Materia (fisica): differenze tra le versioni

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[[File:Helium_atom_QM.svg|thumb|Atomo di [[elio]]]]
{{S|fisica|chimica}}
[[File:HAtomOrbitals.png|thumb|[[Orbitali atomici]]]]
Con la parola '''materia''' si raggruppano tutte quelle grandezze scientificamente osservabili: più semplicemente la definizione è limitata a quelle entità investigate dalla [[fisica]].
In [[fisica classica]], con il termine '''materia''', si indica genericamente qualsiasi oggetto che abbia [[massa (fisica)|massa]] e che occupi [[spazio (fisica)|spazio]]; oppure, alternativamente, la sostanza di cui gli oggetti fisici sono composti, escludendo quindi l'[[energia]], che è dovuta al contributo dei [[Campo di forze|campi di forze]].
 
Questa definizione, sufficiente per la fisica macroscopica, oggetto di studio della [[meccanica (fisica)|meccanica]] e della [[termodinamica]], non si adatta bene alle moderne teorie nel campo microscopico, proprie della [[fisica atomica]] e [[fisica delle particelle|subatomica]]. Ad esempio, lo spazio occupato da un oggetto è prevalentemente [[Vuoto (fisica)|vuoto]], dato il grande rapporto (≈<math>10^5</math>) tra il raggio medio delle [[Orbitale atomico|orbite elettroniche]] e le dimensioni tipiche di un [[nucleo atomico]]; inoltre, la [[Legge della conservazione della massa (fisica)|legge di conservazione della massa]] è fortemente violata su scale subatomiche.
In questo senso, la materia è quindi l'insieme delle più piccole, fondamentali entità fisicamente rilevabili: queste particelle sono dette [[fermione|fermioni]] e seguono il così detto [[principio di esclusione di Pauli]], che stabilisce che non più di due fermioni possono esistere nello stesso stato quantistico. A causa di questo principio, le particelle che compongono la materia non sono tutte nello stato di energia minima e quindi è possibile creare strutture stabili di fermioni.
 
In questi ambiti, si può invece adottare la definizione che la materia è costituita da una certa classe di [[Particella (fisica)|particelle]], che sono le più piccole e fondamentali entità fisicamente rilevabili: queste particelle sono dette [[Fermione|fermioni]] e seguono il [[principio di esclusione di Pauli]], il quale stabilisce che non più di un fermione può esistere nello stesso stato quantistico. A causa di questo principio, le particelle che compongono la materia non si trovano tutte allo stato di energia minima e per questa ragione è possibile creare strutture stabili di assemblati di fermioni.
 
Particelle della classe complementare, dette [[Bosone (fisica)|bosoni]], costituiscono invece i [[Campo (fisica)|campi]]. Essi possono quindi essere considerati gli agenti che operano gli assemblaggi dei fermioni o le loro modificazioni, interazioni e scambi di energia. Una metafora non del tutto corretta da un punto di vista fisico, ma efficace e intuitiva, vede i fermioni come i mattoncini che costituiscono la materia dell'universo, e i bosoni come le colle o i cementi che li tengono assieme per costituire la realtà fisica.
 
== Etimologia ==
Il termine "materia" deriva dall'equivalente latino ''materia'', ma può essere ricondotto direttamente anche al termine latino ''mater'', che significa "madre". L'etimologia del termine lascia quindi intuire come la materia possa essere considerata il fondamento costituente di tutti i corpi e di tutte le cose: la sostanza prima di cui tutte le altre sostanze sono formate. Il termine [[materia (filosofia)|materia]] deriva dal gergo filosofico.
 
== Storia ==
{{Vedi anche|Materia (filosofia)}}
 
[[File:Aristotle Altemps Inv8575.jpg|thumb|upright=0.5|[[Aristotele]] formulò una delle prime teorie sulla struttura della materia.]]
 
Nel medioevo e nell'antichità era radicata la convinzione aristotelica che la materia fosse composta da quattro elementi: terra, aria, acqua e fuoco. Ciascuno di questi, avendo un diverso "peso", tende verso il proprio luogo naturale, lasciando al centro dell'universo la terra e l'acqua, facendo invece salire verso l'alto aria e fuoco. Inoltre si credeva che la materia fosse un insieme continuo, privo completamente del vuoto (la natura aborre il vuoto, ''[[horror vacui]]''). Oggi invece si è scoperto che la materia è al contrario composta per oltre il 99% di vuoto.
 
Una grossa disputa nella [[filosofia greca]] riguardò la possibilità che la materia possa essere divisa indefinitamente in parti sempre più piccole. Contrari a questa ipotesi, gli [[Atomismo|atomisti]] erano invece convinti che vi fosse una struttura elementare costituente la materia non ulteriormente divisibile.
 
