Introduzione al corso. Fenomeni fisici e grandezze fisiche. Sistema internazionale di unità di
misura. Unità derivate, unità pratiche e fattori di ragguaglio. Analisi dimensionale. Cinematica
unidimensionale del punto materiale: posizione, velocità media e istantanea, accelerazione media e
istantanea. Legge oraria del moto rettilineo uniformemente accelerato e del moto rettilineo
uniforme. 2
Esempi ed esercizi di moti unidimensionali. Moto armonico semplice. Moto su di un piano e nello
spazio: sistemi di riferimento cartesiano ortogonale e polare nel piano. Moto circolare. Relazione tra
variabili spaziali e angolari.
Grandezze scalari e vettoriali. Uguaglianza tra vettori. Somma tra vettori mediante metodo grafico.
Componenti scalari di un vettore e somma di un vettore mediante le componenti. Prodotto di un
vettore per uno scalare. Versori. Componenti vettoriali. Prodotto scalare tra due vettori e sue
proprietà. Esempi.
Prodotto vettoriale e sue proprietà. Applicazioni. Derivata ed integrale di un vettore. Derivata di un
vettore di modulo costante. Cinematica vettoriale: vettore posizione, vettore spostamento, velocità
vettoriale media ed istantanea, accelerazione vettoriale media ed istantanea. Accelerazione
tangenziale ed accelerazione centripeta.
Moto piano con accelerazione costante. Esempio: moto di un proiettile. Accelerazione tangenziale e
centripeta nel moto circolare. Moti relativi: composizione dei movimenti; esempio numerico.
Sistemi inerziali e trasformazioni galileiane. Concetto intuitivo di forza. Principio di inerzia e prima
legge di Newton. Massa. Seconda legge di Newton.
Densità. Statica del punto materiale. Concetto di equilibrio. Quantità di moto e sua conservazione.
Impulso e teorema dell'impulso. Terza legge di Newton. Principio di conservazione della quantità di
moto; esempio. Forza peso. Forza elastica. legge oraria del moto di un corpo soggetto alla sola forza
elastica.
Reazione vincolare (vincolo liscio). Moto lungo un piano inclinato liscio. Attrito. Coefficienti di
attrito statico e dinamico. Esempio numerico. Tensione dei fili. Esempio. Componenti tangenziale e
centripeta della forza.
Enunciato della legge di gravitazione universale. Satelliti in orbita geostazionaria. Variazione
dell'accelerazione di gravità con l'altezza dal suolo. Massa della Terra. Pendolo semplice. Lavoro di
una forza. Lavoro di una forza costante; lavoro della forza peso; lavoro della forza elastica; lavoro
della forza di attrito radente.
Potenza. Energia cinetica e teorema dell'energia cinetica. Esempi. Forze conservative. Esempio per
la forza peso e la forza di attrito lungo un piano inclinato. Lavoro su una traiettoria chiusa. Energia
potenziale. Energia potenziale per la forza peso e per la forza elastica. Energia meccanica e sua
conservazione. Energia potenziale gravitazionale. Esempi: velocità di fuga di un corpo dal campo
gravitazionale della Terra; dimensioni di un buco nero di massa uguale a quella della Terra.
Bilancio energetico in presenza di forze non conservative. Esercizio numerico. Forza come
gradiente dell'energia potenziale. Esempi. Momento di una forza. Momento della quantità di moto.
Teorema del momento della quantità di moto. Teorema del momento dell'impulso di una forza.
Lavoro su di un corpo in rotazione.
Carica elettrica. Legge di Coulomb. Costante dielettrica del vuoto. Unità di carica. Forze nell'atomo
di idrogeno. Campo elettrico. Esercizio numerico. Linee di campo.
Campo elettrico di una distribuzione estesa di carica. Esempio: calcolo del campo elettrico sull'asse
di un anello uniformemente carico. Energia potenziale e potenziale elettrostatici. Relazione tra
campo e potenziale elettrostatici. Circuitazione di un campo vettoriale. Conservazione dell'energia
in un campo elettrostatico. Esempio numerico. L'elettronvolt.
Esempi ed esercizi numerici.
Linee di campo e superfici equipotenziali. Dipolo elettrico. Potenziale e campo elettrostatici
generati da un dipolo elettrico. Dipoli in natura. Energia potenziale di un dipolo in un campo
elettrico. Forza agente e momento delle forze su un dipolo in un campo elettrostatico. Flusso di un
campo vettoriale.
Flusso del campo elettrico generato da una carica puntiforme posta al centro di una superficie
sferica. Legge di Gauss in forma integrale. Campo e potenziale elettrostatici generati da: un guscio
sferico uniformemente carico, un piano uniformemente carico, due piani paralleli carichi
uniformemente con densità di carica uguali ed opposte. Conduttori ed isolanti. Proprietà dei
conduttori in equilibrio in un campo elettrostatico.
Campo elettrico sulla superficie di un conduttore in equilibrio. Conduttori cavi e schermo
elettrostatico. Esempi: scarica a terra; effetto delle punte. Condensatori. Capacità del condensatore
ad armature piane parallele. Capacità del conduttore sferico. Condensatori di capacità 1 F.
Collegamento in serie dei condensatori.
Collegamento in parallelo dei condensatori. Esempio su come si procede in presenza di entrambi i
collegamenti. Energia elettrostatica del condensatore; energia del campo elettrico. Esercizi
numerici. Cenni sulla polarizzazione dei dielettrici. Esercizio numerico.
Intensità della corrente elettrica. Densità di corrente elettrica. Intensità di corrente come flusso del
vettore densità di corrente. Legge di Ohm. Resistività e conducibilità elettriche. Velocità di deriva
(con esempio numerico). Potenza elettrica ed effetto Joule. Cenni sui generatori di forza
elettromotrice. Legge di Ohm generalizzata. Potenza fornita dal generatore.
Resistori equivalenti ai collegamenti in serie e in parallelo (con esempio numerico). Generatori di
forza elettromotrice reali. Esercizio numerico. Processi di carica e scarica del condensatore. Lavoro
del generatore. Esercizio numerico.
Definizione operativa del vettore campo magnetico mediante la forza che agisce su di una carica
elettrica. Il campo magnetico non è conservativo. Forza di Lorentz. Flusso del campo magnetico.
Moto di una carica in un campo magnetico uniforme. Seconda legge elementare di Laplace. Forza
su un filo piano di forma qualsiasi percorso da corrente. Prima legge elementare di Laplace.
Permeabilità magnetica del vuoto. Enunciato della legge di Ampère in forma integrale. Legge di
Biot-Savart ricavata dalla legge di Ampère. Forza tra fili rettilinei percorsi da corrente e definizione
dell'ampère.
Esercizi numerici ed applicazioni. Cenni sulle proprietà magnetiche della materia. Induzione
elettromagnetica: legge di Faraday-Henry-Neumann in forma integrale. Principio di funzionamento
del trasformatore ad induzione. Autoinduzione. Induttanza.
Circuito RLC in serie. Mutua induzione. Cenno sull'energia del campo magnetico. Legge di
Ampère-Maxwell in forma integrale. Equazioni di Maxwell. Onde. Equazione di D'Alembert e
funzione d'onda. Onde armoniche e loro parametri caratteristici. Cenno al teorema di Fourier.
Onde piane e sferiche, longitudinali e trasversali. Onde elettromagnetiche piane. Velocità di
propagazione ed indice di rifrazione. Energia ed intensità delle onde elettromagnetiche. Cenni sulla
polarizzazione delle onde. Leggi di Cartesio per la riflessione e la rifrazione della luce. Angolo
limite e guide di luce. Esercizio.
