INDICE GENERALE
CAPITOLO 1 – METROLOGIA E CINEMATICA
1.1 - MISURA DELLE GRANDEZZE FISICHE .............................................................................................. 1
1.1.1 - Sistema Internazionale delle unità di misura ...................................................................... 1
1.1.2 - Notazione scientifica e ordine di grandezza ....................................................................... 2
1.1.3 - Cifre significative ............................................................................................................... 4
1.1.4 - Errori nelle misure .............................................................................................................. 6
1.1.5 - Propagazione dell’incertezza .............................................................................................. 7
1.2 – CINEMATICA .......................................................................................................................................... 8
1.2.1 - Moto rettilineo uniforme..................................................................................................... 8
1.2.2 - Moto con variazioni a gradino della velocità.................................................................... 11
1.2.3 - Moto rettilineo uniformemente accelerato........................................................................ 12
1.2.4 - Moto circolare uniforme ................................................................................................... 14
1.2.5 - Velocità tangenziale e accelerazione centripeta ............................................................... 15
CAPITOLO 2 – STATICA
2.1 - EQUILIBRIO DEI CORPI APPOGGIATI E SOSPESI .......................................................................... 17
2.2 - EQUILIBRIO DEL CORPO APPOGGIATO SUL PIANO INCLINATO ............................................. 20
2.2.1 - Coefficiente d’attrito ......................................................................................................... 21
2.2.2 - Angolo limite e coefficiente d’attrito statico .................................................................... 22
2.2.3 - Coefficiente d’attrito dinamico ......................................................................................... 22
2.2.4 - Coefficiente d’attrito in funzione dell’angolo d’inclinazione ........................................... 22
2.2.5 - Forza d’attrito in funzione dell’angolo d’inclinazione ..................................................... 23
2.3 - TRAVE CON DUE APPOGGI................................................................................................................ 25
2.3.1 - Momenti delle forze.......................................................................................................... 25
2.3.2 - Reazioni vincolari degli appoggi ...................................................................................... 26
2.3.3 - Teorema dei momenti ....................................................................................................... 26
2.4 - TRAVE CON UNA CERNIERA ............................................................................................................ 28
2.4.1 - Leva di primo genere ........................................................................................................ 28
2.4.2 - Leva di secondo genere .................................................................................................... 29
2.4.3 - Leva di terzo genere.......................................................................................................... 30
2.5 - SOLLECITAZIONE A TRAZIONE E A COMPRESSIONE ................................................................. 31
2.5.1 - Sollecitazione a trazione ................................................................................................... 31
2.5.2 - Sforzo tensile e stiramento................................................................................................ 31
2.5.3 - Sollecitazione a compressione .......................................................................................... 33
2.6 - SOLLECITAZIONE A FLESSIONE ...................................................................................................... 34
2.6.1 - Momento quadratico di una superficie ............................................................................. 34
2.6.2 - Sforzo tensile determinato dalla flessione ........................................................................ 36
2.6.3 - Sforzo tensile dell’osso sottoposto a flessione ................................................................. 37
2.6.4 - Diagramma del momento flettente ................................................................................... 37
2.7 - SOLLECITAZIONE A TORSIONE ....................................................................................................... 39
2.7.1 - Momento quadratico polare .............................................................................................. 39
2.7.2 - Sforzo tensile determinato dalla torsione.......................................................................... 40
CAPITOLO 3 – LEGGI DI NEWTON E CONSERVAZIONE DELL’ENERGIA
3.1 - LEGGI DI NEWTON .............................................................................................................................. 43
3.1.1 - Prima legge di Newton ..................................................................................................... 43
3.1.2 - Seconda legge di Newton ................................................................................................. 45
3.1.3 - Terza legge di Newton ...................................................................................................... 47
3.1.4 - Leggi di Newton applicate a un sistema di due masse...................................................... 48
3.1.5 - Variazioni a gradino della forza motrice e moto vario ..................................................... 49
3.1.6 - Seconda legge di Newton applicata al moto circolare uniforme ...................................... 51
3.1.7 - Seconda legge di Newton applicata al moto dei satelliti .................................................. 52
3.1.8 - Seconda legge di Newton applicata al pendolo ................................................................ 54
3.1.9 - Seconda legge di Newton applicata al sistema massa-molla ............................................ 55
3.2 - BILANCIO ENERGETICO ..................................................................................................................... 56
3.2.1 - Bilancio energetico nel moto uniformemente accelerato.................................................. 56
3.2.2 - Potenza meccanica sviluppata dal motore ........................................................................ 57
3.2.3 - Bilancio energetico nel moto uniforme ............................................................................ 58
3.2.4 - Bilancio energetico nel moto uniformemente decelerato ................................................. 59
3.2.5 - Energia potenziale ............................................................................................................ 60
3.2.6 - Bilancio energetico per una massa in moto sul piano inclinato ........................................ 60