== Descrizione ==
 
[[File:Standard Model of Elementary Particles it.svg|thumb|right|[[Modello standard]] delle [[particelle elementari]]]]
 
Tutto ciò che ha massa ed occupa spazio stabilmente nel tempo è solitamente definito come materia. In fisica non c'è un consenso unanime sulla definizione di materia, in parte perché la nozione di "occupare spazio" è inconsistente nell'ambito della [[meccanica quantistica]]. Molti fisici preferiscono invece utilizzare i concetti di [[massa (fisica)|massa]], [[energia]] e particella.
 
La materia è costituita da elettroni e da aggregati di [[quark (particella)|quark]] stabili nel tempo. Tutti questi [[fermioni]] hanno [[spin]] semi-dispari (1/2) e devono pertanto seguire il [[principio di esclusione di Pauli]], che vieta a due fermioni di occupare lo stesso stato quantistico. Questo sembra corrispondere all'elementare proprietà d'impenetrabilità della materia e al concetto d'occupazione dello spazio.
 
I [[protone|protoni]] sono costituiti da 2 [[quark up]] e 1 down (che sono detti di valenza in quanto determinano quasi tutte le caratteristiche fisiche - ma non la massa - del protone): p = (uud). I [[neutrone|neutroni]] sono invece formati da 2 [[quark down]] e 1 up: n = (udd). Anche protoni e neutroni, detti collettivamente [[nucleone|nucleoni]], sono fermioni in quanto hanno spin 1/2. Dato che elettroni, protoni e neutroni si aggregano per costituire atomi e molecole, questi tre tipi di fermioni costituiscono quella che viene ordinariamente intesa come materia, formata appunto da atomi e molecole.
 
Tuttavia solo il 9% della massa di un protone proviene da quelle dei [[quark (particella)|quark]] di valenza che lo costituiscono. Il restante 91% è dovuto all'energia cinetica dei quark (32%), all'energia cinetica dei [[gluoni]] (36%) e all'energia d'interazione tra quark e gluoni (23%).<ref>{{cita pubblicazione|autore= Y B. Yang et al. |titolo = Proton mass decomposition from the QCD energy momentum tensor| rivista = Physical Review Letters |volume= 121 |anno=2018|pagina=212001|doi = 10.1103/PhysRevLett.121.212001}}</ref><ref>{{Cita web|url= https://www.sciencenews.org/article/proton-mass-quarks-calculation |titolo= Where the proton's mass comes from |accesso=1º dicembre 2018}}</ref> La definizione di materia ordinaria come "formata" da elettroni e nucleoni è quindi problematica, in quanto la massa dei nucleoni non è riconducibile alla somma delle masse dei quark costituenti. Inoltre, il neutrone libero non è stabile, ma al di fuori di un [[nucleo atomico]] decade con una vita media di circa 887 secondi. Ciò rende problematica la definizione dei neutroni liberi, che sono instabili, come materia.
 
Anche il caso dei [[radioattività|nuclei radioattivi]] presenta qualche ambiguità. La vita media dei vari [[radionuclide|radionuclidi]] può variare da 10<sup>−12</sup> secondi fino a 10<sup>9</sup> anni. Non è chiaro quale sia il valore di vita media da considerare come discriminante per la definizione di materia. Sembra paradossale non considerare materia un nucleo instabile, ma con una vita media paragonabile all'[[età dell'universo]] (13,8 miliardi di anni). D'altra parte, non vi è un criterio per stabilire quale sia la vita media minima per trascurare l'instabilità di un nucleo radioattivo, considerandolo quindi materia.
 
Secondo la definizione data, non sono materia i [[bosoni di gauge]]: [[fotoni]] e [[gluoni]] in quanto privi di massa, i [[bosoni W e Z]] perché instabili. Analogamente, non lo sono il [[bosone di Higgs]], che decade, e l'ipotetico [[gravitone]], che dovrebbe avere massa nulla. Tra i [[leptone|leptoni]], solo l'elettrone risulta stabile, e quindi costituisce la materia. Nella famiglia degli [[adroni]], non sono materia le particelle del gruppo dei [[mesoni]], formati da una o due coppie di quark e [[antiquark]]. Essi sono [[Bosone (fisica)|bosoni]] (hanno spin intero 0 o 1), non seguono il [[principio di esclusione di Pauli]] e quindi non si può dire che occupino spazio nel senso sopra menzionato. Inoltre, nessun mesone risulta stabile. Analogamente, tra gli [[adroni]] non sono considerati materia tutti quei [[barioni]], formati da 3 o 5 quark, che sono instabili ovvero decadono in modo estremamente rapido in componenti stabili più leggeri.
 
