Per chi comincia - Le Radio di Sophie - Beginner's corner

Un pochino di Fisica

(tutto parte dalla Meccanica)

L. Mureddu

Piccola premessa. Parlando con i vari appassionati di radio, specie negli ultimi tempi mi accorgo che molti non hanno in mente i concetti basilari della fisica, quelli da cui discendono tutte le leggi e tutte le formule, anche nel campo elettrico ed elettronico. Ecco il motivo di questa chiacchierata e delle successive...

Vi ricordate a scuola? per chi l’ha fatta, la fisica comincia sempre dalla meccanica, a sua volta divisa in cinematica, statica, dinamica. Non vi ricordate? non fa niente! Di fatto questa è la parte più antica della fisica, anche dal punto di vista storico. Tutti sappiamo che gli antichi egizi conoscevano bene l’uso del piano inclinato per sollevare corpi pesantissimi, e Archimede di Siracusa disse “datemi una leva e vi solleverò il mondo” quasi duemilacinquecento anni fa. Questi sono esempi di meccanica dei corpi. I concetti sono noti a tutti e presenti nel linguaggio comune: forza, spostamento, velocità, accelerazione, lavoro, energia, potenza, tempo...

Non di tutti però il concetto comune coincide con la definizione fisica, e sarà bene rivederli rapidamente e introdurre le relative unità di misura. L’insieme delle unità di misura dirette, indirette, fondamentali o derivate si chiama sistema di misura. Nel mondo ormai il sistema più diffuso è il Sistema Internazionale detto anche Sistema Metrico Decimale, basato su alcune unità fondamentali da cui derivano tutte le altre e sull’uso di multipli e sottomultipli in base 10 (con poche eccezioni). Per esempio il metro è l’unità fondamentale per la lunghezza, il secondo per il tempo, ciascuno coi multipli e sottomultipli che ben conosciamo (decimetro, centimetro, chilometro, millisecondo, microsecondo...). Le unità fondamentali sono sette in tutto. Le altre discendono, ossia si possono calcolare in base a fenomeni che collegano le une alle altre.

Per misurare la velocità di un’automobile potremmo usare una grandezza indipendente da tutte le altre, per esempio il “panda”, che potrebbe essere la velocità di una particolare Fiat Panda lanciata al massimo in particolari condizioni. Multipli e sottomultipli potrebbero essere il decipanda, il kilopanda rispettivamente un decimo o mille volte l’unità di misura, e così via. Ti potrebbero mettere la multa se raggiungi i 0,3 panda nel centro abitato. Facile? magari, comodo non tanto. Più comodo e ripetibile è utilizzare una grandezza derivata. Si definisce velocità il rapporto tra spazio percorso e tempo impiegato, dato che sappiamo già misurare spazi (metro) e tempi (secondo). Con metro e cronometro possiamo misurare la velocità di qualunque corpo in movimento rispetto a qualunque sistema di riferimento, senza dover conservare un’automobile campione con tutti i rischi che ciò comporta.

Venendo ai concetti di meccanica che possono essere utili all'elettronico, e abbandonando il mondo dell'automobile, i principali sono senza dubbio quelli di forza, di lavoro, di energia e di  potenza.

• Forza è una causa che può provocare una variazione nel moto di un corpo. Per esempio la gravità costringe un sasso lanciato per aria a ricadere, la forza propulsiva del motore (o delle gambe del ciclista) provoca la rotazione delle ruote e lo spostamento di un mezzo, la forza dei freni provoca l’arresto di un veicolo. Per definire una forza non basta dare un numero, ma occorre dare anche una direzione e un punto d’applicazione. Infatti la forza è una grandezza vettoriale. Si misura in newton (N).

• Lavoro è un’interazione tra due sistemi con scambio di energia, attraverso l’azione di una forza o della risultante di più forze (vedi energia qua sotto). Si misura in joule (J)

• Energia è la capacità fisica di compiere un lavoro, da parte di un qualunque sistema. Per esempio un peso sollevato dal suolo può compiere un lavoro ricadendo (energia potenziale), un corpo in movimento uniforme può compiere un lavoro (negativo) quando viene fermato (energia cinetica). Si misura in joule (J)

• Potenza è la quantità di lavoro compiuta da un sistema nell’unità di tempo, ossia la capacità di un sistema di fornire energia a un altro sistema. Ad esempio la potenza di un motore è la capacità di fornire energia al sistema trasmissione-ruote per far muovere un’automobile. Si misura in watt (W). Un watt è la potenza di un sistema che può svolgere il lavoro di un joule ogni secondo (1W=1J/s)

Parlando di energia, che abbiamo definito come una capacità di compiere lavoro, bisogna citare (e ricordare) un principio fondamentale che sta alla base della fisica e si chiama

Principio di conservazione dell’energia: In un sistema isolato l’energia può essere trasformata da una forma all’altra, ma la quantità totale resta invariata nel tempo.

Quali siano le varie forme di energia lo sappiamo, almeno per le principali: meccanica, elettrica, termica, chimica, elettromagnetica, nucleare eccetera. Le reciproche trasformazioni sono a volte semplicissime e spontanee, a volte richiedono particolari sistemi (generatori). Per esempio è molto facile ottenere energia termica (calore) a partire da una qualunque delle altre, mentre è meno semplice ottenere energia elettrica. Ecco perché abbiamo dovuto aspettare fino al XIX secolo per poter giocare con l’elettricità. Nella prossima chiacchierata ci occupiamo proprio di fisica elettrica.