3.2.7 - Bilancio energetico per una massa in caduta libera o lanciata verso l’alto....................... 63
CAPITOLO 4 – MECCANICA DEI FLUIDI
4.1 - PRINCIPIO DI ARCHIMEDE ................................................................................................................ 65
4.1.1 - Corpo che galleggia .......................................................................................................... 65
4.1.2 - Rapporto d’immersione .................................................................................................... 66
4.1.3 - Corpo cavo che galleggia.................................................................................................. 67
4.1.4 - Corpo che affonda............................................................................................................. 68
4.2 - CONSERVAZIONE DELL’ENERGIA PER I FLUIDI.......................................................................... 69
4.2.1 - Pressione assoluta e pressione relativa ............................................................................. 69
4.2.2 - Energia specifica............................................................................................................... 70
4.2.3 - Equazione di continuità .................................................................................................... 71
4.2.4 - Conservazione dell’energia per i liquidi ........................................................................... 72
4.2.5 - Condotta a sezione costante in pendenza.......................................................................... 72
4.2.6 - Condotta orizzontale con riduzione della sezione ............................................................ 73
4.2.7 - Stenosi dell’arteria ............................................................................................................ 74
4.2.8 - Aneurisma dell’arteria ...................................................................................................... 75
4.2.9 - Legge di Stevin ................................................................................................................. 75
4.3 - LEGGE DI LAPLACE E LEGGE DI POISEUILLE .............................................................................. 76
4.3.1 - Legge di Laplace per cavità con pareti elastiche .............................................................. 76
4.3.2 - Dilatazione del cuore ........................................................................................................ 78
4.3.3 – Minzione .......................................................................................................................... 78
4.3.4 - Legge di Laplace per le arterie ......................................................................................... 78
4.3.5 - Legge di Poiseuille ........................................................................................................... 78
4.3.6 - Circolo sistemico a riposo e sotto sforzo .......................................................................... 79
4.3.7 - Resistenza idraulica e raggio delle arterie ........................................................................ 80
4.3.8 - Raggio equivalente del circolo sistemico ......................................................................... 81
4.3.9 - Potenza della cuore ........................................................................................................... 82
4.3.10 - Meccanica respiratoria e compliance polmonare............................................................ 83
4.3.11 - Respirazione naturale...................................................................................................... 84
4.3.12 - Respirazione forzata ....................................................................................................... 85
4.3.13 - Pressione intrapleurica .................................................................................................... 86
4.3.14 - Tensione superficiale ...................................................................................................... 86
4.3.15 – Capillarità ....................................................................................................................... 87
4.3.16 - Embolia gassosa.............................................................................................................. 89
CAPITOLO 5 – TERMOLOGIA
5.1 - TEMPERATURA .................................................................................................................................... 93
5.1.1 - Temperatura e velocità quadratica media ......................................................................... 93
5.1.2 - Scale termometriche ......................................................................................................... 94
5.2 - DILATAZIONE TERMICA .................................................................................................................... 96
5.2.1 - Dilatazione lineare ............................................................................................................ 96
5.2.2 - Dilatazione volumica ........................................................................................................ 96
5.2.3 - Comportamento anomalo dell’acqua ................................................................................ 97
5.3 - CALORE SENSIBILE E CALORE LATENTE...................................................................................... 98
5.3.1 - Calore specifico ................................................................................................................ 98
5.3.2 - Calore sensibile................................................................................................................. 99
5.3.3 - Equilibrio termico ............................................................................................................. 99
5.3.4 - Calore latente .................................................................................................................. 100
CAPITOLO 6 – TRASMISSIONE DEL CALORE
6.1 - POTENZA TERMICA E RESISTENZA TERMICA ........................................................................... 103
6.2 – CONDUZIONE ..................................................................................................................................... 103
6.3 – CONVEZIONE ..................................................................................................................................... 105
6.4 – IRRAGGIAMENTO ............................................................................................................................. 106
6.5 - BILANCIO ENERGETICO DEL CORPO UMANO............................................................................ 107
6.5.1 - Potenza metabolica ......................................................................................................... 107
6.5.2 - Potenza basale................................................................................................................. 107
6.5.3 - Relazione tra potenza meccanica e potenza metabolica ................................................. 108
6.5.4 - Equilibrio termico del corpo umano ............................................................................... 112