Nel marzo 2024 vengono scoperti due materiali {{chiarire|in grado di controllare l'interazione tra materia e [[luce]]}}: [[disolfuro di renio]] e [[diseleniuro di renio]].<ref>{{Cita web|url=https://www.ansa.it/canale_scienza/notizie/fisica_matematica/2024/03/11/due-nuovi-materiali-capaci-di-controllare-la-luce-_7e45a32d-f761-4c89-8ca4-8a24606ef7cc.html|titolo=''Due nuovi materiali capaci di controllare la luce''|data=11 marzo 2024}}</ref>
 
=== Proprietà ===
[[File:CGKilogram.jpg|thumb|[[Massa (fisica)|Massa]] fisica]]
Secondo la visione classica ed intuitiva della materia, tutti gli oggetti [[solido|solidi]] occupano uno [[spazio (fisica)|spazio]] che non può essere occupato contemporaneamente da un altro oggetto. Ciò significa che la materia occupa uno spazio che non può contemporaneamente essere occupato da un'altra materia, ovvero la materia è impenetrabile (principio dell'impenetrabilità). <!-- e i gas non sono materia, allora? sigh... da riscrivere anche questo... -->
 
Se prendiamo un pezzo di [[gomma]], lo misuriamo con una bilancia e otteniamo, ad esempio, una massa di 3 [[grammo|grammi]], dividendo la gomma in tanti piccoli pezzi e pesando tali pezzi otterremo sempre 3 grammi. La quantità non è cambiata, in accordo con la [[legge della conservazione della massa (fisica)|legge di conservazione della massa]]. Secondo questa ipotesi si può quindi affermare che "la materia ha una massa che non cambia anche se variano la sua forma e il suo volume". Su queste basi in passato si è così costruita la definizione secondo cui "la materia è tutto ciò che occupa uno spazio e ha una massa".
 
La [[massa inerziale]] di una certa quantità di materia, ad esempio di un dato oggetto, che una [[bilancia]] misura per confronto con un'altra massa, rimane invariata in ogni angolo dell'universo, ed è quindi considerata una proprietà intrinseca della materia. L'unità con cui si misura la massa inerziale è il [[chilogrammo]].
 
Viceversa, il [[forza peso|peso]] è una misura della [[forza di gravità]] con cui la Terra attira verso di sé un corpo avente una [[massa gravitazionale]]; come tale, il peso di un dato corpo cambia a seconda del luogo in cui lo misuriamo - in diversi punti della Terra, nello spazio cosmico o in un altro [[pianeta]]. Il peso quindi non è una proprietà intrinseca della materia. Come altre forze statiche, il peso può essere misurato con un [[dinamometro]].
 
Massa inerziale e massa gravitazionale sono due concetti distinti nella [[meccanica classica]], ma sono state sempre trovate uguali sperimentalmente. È solo con l'avvento della [[relatività generale]] che abbiamo una teoria che interpreta la loro identità. <!--( questo pezzo lo commento per ora, non è proprio sbagliato, ma è scritto in modo veramente terribile )
 
La materia si presenta sotto varie forme: le sostanze. Prendiamo l' [[acqua]] e il [[ferro]]:
*se prendiamo un pezzo di ferro e lo suddividiamo in piccolissime particelle avremo sempre ferro;
*invece se abbiamo dell'acqua e la scomponiamo fino ad avere una molecole di H<small>2</small>O osserveremo che si scompone in due atomi di [[idrogeno]] H<small>2</small> ed uno di [[ossigeno]] O. Chiameremo [[molecola]] la parte più piccola di una sostanza che mantiene inalterate le caratteristiche della sostanza stessa.
 
Possiamo quindi suddividere le sostanze in semplici come ferro, [[oro]] … o composte come acqua, [[vetro]], [[marmo]]…(quindi una molecola di una sostanza composta si scinde in [[atomi]] di tipo diverso mentre le sostanze semplici sono formate da atomi dello stesso tipo).-->
 
La [[densità]] superficiale e volumica di materia nel mondo subatomico è minore che nell'universo macroscopico. Nel mondo degli atomi le masse occupano in generale volumi maggiori (minore densità di volume) e si trovano a distanze maggiori (più bassa densità di superficie) di quelle che separano pianeti, stelle, galassie<ref>https://web.archive.org/web/20170104132658/http://www.cielidelsud.it/argo/univmano.htm</ref>. Fra i costituenti della materia prevale il vuoto.
 
=== Struttura ===
[[File:400-bohus-granitt.png|thumb|upright=1.1|Il [[granito]] non ha una composizione globale uniforme.]]
 
La materia omogenea ha composizione e proprietà uniformi. Può essere una mistura, come il [[vetro]], un composto chimico come l'acqua, o elementare, come [[rame]] puro. La materia eterogenea, come per esempio il [[granito]], non ha una composizione definita.
 
