Materia (fisica): differenze tra le versioni

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Versione delle 11:45, 26 mag 2007

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{{S|fisica|chimica}}

Con la parola '''materia''' si raggruppano tutte quelle grandezze scientificamente osservabili: più semplicemente la definizione è limitata a quelle entità investigate dalla [[fisica]].

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.

La materia che osserviamo è generalmente nella forma di [[composto chimico|composti chimici]], di [[polimeri]], [[lega (metallurgia)|leghe]] o [[elemento chimico|elementi]] puri.

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]].

Tutti gli oggetti occupano uno spazio che non può essere occupato contemporaneamente da un altro oggetto quindi:

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.

Perciò la quantità non è cambiata e la chiamiamo massa.

Quindi:

La materia ha una massa che non cambia anche se variano la sua forma e il suo volume.

Possiamo così affermare che:

La materia è tutto ciò che occupa uno spazio e ha una sua massa.

Avevamo osservato che 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 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.

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).

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

Riprendendo il discorso del genere delle leve diciamo:

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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