Indice
Prefazione
IX
CAPITOLO 1
Misura ed errore
1.1 La fisica
1.2 La misura
1.3 Sistema di misura
1.4 Convenzioni tipografiche
1.5 Conversione tra unità di misura
Il peso forma
1.6 Errori della misura
1.7 Varianza e deviazione standard
La varianza dei dadi
1.8 Come esprimere i dati
Riassunto
Esercizi risolti
Esercizi proposti
1
1
2
3
3
4
4
5
6
7
7
8
9
12
CAPITOLO 2
Operazioni sui vettori
2.1 Introduzione
2.2 Spostamenti
2.3 Prime operazioni sui vettori
2.4 Rappresentazione cartesiana
2.5 Prodotto scalare
2.6 Prodotto vettoriale
2.7 Momento di un vettore
Riassunto
Esercizi risolti
Esercizi proposti
15
15
16
16
17
18
18
19
20
21
26
CAPITOLO 3
Cinematica
3.1 Introduzione
3.2 Moto lungo una traiettoria qualsiasi
3.3 Moto rettilineo uniforme
29
29
30
e moto niformemente accelerato
Achille e la tartaruga
3.4 Moto circolare
3.5 Moto armonico
Riassunto
Esercizi risolti
Esercizi proposti
31
32
33
34
35
35
41
CAPITOLO 4
Statica
4.1 Introduzione
4.2 Fondamenti della statica
4.2.1 Il baricentro
4.2.2 Determinazione del baricentro
Il baricentro di un triangolo
4.3 Gli attriti
4.4 Equilibrio dei corpi vincolati
4.4.1 L’appoggio orizzontale
4.4.2 Appoggio su un piano inclinato
La deambulazione
4.5 Le leve
Lo schiaccianoci
Leve nel corpo umano
4.6 Funi e carrucole
4.7 Densità e pesi specifici
4.8 La statica dei fluidi
4.9 Equilibrio dei corpi galleggianti
La spinta di Archimede
Riassunto
Esercizi risolti
Esercizi proposti
43
43
43
44
45
46
47
47
48
48
49
49
50
50
51
52
52
54
54
56
56
63
CAPITOLO 5
Dinamica
5.1 Introduzione
5.2 La legge fondamentale della dinamica
67
67
68
VI Indice
Un’applicazione alla carrucola
5.3 La legge di gravitazione universale
Massa del Sole e della Terra
5.4 Azione e reazione
5.5 Sistemi meccanicamente isolati
5.6 L’attrito dinamico
La pioggia
La velocità in curva
5.7 Lavoro, energia, potenza
5.7.1 Il potenziale gravitazionale
La velocità di fuga dalla Terra
Calcoli di artiglieria
5.8 La potenza
5.9 Urti e disintegrazioni
Urto anelastico
Urto elastico
5.10 Dinamica e statica
Riassunto
Esercizi risolti
Esercizi proposti
69
70
71
71
72
73
74
75
76
76
77
77
78
79
79
80
80
81
81
91
CAPITOLO 6
Oscillazioni e rotazioni
95
6.1 Introduzione: il pendolo
6.2 Forze elastiche e oscillazioni
6.2.1 Il pendolo come sistema elastico
6.2.2 La molla
6.3 I corpi in rotazione
Un serbatoio d’energia
6.4 Smorzamenti
6.4.1 Perdita di energia
percentualmente costante
6.4.2 Perdita costante di energia
6.4.3 L’attrito viscoso
6.4.4 Osservazioni sperimentali
e matematica, “discreto” e “continuo”