È di fondamentale importanza nella determinazione delle proprietà macroscopiche della materia la conoscenza delle strutture a livello microscopico (ad esempio l'esatta configurazione delle [[molecole]] e dei [[cristalli]]), la conoscenza delle interazioni e delle forze che agiscono a livello fondamentale unendo fra loro i costituenti fondamentali (come le [[Forza di London|forze di London]] e i [[Forza di van der Waals|legami di van der Waals]]) e la determinazione del comportamento delle singole macrostrutture quando interagiscono fra loro (ad esempio le relazioni solvente - soluto o quelle che sussistono fra i vari microcristalli nelle rocce come il granito).
 
=== Proprietà fondamentali della materia ===
I [[Fermione|fermioni]] sono particelle a [[spin]] semi-intero e costituiscono una possibile definizione per tutta la materia di cui siamo fatti. I fermioni sono divisi in [[quark (particella)|quark]] e [[leptoni]] a seconda se partecipano o meno alla [[forza nucleare forte]]. I fermioni interagiscono fra di loro attraverso i bosoni, [[bosone di gauge|particelle mediatrici]] delle forze.
 
==== Leptoni ====
{{Vedi anche|Leptone}}
 
I leptoni sono fermioni che non risentono della [[forza nucleare forte]], ma interagiscono solo tramite la [[interazione gravitazionale|forza di gravità]] e la [[interazione elettrodebole|forza elettrodebole]]. Nel [[modello standard]], sono previste tre famiglie di leptoni che comprendono una particella carica e una neutra ciascuna. L'[[elettrone]], il [[muone]] e il [[tauone]] hanno carica elettrica negativa (positiva per le rispettive antiparticelle), mentre i relativi [[neutrini]] hanno una carica elettrica nulla. I neutrini sono privi di massa nel modello standard, anche se estensioni di questo e modelli cosmologici prevedono che abbiano una piccola massa non nulla.
 
{| class="wikitable" style="margin:0 auto; text-align:center;"
|+
Proprietà dei Leptoni
! nome !! simbolo !! spin !! carica elettrica<br />([[Carica elementare|e]]) !! massa<br />([[Elettronvolt|MeV]]/''[[Velocità della luce|c]]''<sup>2</sup>) !! massa comparabile a !! antiparticelle !! simbolo antiparticelle
|-
| colspan="7" | leptoni carichi<ref>{{Cita pubblicazione|autore=C. Amsler ''et al.'' ([[Particle Data Group]])
|anno=2008
|titolo=Review of Particle Physics: Leptons
|url=http://pdg.lbl.gov/2008/tables/rpp2008-sum-leptons.pdf
|rivista=Physics Letters B
|volume=667 |p=1
|doi= 10.1016/j.physletb.2008.07.018
|bibcode = 2008PhLB..667....1P
}}</ref>
|-
| [[elettrone]]
| e−
| <sup>1</sup>⁄<sub>2</sub>
| −1
| 0.5110
| 1 [[elettrone]]
| [[positrone]]
| e+
|-
| [[muone]]
| μ−
| <sup>1</sup>⁄<sub>2</sub>
| −1
| 105.7
| ~ 200 [[elettrone|elettroni]]
| antimuone
| μ+
|-
| [[tauone]]
| τ−
| <sup>1</sup>⁄<sub>2</sub>
| −1
| 1,777
| ~ 2 [[Protone|protoni]]
| antitauone
| τ+
|-
| colspan="7" | neutrini<ref>{{Cita pubblicazione|autore=C. Amsler ''et al''. ([[Particle Data Group]])
|anno=2008
|titolo=Review of Particle Physics: Neutrinos Properties
|url=http://pdg.lbl.gov/2008/listings/s066.pdf
|rivista=Physics Letters B
|volume=667 |p=1
|doi= 10.1016/j.physletb.2008.07.018
|bibcode = 2008PhLB..667....1P
}}</ref>
|-
| [[neutrino elettronico]]
| νe
| <sup>1</sup>⁄<sub>2</sub>
| 0
| < 0.000460
| < <sup>1</sup>⁄<sub>1000</sub> elettrone
| antineutrino elettronico
|
|-
| [[neutrino muonico]]
| νμ
| <sup>1</sup>⁄<sub>2</sub>
| 0
| < 0.19
| < <sup>1</sup>⁄<sub>2</sub> elettrone
| antineutrino muonico
|
|-
| [[neutrino tauonico]]
| ντ
| <sup>1</sup>⁄<sub>2</sub>
| 0
| < 18.2
| < 40 elettroni
| antineutrino tauonico
|
|}
 
==== Quark ====
{{Vedi anche|Quark (particella)}}
 
I [[Quark (particella)|quark]] sono particelle a spin semi-intero e quindi sono dei fermioni. Hanno una carica elettrica uguale a meno un terzo di quella dell'[[elettrone]], per quelli di tipo ''down'', e uguale invece a due terzi per quelli di tipo ''up''. I quark hanno anche una [[carica di colore]], che è l'equivalente della carica elettrica per le [[Interazione debole|interazioni deboli]]. I quark sono anche particelle massive e sono quindi soggetti alla forza di gravità.
 
