ANGICO E SUAS LENDAS: FISICA SEGUNDA PARTE

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)^[20], 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[modifica | modifica wikitesto]

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[modifica | modifica wikitesto]

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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'Angstrom, 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[modifica | modifica wikitesto]

Lo stesso argomento in dettaglio: Ingegneria.

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[modifica | modifica wikitesto]

Lo stesso argomento in dettaglio: Econofisica.

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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 e i 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[modifica | modifica wikitesto]

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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^[21].

Ad oggi la fisica mantiene stretti rapporti con la filosofia attraverso branche come l'epistemologia e la filosofia della scienza.

Contributi e sviluppi conoscitivi[modifica | modifica wikitesto]

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

Note[modifica | modifica wikitesto]

^ 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» - P.A.M. Dirac - The principles of quantum mechanics - 4ª ed. Oxford Clarendon Press 1958 - Cap. 1
^ DISF - Dizionario Interdisciplinare di Scienza e Fede | Chimica
^ Ad esempio Newton intitolò un suo famoso scritto del 1687 "Philosophiae Naturalis Principia Mathematica", "I principi matematici della filosofia naturale".
^ 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
^ Turchetti, pp. 2-3
^ 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.
^ 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
^ 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".
^ Turchetti, p. 10
^ 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.
^ 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.
^ Ad esempio, per presentare la misura della lunghezza del lato di un tavolo si può scrivere: $L=(0,24\pm 0,02)m$ $L=(0,24\pm 0,02)m$
^ La giustificazione matematica di questa procedura risiede nel teorema del limite centrale
^ 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 $1\sigma$ $1\sigma$ con un livello di confidenza (o confidence level, CL) del 68%.
^ 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.
^ Nell'esempio $L=(0,24\pm 0,02)m$ $L=(0,24\pm 0,02)m$ , l'incertezza assoluta è 0,02 m, l'incertezza relativa è 0,083 e l'incertezza percentuale è dell'8,3%.
^ 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
^ The Columbia Encyclopedia
^ Galileo chiama la fisica con il suo antico nome, cioè "Filosofia della Natura".
^ Il campionamento statistico non va confuso con il campionamento dei segnali.
^ 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[modifica | modifica wikitesto]

Michelangelo Fazio, SI, MSKA, CGS & Co., dizionario e manuale delle unità di misura, Bologna, Zanichelli, 1995, ISBN 88-08-08962-2.
Enrico Turchetti, Romana Fasi, Elementi di Fisica, 1ª ed., Zanichelli, 1998, ISBN 88-08-09755-2.
(EN) David Halliday, Robert Resnick, Jearl Walker, Fundamentals of Physics, 9ª ed., John Wiley and Sons, 2010, ISBN 0-470-46911-0.
(EN) The Columbia Encyclopedia - "physics", New York, Columbia University Press, 2008.