Gli interessi bancari
6.5 Oscillazioni forzate: la risonanza
6.5.1 Risonanza e spettroscopia
Riassunto
Esercizi risolti
Esercizi proposti
95
97
97
98
99
101
102
102
104
104
105
106
106
109
110
111
118
CAPITOLO 7
Modi di vibrazione e onde
123
7.1 Introduzione: i pendoli accoppiati
7.2 I battimenti
7.2.1 Battimenti e telecomunicazioni
7.2.2 La vibrazione della molecola biatomica
7.3 Onde
123
124
126
126
127
7.4 La corda vibrante
7.5 Onde trasversali e longitudinali:
intensità di un’onda
7.5.1 Suono e intensità sonora
La scala dei dB
Gli strumenti musicali
7.6 Onde e moti relativi
7.6.1 Effetto Doppler
7.6.2 Bang supersonico
Riassunto
Esercizi risolti
Esercizi proposti
CAPITOLO 8
I fluidi
8.1 Portata e flusso
8.2 Fluidi senza attriti: teorema di Bernoulli
Aneurisma e stenosi
8.2.1 La legge di Stevino
8.3 La viscosità
8.4 Regime di Poiseuille
8.5 Effetti di superficie nei fluidi
8.5.1 Caratteristiche della tensione
superficiale
8.5.2 La legge di Laplace
Lo champagne
8.5.3 La capillarità
L’embolia
8.5.4 Sistemi a più fasi liquide
Riassunto
Esercizi risolti
Esercizi proposti
CAPITOLO 9
Termologia
9.1 Dalla tecnica alla scienza del calore
9.2 Espansione termica e scale di temperatura
9.3 Il gas perfetto e la scala Kelvin
9.3.1 L’equazione del gas perfetto
9.4 Equivalenza calore-energia e primo principio
9.5 Calori specifici e calori latenti
9.6 L’equipartizione dell’energia
9.6.1 I calori specifici dei gas
9.6.2 Il calore specifico dei solidi
9.7 La pressione osmotica
9.8 La diffusione
9.8.1 La forza osmotica
9.8.2 Il moto casuale
9.9 Il trasporto del calore
9.9.1 L’irraggiamento
9.9.2 La convezione
128
130
131
132
132
133
133
134
135
135
140
143
143
144
145
146
147
148
149
150
151
152
152
153
154
155
155
161
163
163
164
166
166
167
169
170
171
172
173
174
174
175
175
176
177
Indice VII
9.9.3 La conduzione
9.10 Fenomeni termici nell’atmosfera
9.11 Regolazione termica del corpo umano
Riassunto
Esercizi risolti
Esercizi proposti
CAPITOLO 10
L’entropia
10.1 Dal moto perpetuo al secondo
principio della termodinamica
10.1.1 Il teorema di Carnot
10.1.2 Motori termici, frigoriferi
e pompe di calore
10.1.3 Scambi di calore possibili
e impossibili
10.2 L’entropia
10.2.1 Aspetti formali dell’entropia
10.3 L’entropia di un sistema isolato
10.3.1 Sistemi che scambiano calore
10.3.2 Sistemi che scambiano volume
10.3.3 L’espansione adiabatica di un gas
10.3.4 Sistemi che scambiano materia
L’equazione barometrica
10.4 I potenziali termodinamici
10.4.1 Trasformazioni isoterme
10.4.2 Trasformazioni isoterme e isobare
10.4.3 La regola delle fasi
10.5 Probabilità, entropia e informazione
Riassunto
Esercizi risolti
Esercizi proposti
CAPITOLO 11
Elettromagnetismo e relatività
11.1 Introduzione ai campi elettrici e magnetici
11.2 Le leggi empiriche dell’elettromagnetismo
11.2.1 La legge di Coulomb
11.2.2 Le leggi di Laplace
11.2.3 La legge di Ampère
11.2.4 La legge dell’induzione di Faraday
11.3 Le equazioni di Maxwell
11.3.1 I presupposti
11.3.2 Il significato fisico del formalismo
La divergenza
La vorticità
11.3.3 La forma puntuale delle equazioni di
Maxwell
11.3.4 Il valore operativo
11.3.5 Il ruolo nella storia della fisica
11.4 Aspetti formali dell’elettromagnetismo
177
177
178
179
180
187
191
191
192
193
194
195
197
197
198
198
200
201
201
202
202
203
203
204
207
208
214
217
217
220
220
220
221
222
223
223
223
224
224
224
225
225
226
11.4.1 La divergenza di E
11.4.2 La divergenza di B
11.4.3 Il rotore di E
11.4.4 Il rotore di B
11.4.5 Le onde elettromagnetiche
11.5 La ricerca dell’etere
11.6 La relatività di Einstein
11.7 Continuo e discreto
Riassunto
Esercizi risolti
Esercizi proposti
226
227
227
227
228
230
231
234
235
236
242
CAPITOLO 12
Campi elettrici e correnti
245
12.1 I fondamenti dell’elettrostatica
245
12.1.1 Unità di misura per cariche, campi e
potenziali elettrici
245
12.1.2 Applicazioni elementari della legge di
