Appunti di fisica: Metodo scientifico, unità di misura ed errori

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Categoria:	Fisica
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Appunti di Fisica

Metodo scientifico

La fisica fino al ‘5-‘600 era accorpata alla filosofia come scienza naturale e il sapere era dogmatico, relegato alle classi più alte e basato sulle concezioni aristoteliche.
Con l’ascesa della classe mercantile nasce la necessità di una tecnologia più adeguata ai nuovi bisogni commerciali o riguardanti il trasporto delle merci quindi arretra per motivi economici questa mentalità dogmatica.
Gli scienziati cominciano a osservare la natura e i fenomeni che la riguardano liberi dai concetti imposti dalla religione cristiana. Il metodo scientifico di Galileo Galilei, su cui si basano tutti i principi metafisici, parte proprio dall’osservazione accurata dei fenomeni seguita da numerosi esperimenti e se i risultati di questi coincidono dall’enunciazione di una legge sperimentale che esprima la regolarità rilevata.
Nel metodo scientifico in seguito lo scienziato si propone di interpretare i fenomeni osservati e dare a questi risposte soddisfacenti formulando un’ipotesi; infine razionalizza i fenomeni per classificarli e spiegarli con una teoria che è generalmente formata da alcune ipotesi che nel loro insieme riescono a collegare un gran numero di fenomeni.
Uno degli oggetti delle osservazioni di Galilei infatti era costituito dai satelliti di Giove osservati grazie al cannocchiale, per la chiesa strumento del demonio. Questa evoluzione del sapere scientifico ha portato alla confutazione delle teorie di Aristotele; ad esempio il principio di Nerz, che afferma che in assenza di forze che ne deformino lo stato un corpo persiste nel suo moto rettilineo uniforme, confuta il sistema aristotelico dei fini e delle cause.
Nell’epoca moderna inoltre si comincia a rieffettuare esperimenti su tesi già affermate per riverificarne la validità variando continuamente il processo e trovare così un nesso di causa ed effetto. La scienza si propone comunque non tanto di spiegare il perché di ciò che osserva ma di spiegare il come al fine di arrivare a controllare i fenomeni.

Unità di misura ed errori

In questo periodo il sapere non veniva messo in comune fra le diverse civiltà innanzitutto perché i mezzi di trasporto non consentivano una comunicazione facile e veloce e in secondo luogo poiché ogni stato aveva le proprie unità di misura.
Un fenomeno acquista validità scientifica solo quando a esso sono associate delle proprietà misurabili chiamate grandezze fisiche. Per misurare tali grandezze è necessario confrontarle con l’unità di misura scelta ovvero le grandezza a cui corrisponde arbitrariamente il valore 1.
Fino alla metà del ‘900 circa è esistito il congresso di Pesi e Misure che si teneva a Sèvre vicino Parigi dove gli scienziati si riunivano per tarare i propri strumenti scientifici.
Oggi invece per effettuare la taratura di uno strumento si fa affidamento ai fenomeni naturali, ad esempio per il metro si ricorre all’uso di uno spettrometro misurando lo spazio che intercorre tra un’onda e un’altra.
Nel 1960 è stato creato durante la Conferenza Generale di Pesi e Misure il Sistema Internazionale (S.I.) o M.K.S. ovvero l’insieme delle sette grandezze fondamentali e delle grandezze derivate con le relative unità di misura adottate in sede scientifica. Dopo il S.I. vi è il C.G.S.
La misurazione di una grandezza può essere diretta, e quindi effettuata mediante il confronto diretto tra la grandezza assunta come campione e quella da misurare, oppure indiretta, ne sono esempi la misurazione di una superficie, di un volume o della temperatura effettuata grazie a uno strumento tarato.
Gli strumenti possono essere sensibili o precisi e ogni strumento ha un intervallo in cui è verificabile. Ad esempio per misurare la lunghezza di questo foglio sarà sufficiente l’uso di una squadra mentre per misurare la distanza fra Roma e Milano sarà più appropriato l’uso di un contachilometri.
Ovviamente nella misurazione di una grandezza si possono effettuare degli errori. In Fisica gli errori si distinguono in accidentali e sistematici. Gli errori accidentali sono errori dettati dal caso che possono derivare da tante cause che se pur note non sono quantificabili come ad esempio variazioni della temperatura o di un campo magnetico. L’errore di parallasse è un errore casuale che si commette nella lettura su una scala graduata, quando, a causa di un punto di osservazione non opportuno l’indice non si proietta ortogonalmente su di essa. Per ridurre a posteriori il margine degli errori accidentali si può effettuare la media dei risultati ottenuti ricorrendo alla teoria degli errori di Gauss. Gli errori sistematici invece sono determinati dall’imprecisione costitutiva dello strumento e per rimediare ad essi è necessario effettuare la taratura dello strumento scientifico. Ad esempio la taratura di un termometro si effettua mediante la misurazione della temperatura dell’acqua in ebollizione e in fusione, ricordando che l’acqua deve essere pura e la pressione costante.