6.5.5 – Psicrometria ................................................................................................................... 113
6.5.6 - Pressione di saturazione .................................................................................................. 114
6.5.7 - Densità di saturazione ..................................................................................................... 114
6.5.8 - Umidità specifica ............................................................................................................ 115
6.5.9 - Umidità relativa .............................................................................................................. 115
6.5.10 - Potenza termica dissipabile attraverso l’evaporazione del sudore ................................ 115
CAPITOLO 7 – PRIMO E SECONDO PRINCIPIO DELLA TERMODINAMICA
7.1 - TRASFORMAZIONI TERMODINAMICHE ....................................................................................... 117
7.1.1 - Equazione di stato ........................................................................................................... 117
7.1.2 - Densità del gas ................................................................................................................ 117
7.1.3 - Trasformazione isocora .................................................................................................. 118
7.1.4 - Trasformazione isobara .................................................................................................. 119
7.1.5 - Trasformazione isoterma ................................................................................................ 121
7.1.6 - Trasformazione adiabatica .............................................................................................. 122
7.2 - PRIMO PRINCIPIO DELLA TERMODINAMICA ............................................................................. 123
7.3 - SECONDO PRINCIPIO DELLA TERMODINAMICA ....................................................................... 125
7.3.1 - Rendimento ed efficienza ............................................................................................... 126
7.3.2 - Consumo di combustibile ...............................................................................................126
7.3.3 - Consumo specifico di combustibile ................................................................................ 127
7.3.4 - Consumo di combustibile riferito all’unità di tempo ...................................................... 127
7.3.5 – Entropia .......................................................................................................................... 128
7.3.6 - Variazioni di entropia nel processo di fusione del ghiaccio ........................................... 129
7.3.7 - Variazioni di entropia nel processo di solidificazione dell’acqua .................................. 130
7.3.8 - Variazioni di entropia di due corpi messi a contatto....................................................... 131
CAPITOLO 8 – CIRCUITO ELETTRICO
8. 1 - INTENSITÀ DI CORRENTE ELETTRICA ........................................................................................ 135
1.1.1 - Corrente e densità di corrente ......................................................................................... 136
8.2 - DIFFERENZA DI POTENZIALE TRA I MORSETTI DEL GENERATORE ELETTRICO.............. 137
8.2.1 - D.d.p tra i morsetti del generatore nel funzionamento a vuoto ....................................... 138
8.2.2 - D.d.p tra i morsetti del generatore nel funzionamento sotto carico ................................ 139
8.2.3 - Caduta di tensione da vuoto a carico .............................................................................. 139
8.2.4 - Bilancio energetico del circuito ......................................................................................139
8.2.5 - Rendimento del generatore elettrico ............................................................................... 140
8.3 - LEGGE DI OHM ................................................................................................................................... 140
8.3.1 - Massima potenza dissipabile dal resistore ...................................................................... 141
8.3.2 - Potenza dissipata dal resistore ........................................................................................ 141
8.3.3 - Resistività di un conduttore ............................................................................................ 142
8.4 - COLLEGAMENTO IN SERIE E IN PARALLELO DEI RESISTORI ................................................ 143
8.4.1 - Collegamento in serie dei resistori.................................................................................. 143
8.4.2 - Regolazione reostatica della corrente ............................................................................. 145
8.4.3 - Sistema costituito da generatore, linea e carico .............................................................. 146
8.4.4 - Collegamento in parallelo dei resistori ........................................................................... 148
8.4.5 - Sistema costituito da generatore, linea e due carichi in parallelo ................................... 149
8.5 - EFFETTI DELLA CORRENTE SUL CORPO UMANO ..................................................................... 151
8.5.1 - Tetanizzazione e fibrillazione ventricolare ..................................................................... 151
8.5.2 - Tensione di rete............................................................................................................... 151
8.5.3 - Contatto diretto ............................................................................................................... 152
8.5.4 - Soglia di rilascio e soglia di pericolosità ........................................................................ 153
8.5.5 - Tempo di contatto massimo ammissibile........................................................................ 153
8.5.6 - Resistenza del corpo umano ........................................................................................... 153
8.5.7 - Interruttore differenziale ................................................................................................. 154
CAPITOLO 9 – CAMPO ELETTRICO
9.1 - CAMPO ELETTRICO RADIALE ........................................................................................................ 155
9.1.1 - Legge di Coulomb .......................................................................................................... 157
9.1.2 - Dipolo elettrico ............................................................................................................... 157
9.2 - CAMPO ELETTRICO UNIFORME ..................................................................................................... 158
9.2.1 - Capacità del condensatore .............................................................................................. 159
9.2.2 - Relazione tra campo elettrico e differenza di potenziale ................................................ 160
9.2.3 - Relazione tra campo elettrico e densità di carica ............................................................ 161