{| class="wikitable" style="margin: 0 auto; text-align:center"
|+Proprietà dei Quark<ref>C. Amsler et al. (Particle Data Group), PL '''B667''', 1 (2008) (URL: http://pdg.lbl.gov/2008/tables/rpp2008-sum-quarks.pdf)</ref>
! Nome !! Simbolo !! Spin !! Carica elettrica<br />([[carica elementare|e]]) !! Massa<br />([[elettronvolt|MeV]]/[[velocità della luce|c]]<sup>2</sup>) !! Massa comparabile a !! Antiparticella !! Simbolo<br />dell'antiparticella
|-
|colspan="7"| Quark di tipo Up
|-
| Up
| u
| 1/2
| + 2/3
| 1,5 a 3,3
| ~ 5 elettroni
| Antiup
| <math>\bar{u}</math>
|-
| Charm
| c
| 1/2
| + 2/3
| 1160 a 1340
| ~ 1 protoni
| Anticharm
| <math>\bar{c}</math>
|-
| Top
| t
| 1/2
| + 2/3
| 169.100 a 173.300
| ~ 180 protoni o<br />~ 1 atomo di [[tungsteno]]
| Antitop
| <math>\bar{t}</math>
|-
|colspan="7"| Quark di tipo Down
|-
| Down
| d
| 1/2
| − 1/3
| 3,5 a 6,0
| ~ 10 elettroni
| Antidown
| <math>\bar{d}</math>
|-
| Strange
| s
| 1/2
| − 1/3
| 70 a 130
| ~ 200 elettroni
| Antistrange
| <math>\bar{s}</math>
|-
| Bottom
| b
| 1/2
| − 1/3
| 4130 a 4370
| ~ 5 protoni
| Antibottom
| <math>\bar{b}</math>
|}
 
== Fasi della materia ==
{{vedi anche|Stato della materia}}
[[File:Liquid nitrogen dsc04496.jpg|thumb| Un recipiente di metallo solido contenente [[azoto liquido]], che evapora lentamente nel gas [[azoto]]. L'[[evaporazione]] è la [[transizione di fase]] dallo stato liquido a quello aeriforme.|300x300px]]
[[File:2006-01-28_Drop-impact.jpg|thumb|Effetto di una goccia lasciata cadere in un [[liquido]]|300x300px]]
[[File:Kinetic_theory_of_gases.svg|thumb|Schematizzazione delle molecole di un [[gas]]|300x300px]]
In risposta a differenti condizioni termodinamiche come la [[temperatura]] e la [[pressione]], la materia si presenta in diverse "[[fase (chimica)|fasi]]", le più familiari (perché sperimentate quotidianamente) sono: solida, liquida e aeriforme. Altre fasi includono il [[plasma (fisica)|plasma]], il [[superfluido]] e il [[condensato di Bose-Einstein]]. Il processo per cui la materia passa da una fase ad un'altra, viene definito [[transizione di fase]], un fenomeno studiato principalmente dalla [[termodinamica]] e dalla [[meccanica statistica]].
 
Le fasi sono a volte chiamate stati della materia, ma questo termine può creare confusione con gli stati termodinamici. Per esempio due gas mantenuti a pressioni differenti hanno diversi stati termodinamici, ma lo stesso "stato" di materia.
 
=== Solidi ===
{{Vedi anche|Solidi}}
 
I solidi sono caratterizzati da una tendenza a conservare la loro integrità strutturale e la loro forma, al contrario di ciò che accade per liquidi e gas. Molti solidi, come le rocce, sono caratterizzati da una forte rigidità, e se le sollecitazioni esterne sono molto alte, tendono a spezzarsi e a rompersi. Altri solidi, come gomma e carta, sono caratterizzati invece da una maggiore flessibilità. I solidi sono di solito composti da [[cristallo|strutture cristalline]] o lunghe catene di molecole (ad esempio [[polimeri]]).
 
=== Liquidi ===
{{Vedi anche|Liquidi}}
 
In un liquido, le molecole, pur essendo vicine fra di loro, sono libere di muoversi, ma al contrario dei gas, esistono delle forze più deboli di quelle dei solidi che creano dei legami di breve durata (ad esempio, il [[legame a idrogeno]]). I liquidi hanno quindi una [[coesione]] e una [[viscosità]], ma non sono rigidi e tendono ad assumere la forma del recipiente che li contiene.
 
=== Aeriforme ===
{{Vedi anche|Gas}}
 
Un aeriforme è una sostanza composta da piccole molecole separate da grandi spazi e con una debolissima interazione reciproca. Quindi gli aeriformi non offrono alcuna resistenza a cambiare forma, a parte l'inerzia delle molecole di cui è composto.
 