Gauss
246
12.2 Il campo elettrico in presenza di conduttori 247
12.2.1 Fenomeni elettrici nell’atmosfera
249
12.3 L’energia del campo elettrostatico
250
12.3.1 La sfera carica
250
12.3.2 Il condensatore a facce piane
e parallele
251
12.3.3 Condensatori in serie e in parallelo
252
12.4 Mezzi dielettrici
252
12.4.1 Forze sui dielettrici
254
12.5 Le correnti elettriche
255
12.5.1 La corrente nei circuiti
256
12.5.2 La resistenza elettrica
256
12.5.3 Resistenze in serie e in parallelo
257
12.5.4 Effetti termici delle correnti
257
12.6 Circuiti elettrici con condensatori
e resistenze
258
12.6.1 Le leggi di Kirchhoff
258
12.6.2 La scarica del condensatore
259
12.7 Effetti biologici delle correnti elettriche
260
Riassunto
261
Esercizi risolti
261
Esercizi proposti
267
CAPITOLO 13
Magnetostatica e induzione magnetica
13.1 Qual è il vero campo magnetico?
13.2 Convenzioni e unità di misura
13.3 Campi magnetici prodotti da correnti
stazionarie nel vuoto
13.3.1 Cavo rettilineo
13.3.2 Lastra conduttrice
con corrente uniforme
269
269
271
271
271
272
VIII Indice
13.3.3 Il solenoide infinito
13.3.4 Relazione tra la legge di Ampère
e la prima legge di Laplace
13.3.5 Il campo magnetico
lungo l’asse di una spira
13.4 L’induzione elettromagnetica
13.5 Forze su correnti elettriche
13.5.1 Spira in un campo B
13.5.2 Motore e alternatore
13.5.3 Correnti parassite indotte
13.6 Circuiti elettrici con induttanze
13.6.1 L’induttanza
13.6.2 Il calcolo dell’induttanza
13.6.3 Composizione di induttanze
13.6.4 L’energia dell’induttanza
13.6.5 Circuiti in corrente alternata
13.6.6 Circuiti oscillanti
13.7 Moto di cariche nei campi magnetici
13.7.1 Lo spettrometro di massa
13.7.2 Effetti del magnetismo terrestre
Moto sul piano equatoriale
Moto nella direzione di B
13.8 La magnetizzazione della materia
13.8.1 Diamagnetismo
13.8.2 Paramagnetismo
13.8.3 Ferromagnetismo
Riassunto
Esercizi risolti
Esercizi proposti
273
274
276
276
277
278
278
278
279
279
279
280
282
283
283
283
284
284
285
286
287
288
289
290
297
CAPITOLO 14
Ottica
301
14.1 Riflessione e rifrazione
14.1.1 L’indice di rifrazione
14.2 L’interferenza
14.2.1 Lamine sottili
14.3 La diffrazione
14.4 Diffusione e polarizzazione
14.4.1 Polarizzazione per riflessione
14.4.2 Polarizzazione per rifrazione
14.5 Ottica geometrica
14.5.1 Specchi sferici
La regola dei segni per gli specchi
14.5.2 Il diottro sferico
14.5.3 Le lenti sottili
14.5.4 Il microscopio
e il limite di risoluzione
Riassunto
272
273
301
303
304
307
308
309
310
311
313
131
315
315
317
318
320
Esercizi risolti
Esercizi proposti
CAPITOLO 15
Onde elettromagnetiche e materia
15.1 Il dipolo elettrico oscillante
15.1.1 La generazione delle onde
elettromagnetiche
15.2 Onde e particelle
15.2.1 Emissione e assorbimento
di radiazione
15.3 I livelli energetici degli atomi
15.3.1 La tabella periodica degli elementi
15.4 La radiazione elettromagnetica
15.4.1 Scale di energia e frequenza
15.4.2 Onde radio
15.4.3 Microonde
15.4.4 Infrarosso
15.4.5 Visibile
15.4.6 Ultravioletto
15.4.7 Raggi X
15.4.8 I raggi γ
15.5 Cenni di fisica nucleare
15.5.1 Le reazioni nucleari
15.5.2 Fissione e fusione nucleare
15.5.3 La radioattività
15.5.4 Effetti biologici delle radiazioni
nucleari
Riassunto
Esercizi risolti
Esercizi proposti
320
327
331
331
332
333
334
335
337
337
337
338
338
339
339
339
340
340
340
341
342
343
344
344
345
349
CAPITOLO 16
I percorsi della fisica
16.1 Il percorso della meccanica
16.2 Il percorso della termodinamica
16.3 Il percorso dell’elettromagnetismo
16.4 I percorsi della fisica moderna
16.4.1 Einstein e lo spazio-tempo
16.4.2 Le regole della meccanica quantistica
16.5 La fisica finirà?
16.5.1 Un volo di fantasia
16.5.2 Civiltà ed evoluzione
16.6 L’organizzazione della ricerca
351
351
353
355
359
359
359
361
363
363
363
Risposte ai problemi proposti
Costanti e unità pratiche
367
371