9.2.4 - Relazione tra campo elettrico e densità di energia ......................................................... 161
9.3 - POLARIZZAZIONE DEL DIELETTRICO .......................................................................................... 163
9.4 - CIRCUITI CON CONDENSATORI ..................................................................................................... 165
9.4.1 - Collegamento in serie dei condensatori .......................................................................... 165
9.4.2 - Condensatore con due dielettrici tra le armature ............................................................ 167
9.4.3 - Condensatori collegati in parallelo ................................................................................. 168
9.4.4 - Collegamenti misti serie-parallelo .................................................................................. 169
9.5 - ENERGIA POTENZIALE DELLE CARICHE ELETTRICHE ............................................................ 170
9.5.1 - Energia potenziale di due cariche elettriche ................................................................... 170
9.5.2 - Energia potenziale di tre cariche elettriche ..................................................................... 171
9.6 - ENERGIA IMMAGAZZINATA SOTTO FORMA DI CAMPO ELETTRICO ................................... 173
CAPITOLO 10 – CAMPO MAGNETICO
10.1 - CAMPO MAGNETICO....................................................................................................................... 177
10.2 - CIRCUITO MAGNETICO .................................................................................................................. 178
10.2.1 - Riluttanza totale del circuito magnetico ....................................................................... 179
10.2.2 - Legge di Hopkinson ...................................................................................................... 180
10.3 - CAMPI MAGNETICI CREATI DAI CIRCUITI PERCORSI DA CORRENTE ............................... 181
10.3.1 - Campo magnetico creato dal conduttore rettilineo ....................................................... 181
10.3.2 - Campo magnetico creato dalla spira ............................................................................. 182
10.3.3 - Campo magnetico creato dal solenoide ........................................................................ 183
10.3.4 - Flusso magnetico concatenato con il solenoide ............................................................ 184
10.3.5 - Induttanza del solenoide ............................................................................................... 184
10.4 - ENERGIA IMMAGAZZINATA SOTTO FORMA DI CAMPO MAGNETICO............................... 185
10.5 - RELAZIONE TRA INDUZIONE MAGNETICA E DENSITÀ DI ENERGIA ................................. 187
10.6 - FORZE AGENTI SUI CONDUTTORI PERCORSI
DA CORRENTE ED IMMERSI NEL CAMPO MAGNETICO ......................................................... 188
10.6.1 - Forza magnetoelettrica.................................................................................................. 188
10.6.2 - Momento torcente magnetoelettrico ............................................................................. 189
10.6.3 - Forze elettrodinamiche ................................................................................................. 191
10.7 - INDUZIONE ELETTROMAGNETICA ............................................................................................. 192
10.7.1 - Flusso concatenato con la spira in rotazione ................................................................ 192
10.7.2 - Differenza di potenziale indotta nella spira in rotazione .............................................. 193
10.7.3 - Legge di Faraday-Neumann-Lenz ................................................................................ 193
10.7.4 - Trasformazione di potenza meccanica in potenza elettrica .......................................... 194
CAPITOLO 11 – ONDE
11.1 - OTTICA GEOMETRICA .................................................................................................................... 197
11.1.1 – Riflessione.................................................................................................................... 197
11.1.2 - Indice di rifrazione........................................................................................................ 197
11.1.3 - Rifrazione con allontanamento dalla normale .............................................................. 198
11.1.4 - Rifrazione con avvicinamento alla normale ................................................................. 200
11.1.5 - Diottro piano ................................................................................................................. 201
11.1.6 - Diottro sferico ............................................................................................................... 202
11.1.7 - L’occhio ........................................................................................................................ 204
11.1.8 – Ametropie .................................................................................................................... 205
11.1.9 - Le lenti .......................................................................................................................... 206
11.1.10 - Lente convergente ....................................................................................................... 208
11.1.11 - Il cristallino ................................................................................................................. 210
11.1.12 - Lente divergente ......................................................................................................... 210
11.2 - OTTICA FISICA ................................................................................................................................. 211
11.2.1 – Interferenza .................................................................................................................. 212
11.2.2 – Diffrazione ................................................................................................................... 216
11.3 - RAGGI X ............................................................................................................................................. 218
11.3.1 - Produzione dei raggi X ................................................................................................. 218
11.3.2 - Assorbimento dei raggi X .............................................................................................222
11.4 - ONDE ACUSTICHE ........................................................................................................................... 224
11.4.1 - Vibrazione delle molecole e propagazione del suono................................................... 224
11.4.2 - Intensità sonora ............................................................................................................. 226
11.4.3 - Soglia di udibilità e soglia del dolore ........................................................................... 227
11.4.4 - Frequenze del suono e note musicali ............................................................................ 229