== Forme di materia ==
=== Materia chimica ===
La materia chimica è la parte dell'universo composta da atomi chimici. Questa parte dell'universo non include la materia e l'energia oscura, buchi neri, stelle a neutroni e varie forme di materia degenere, che si trova ad esempio in corpi celesti come la [[nana bianca]]. Dati recenti del Wilkinson Microwave Anisotropy Probe (WMAP), suggeriscono che solo il 4% della massa totale dell'intero universo visibile ai nostri telescopi sia costituita da materia chimica. Circa il 22% è materia oscura, il restante 74% è energia oscura.
 
La materia che osserviamo è generalmente nella forma di [[composto chimico|composti chimici]], di [[polimeri]], [[lega (metallurgia)|leghe]] o [[elemento chimico|elementi]] puri.
 
=== Antimateria ===
In risposta a differenti condizioni termodinamiche come la [[temperatura]] e la [[pressione]], la materia si presenta in diverse "[[fase (chimica)|fasi]]", le più familiari (perché sperimentate quotidianamente) delle quali sono: '''solida''', '''liquida''' e '''gassosa'''. Altre fasi includono il [[plasma (fisica)|plasma]], il [[superfluido]] e il [[condensato di Bose-Einstein]]. Il processo per cui la materia passa da una fase ad un'altra, viene definito [[transizione di fase]], un fenomeno studiato principalmente dalla [[termodinamica]].
{{Vedi anche|Antimateria}}[[File:PositronDiscovery.jpg|thumb|Prima foto della traccia della [[traiettoria]] di un [[positrone]] lasciata in [[camera a nebbia]]|300x300px]]
Tutti gli oggetti occupano uno spazio che non può essere occupato contemporaneamente da un altro oggetto quindi:
Nelle particelle fisiche e nella [[chimica quantistica]], l'[[antimateria]] è composta dalle rispettive antiparticelle che costituiscono la normale materia. Se una particella e la sua antiparticella si incontrano tra loro, le due annichiliscono; si convertono cioè in altre particelle o più spesso in radiazione elettromagnetica di uguale energia in accordo con l'equazione di Einstein <math>E = mc^2</math>.
La materia occupa uno spazio che non può contemporaneamente essere occupato da un ‘altra materia,ovvero la materia è impenetrabile(principio dell’ impenetrabilità).
 
Se prendiamo un pezzo di gomma la pesiamo e pesa ad esempio 3 g se la scomponiamo in tanti piccoli pezzi lo ripesiamo pesa sempre 3 g.
L'antimateria non si trova naturalmente sulla Terra, eccetto quantità piccole e di breve durata (come risultato di decadimenti radioattivi o raggi cosmici). Questo perché l'antimateria che si crea fuori dai confini dei laboratori fisici incontra immediatamente materia ordinaria con cui annichilirsi. Antiparticelle ed altre forme di stabile antimateria (come antiidrogeno) possono essere create in piccole quantità, ma non abbastanza per fare altro oltre a test delle proprietà teoriche negli [[acceleratori di particelle]].
Perciò la quantità non è cambiata e la chiamiamo massa.
 
Quindi:
C'è una considerevole speculazione nella scienza e nei film su come mai l'intero universo sia apparentemente composto da ordinaria materia, sebbene sia possibile che altri posti siano composti interamente da antimateria. Probabili spiegazioni di questi fatti possono arrivare considerando asimmetrie nel comportamento della materia rispetto all'antimateria.
La materia ha una massa che non cambia anche se variano la sua forma e il suo volume.
 
Possiamo così affermare che:
=== Materia oscura ===
La materia è tutto ciò che occupa uno spazio e ha una sua massa.
{{Vedi anche|Materia oscura}}[[File:Mappa_3D_materia_oscura.jpg|thumb|Mappa tridimensionale della [[materia oscura]] nella porzione di universo rilevato dal [[Telescopio spaziale Hubble|telescopio Hubble]]|300x300px]]
Avevamo osservato che la materia si presenta sotto varie
In cosmologia, effetti a larga scala sembrano indicare la presenza di un incredibile ammontare di [[materia oscura]] che non è associata alla radiazione elettromagnetica. La teoria del [[Big Bang]] richiede che questa materia abbia energia e massa, ma non è composta né da fermioni elementari né da [[bosone (fisica)|bosoni]]. È composta invece da particelle che non sono mai state osservate in laboratorio (forse particelle [[Supersimmetria|supersimmetriche]]).
Forme:le sostanze. Prendiamo l’ acqua e il ferro:
 
