veniva pensato nella grecia antica come il costituente più piccolo della materia, e il suo significato originario è molto diverso da quello odierno.

Bibliografia

Voci correlate

Persone
Tabelle
Campi
Altre
Testi famosi

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