Una
costante fisica è un "qualcosa" di universale in natura, il suo valore rimane invariato indipendentemente dal luogo e dal tempo. Significa che in tutti i punti
dell'universo valgono tali costanti.
In realtà, se vogliamo essere precisi, una
costante fisica può essere di due tipi:
- Grandezza fisica cioè una grandezza dimensionata, formata da un numero e da una unità di misura, che dipendono dal sistema di unità di misura che stiamo utilizzando;
- Numero adimensionale che rappresenta un numero puro, senza unità di misura.
Velocità della luce nel vuoto
La
velocità della luce nel vuoto rappresenta la velocità di propagazione di un onda elettromagnetica. Viene indicata con la lettera \(c\) e il suo valore è pari circa a
$$ c=300000 \frac{km}{s} $$
Secondo la
relatività ristretta, essa è costante indipendentemente dal sistema di riferimento utilizzato. Rappresenta inoltre la massima velocità raggiungibile nell’universo.
Questa grandezza assume un ruolo chiave per il nuovo concetto di
spazio-tempo introdotto da albert einstein. Tale costante compare nella famosissima formula ideata da
albert einstein, che mette in relazione l'energia con la massa
$$ E=mc^2 $$
Costante di Planck
La
costante di Planck, indicata con \(h\), è una costante fondamentale per la
meccanica quantistica. Prende il nome dal fisico tedesco
Max Planck. Essa ci dice che l’energia non può assumere un valore qualsiasi, si dice essere
quantizzata, ovvero puo assumere solo valori multipli di tale costante.
Il suo valore è pari a
$$ h=6,62\cdot 10^{-34}J\cdot s $$
Questa costante la ritroviamo in diverse occasioni.
L'energia associata ad un
quanto di frequenza \(v\) è pari, dalla relazione di Einstein, a
$$ E=h\cdot v $$
La ritroviamo anche nel famoso principio di
indeterminazione di Heisenberg secondo cui le incertezze nella determinazione della
posizione e della
quantità di moto di un elettrone devono rispettare la seguente relazione
$$ \Delta x\cdot \Delta p_x\geq \frac{\hbar}{2} $$
Dove \(\hbar\) rappresenta la
costante di Planck ridotta
$$ \hbar= \frac{h}{2\pi} $$
Costante di gravitazione universale
La
costante di gravitazione universale,indicata con \(G\), è la costante di proporzionalità che entra in scena nella legge di gravitazione universale formulata da
Newton. Il suo valore è pari circa a
$$ G=6,67\cdot 10^{-11}\frac{Nm^2}{kg^2} $$
Il suo valore non dipende dalle masse utilizzate per il calcolo sperimentale. Fu
Henry Cavendish nel 1798 il primo a procedere con il suo calcolo nel famoso
esperimento di Cavendish. La debolezza dell interazione gravitazionale rispetto alle altre forze è dovuta proprio alla presenza di questa costante nella
legge di gravitazione universale
$$ F_g=G\cdot\frac{m_1m_2}{d^2} $$
Carica elementare
La
carica elementare, si riferisce al quanto di carica elettrica. Viene indicata con \(e\) ed il suo valore è pari circa a
$$ e=1,602176\cdot 10^{-19}C $$
Il
protone assume tale quantità (anche se non esattamente) però positiva, mentre per
l'elettrone è negativa.
In natura non è possibile trovare una carica che non sia un
multiplo della
carica elementare. La carica dunque risulta essere quantizzata.
Costante dielettrica nel vuoto
La
costante dielettrica nel vuoto è una costante che ci da una misura delle
proprietà elettriche del vuoto. Viene indicata con \(\epsilon_0\) e il suo valore è pari circa a
$$ \epsilon_0=8,8541\cdot 10^{-12}\frac{C^2}{Nm^2} $$
Entra in scena nella famosa
legge di Coulomb che ci da una misura della forza esercitata da un campo elettrico su una carica elettrica
$$ F_e=\frac{1}{4\pi\epsilon_0}\cdot \frac{Q\cdot q}{d^2} $$
Permeabilità magnetica nel vuoto
La
permeabilità magnetica nel vuoto è una costante che ci da una misura delle
proprietà magnetiche del vuoto. Viene indicata con \(mu_0\) e il suo valore è pari circa a
$$ \mu_0=1,26\cdot 10^{-6} \frac{H}{m} $$
La permeabilità magnetica di un materiale è una grandezza fisica che esprime l'attitudine di quel materiale a
magnetizzarsi in presenza di un campo magnetico.
La
permeabilità magnetica nel vuoto e la
costante dielettrica nel vuoto sono legate alla velocità della luce tramite la seguente formula
$$ \mu_0\cdot\epsilon_0=\frac{1}{c^2} $$