-se prendiamo un pezzo di ferro e lo suddividiamo in piccolissime particelle avremo sempre ferro;
=== Materia esotica ===
-invece se abbiamo dell’ acqua e la scomponiamo fino ad avere una molecole di H2o osserveremo che si scompone in 2 atomi di idrogeno H2 ed 1 di ossigeno O. Chiameremo molecola la parte più piccola di una sostanza che mantiene inalterate le caratteristiche della sostanza stessa.
{{Vedi anche|Materia esotica}}
Possiamo quindi suddividere le sostanze in semplici come ferro,oro … o composte come acqua,vetro,marmo…(quindi una molecola di una sostanza composta si scinde in atomi di tipo diverso mentre le sostanze semplici sono formate da atomi dello stesso tipo).
La materia esotica è un ipotetico concetto di particelle fisiche. Si riferisce a ogni materia che viola una o più delle classiche condizioni e non è costituita da particelle barioniche note.
Se noi mettiamo sulla bilancia un oggetto ne misuriamo la massa noteremo che rimane invariata in ogni angolo della terra e l’ unità con cui misuriamo la massa sono i chilogrammi.La massa si misura con la bilancia.
Quando,invece, parliamo di peso ci riferiamo alla gravità con cui la terra attira verso di essa un corpo avente una massa.
Questo genere di forza si chiama forza peso o semplicemente peso.Ovviamente il peso di ogni corpo cambia a seconda del punto in cui ci troviamo,infatti il peso non può essere uguale nel vuoto o in un altro pianeta. Il peso si misura con il dinamometro.
Nel concetto di movimento sono presenti due fattori principali molto importanti che sono la quiete e il moto.
Da cui possiamo capire che:
Un corpo è in quiete,se rispetto a un certo sistema di riferimento, non cambia posizione nel tempo.
Un corpo è in moto, se rispetto a un certo sistema di riferimento la sua posizione cambia nel tempo.
Gli elementi caratteristici del moto sono tre ,quali:il tempo,la velocità e il percorso. Questo ultimo può essere anche rinominato come traiettoria del moto che viene individuato dalla direzione ,dal verso e dalla lunghezza.
Da tutti questi elementi possiamo ricavare che:
La traiettoria del moto definita dalla sua direzione,dal suo verso,e dalla sua lunghezza, ci dà lo spazio percorso.
Tempo,spazio,velocità sono gli elementi o grandezze che caratterizzano il moto di un corpo.
Per misurare le varie grandezze possiamo dedurre che il tempo si misura con i secondi e lo strumento è l’orologio e si dice pertanto una grandezza scalare cioè quelle grandezze che sono definite solo da una misura numerica.
Per lo spazio invece l’unità di misura è il metro con i suoi multipli e sottomultipli
Per quanto riguarda lo spazio possiamo dire che:
Lo spazio percorso è una grandezza vettoriale,in quanto è una grandezza individuata dal valore assoluto,dalla direzione e dal verso.
Una grandezza vettoriale è rappresentata con un segmento orientato ossia il vettore la cui lunghezza ci dà il valore assoluto,la retta a cui appartiene ci indica la direzione,e la freccia il verso.
Per quanto riguarda la velocità possiamo identificarla dicendo che:
La velocità è il rapporto fra lo spazio percorso e il tempo impiegato:
v=s:t
Successivamente vi sono i vari tipi di moto che si distinguono se:
a)la traiettoria descritta è una retta,il moto si dice rettilineo;
b)la traiettoria descritta è una linea curva,il moto si dice curvilineo;secondo il tipo di linea curva,si può avere il moto circolare,il moto parabolico,il moto ellittico ecc.;
c)se la velocità si mantiene costante per tutto il percorso,il moto si dice uniforme;
d)se la velocità varia durante il percorso,il moto si dice vario.
Se un corpo percorre spazi uguali in tempi uguali possiamo identificare questo moto con il nome di moto rettilineo uniforme e possiamo dire che:
s=v.t rappresenta la relazione che lega spazio,tempo e velocità nel moto rettilineo uniforme prende il nome di equazione o legge 0oraria del moto rettilineo uniforme.
s=v.t s=y t=x proporzionalità diretta
A contrapposizione del moto uniforme si contrappone il moto vario che si distingue dal fatto che si percorrono spazi diversi in tempi diversi a differenza del moto uniforme. Durante un giro in biciclette possiamo dire che:
La variazione di velocità,in relazione all’intervallo di tempo in cui avviene,si chiama accelerazione.:
L’accelerazione è il rapporto fra la variazione di velocità e l’intervallo di tempo in cui tale variazione è avvenuta:
a =(v2-v1):T
Oltre al moto si presenta la caduta libera dei corpi che pone al suo principio ilo fatto che se si lascia cadere un oggetto la sua velocità aumenta di 9,8 m/sec
Si chiama forza tutto ciò che determina il cambiamento dello stato di quiete o di un moto di un corpo
Adesso spiegheremo le 3 leggi del moto:
Ogni corpo mantiene il suo stato di quiete o di moto rettilineo uniforme finché non interviene una causa esterna(forza) a modificare tale stato.
L’accelerazione che un corpo subisce sottoposto a una forza è direttamente proporzionale alla forza stessa e inversamente proporzionale alla sua massa.
A ogni azione corrisponde una reazione uguale e contraria.
Se teniamo in mano e un oggetto e lo facciamo cadere esso si dirige verso il basso poiché agisce una forza ,la forza di gravità,che si manifesta nel peso dell’oggetto.
Quindi possiamo affermare che:
La forza peso è una forza verticale,diretta verso il basso,con un’intensità uguale alla somma delle intensità delle varie forze di gravità che agiscono sul corpo;essa è applicata in un punto particolare,detto centro di gravità del corpo o baricentro.
L’equilibrio di un baricentro possiamo dividerlo in stabile,instabile,indifferente.
Si parla di equilibrio stabile se il corpo anche se viene spostato ,ritorna sempre nella sua posizione originaria;
Si parla di equilibrio instabile se il corpo se il corpo si allontana definitivamente dalla sua posizione originaria anche se si compie un piccolo spostamento;
Si parla di equilibrio indifferente se il corpo,anche se viene spostato mantiene la posizione che gli è stata data ed è sempre in equilibrio.
Si può parlare anche di questi 3 tipi di equilibri anche nei corpi sospesi.
Instabile se il punto di sospensione è allineato verticalmente con il baricentro
E si trova al di sotto di esso;
Stabile se il punto di sospensione è allineato con il baricentro e si trova al di sopra di lui;
Indifferente se il punto di sospensione incide con il baricentro.
I punti in cui il corpo tocca il piano d’appoggio sono detti punti di appoggio e nel loro insieme formano un poligono che è detto base di appoggio o poligono di base.
Quando possiamo capire se un corpo appoggiato è in equilibrio?
Un corpo appoggiato su un piano orizzontale è in equilibrio se la verticale passante per il baricentro cade all’interno della base d’appoggio.
Quindi possiamo dire che un corpo è più facilmente in equilibrio maggiore è la sua base d’appoggio
Fino ad ora abbiamo parlato di forze e dell’ equilibrio nei solidi ma anche nei liquidi accade questo fenomeno che è rappresentato con il principio di Archimede e dice che:
Un corpo immerso in un liquido riceve una spinta,detta spinta di Archimede di intensità uguale al peso del volume del liquido spostato e di verso opposto a quello della forza di gravità.
In base a quanto abbiamo detto un corpo immerso in un liquido è sottoposto a due forze:la forza peso che lo attira verso il basso e la spinta di Archimede che lo spinge verso l’alto. Quando queste due forze si contrappongono esattamente il corpo è in equilibrio nel liquido,cioè galleggia.
Parlando sempre di equilibrio a seconda della sostanza e del materiale che noi usiamo avremo un risultato diverso.
Possiamo dedurre che:
1) Se il peso specifico del corpo è maggiore del peso specifico del liquido,il corpo affonda;
2) Se il peso specifico del corpo è inferiore al peso specifico del liquido,il corpo galleggia;
3) Se il peso specifico del corpo è uguale al peso specifico del liquido,il corpo si trova nello stato di equilibrio indifferente.
Da sempre l’uomo ha cercato di capire come trasportare carichi molto pesanti con il minimo sforzo;col tempo si sono cominciate ad operare degli strumenti per tale scopo che presero il nome di macchine;con questo termine si indicano i dispositivi adatti a vincere una forza detta resistenza con la forza dell’uomo detta potenza.
Le macchine che usa quotidianamente l’uomo sono dette leve. Una leva è una asta rigida, libera di ruotare intorno a un punto detto fulcro.
A una estremità dell’asta vi è la forza che deve essere vinta detta resistenza ,che è adatta a vincerla il punto del lato opposto dell’asta ,ovvero, la potenza.
Anche nelle leve è adatto il concetto di equilibrio utilizzato quando:
Una leva è in equilibrio quando il prodotto del,a resistenza per il suo braccio (momento della resistenza)è uguale al prodotto della potenza per il suo braccio(momento della potenza):
R x br = p x bp
In base alla posizione del fulcro,della potenza e della resistenza si distinguono leve di primo genere,di secondo genere e di terzo genere. Possiamo determinare anche quando una leva si dice vantaggiosa.
Per vantaggio di una leva si intende la possibilità di vincere una grande resistenza con una piccola potenza,ovvero con una potenza inferiore alla resistenza.
In questo senso una leva può essere vantaggiosa,svantaggiosa e indifferente:
è vantaggiosa se P < R,cioè quando bp > br
è svantaggiosa se P > R,cioè quando bp < br
è indifferente se P = R,cioè quando bp = br
 
== Note ==
Riprendendo il discorso del genere delle leve diciamo:
<references/>
leve di primo genere: il fulcro è tra la resistenza e la potenza può essere vantaggiosa,svantaggiosa indifferente;
leve di secondo genere: la resistenza è tra il fulcro e la potenza è sempre vantaggiosa;
leve di terzo genere: la potenza è tra il fulcro e la resistenza è sempre svantaggiosa.
 
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