indice
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Pagina III
Indice
Prefazione
XI
1
Misura e vettori
1.1
Le origini della fisica
2
1.2
Unità di misura
3
1.3
Conversione di unità di misura
6
1.4
Dimensioni delle grandezze fisiche
7
1.5
Cifre significative e ordini di grandezza
8
1.6
Vettori
14
1.7
Proprietà generali dei vettori
14
LA FISICA E IL MONDO INTORNO A NOI
Un minuto di 61 secondi
21
RIEPILOGO
22
PROBLEMI
23
Parte I • MECCANICA
2
Moto in una dimensione
2.1
Spostamento e velocità
28
2.2
Accelerazione
35
2.3
Moto uniformemente accelerato
37
2.4
Integrazione
47
LA FISICA E IL MONDO INTORNO A NOI
Acceleratori lineari
51
RIEPILOGO
52
PROBLEMI
53
indice
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IV
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|
Pagina IV
Indice
© 978-88-08-06625-1
3
Moto in due e tre dimensioni
3.1
Spostamento, velocità e accelerazione
64
3.2
Moto di un proiettile
71
3.3
Moto circolare
78
LA FISICA E IL MONDO INTORNO A NOI
GPS: vettori calcolati durante il moto
82
RIEPILOGO
83
PROBLEMI
84
4
Le leggi di Newton
4.1
La prima legge di Newton
94
4.2
Forza e massa
95
4.3
La seconda legge di Newton
97
4.4
Forza di gravità e peso
99
4.5
Forze di contatto
101
4.6
Diagrammi di corpo libero
104
4.7
La terza legge di Newton
109
4.8
Problemi con due o più corpi
111
LA FISICA E IL MONDO INTORNO A NOI
Montagne russe e velocità
114
RIEPILOGO
115
PROBLEMI
116
5
Ulteriori applicazioni delle leggi di Newton
5.1
Attrito
128
5.2
Forze di resistenza
139
5.3
Moto su traiettoria curvilinea
141
Integrazione numerica: metodo di Eulero
147
Centro di massa
149
* 5.4
5.5
LA FISICA E IL MONDO INTORNO A NOI
Ricostruzione di un incidente: misure e forze
158
RIEPILOGO
159
PROBLEMI
160
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Pagina V
Indice
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6
Lavoro ed energia cinetica
6.1
Lavoro compiuto da una forza costante
174
6.2
Lavoro compiuto da una forza variabile (moto rettilineo)
179
6.3
Prodotto scalare
182
6.4
Teorema del lavoro e dell’energia cinetica (traiettoria curvilinea)
188
Lavoro e moto del centro di massa
190
* 6.5
LA FISICA E IL MONDO INTORNO A NOI
Montagne russe e bagagli
193
RIEPILOGO
194
PROBLEMI
195
7
Conservazione dell’energia
7.1
Energia potenziale
202
7.2
Conservazione dell’energia meccanica
209
7.3
Conservazione dell’energia
219
7.4
Massa ed energia
228
7.5
Quantizzazione dell’energia
231
LA FISICA E IL MONDO INTORNO A NOI
Processi dissipativi nelle turbine eoliche
233
RIEPILOGO
234
PROBLEMI
236
8
Conservazione della quantità di moto
8.1
La quantità di moto e la sua conservazione
248
8.2
Energia cinetica di un sistema
254
8.3
Urti
255
Urti nel riferimento del centro di massa
271
Massa variabile e propulsione a reazione
273
* 8.4
8.5
LA FISICA E IL MONDO INTORNO A NOI
Motori a reazione più veloci... e rumorosi!
277
RIEPILOGO
278
PROBLEMI
279
|
V
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VI
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Pagina VI
Indice
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9
Moto rotatorio
9.1
Velocità e accelerazione angolare
290
9.2
Energia cinetica rotazionale
292
9.3
Calcolo del momento d’inerzia
294
9.4
La seconda legge di Newton per il moto rotatorio
301
9.5
Applicazioni della seconda legge di Newton per il moto rotatorio
303
9.6
Rotolamento
310
LA FISICA E IL MONDO INTORNO A NOI
Centrifughe velocissime
10
316
RIEPILOGO
317
PROBLEMI
318
Momento angolare
10.1 Natura vettoriale del moto rotatorio
332
10.2 Momento di una forza e momento angolare
334
10.3 Conservazione del momento angolare
341
* 10.4 Quantizzazione del momento angolare
350
LA FISICA E IL MONDO INTORNO A NOI
Momento angolare atmosferico
353
RIEPILOGO
354
PROBLEMI
355
R
Relatività speciale
R.1
Postulati di Einstein
364
R.2
Righelli in moto
366
R.3
Orologi in moto
367
R.4
Ancora righelli in moto
370
R.5
Orologi distanti e simultaneità
371
R.6
Quantità di moto, massa ed energia relativistiche
375
RIEPILOGO
377
PROBLEMI
378
indice
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Pagina VII
Indice
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11
Gravitazione
11.1 Le leggi di Keplero
384
11.2 Legge di gravitazione universale
387
11.3 Energia potenziale gravitazionale
394
11.4 Campo gravitazionale
398
* 11.5 Campo gravitazionale di un guscio sferico
404
LA FISICA E IL MONDO INTORNO A NOI
Lenti gravitazionali: una finestra sull’universo
12
406
RIEPILOGO
407
PROBLEMI
408
Equilibrio statico ed elasticità
12.1 Condizioni di equilibrio
418
12.2 Il centro di gravità
418
12.3 Esempi di equilibrio statico
419
12.4 Equilibrio statico in un riferimento accelerato
426
12.5 Stabilità dell’equilibrio rotazionale
427
12.6 Problemi indeterminati
428
12.7 Sforzi e deformazione
429
LA FISICA E IL MONDO INTORNO A NOI
Nanotubi di carbonio: piccoli e potenti
13
432
RIEPILOGO
433
PROBLEMI
434
Meccanica dei fluidi
13.1 Densità
444
13.2 Pressione in un fluido
445
13.3 Spinta di Archimede e principio di Archimede
452
13.4 Dinamica dei fluidi
458
LA FISICA E IL MONDO INTORNO A NOI
Aerodinamica e automobilismo
468
RIEPILOGO
469
PROBLEMI
470
|
VII
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VIII
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Pagina VIII
Indice
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Parte II • OSCILLAZIONI E ONDE
14
Oscillazioni
14.1 Oscillatore armonico semplice
478
14.2 Energia nel moto armonico semplice
485
14.3 Esempi di sistemi oscillanti
488
14.4 Oscillazioni smorzate
497
14.5 Oscillazioni forzate e risonanza
501
LA FISICA E IL MONDO INTORNO A NOI
Al ritmo del Millennium Bridge
15
506
RIEPILOGO
507
PROBLEMI
508
Propagazione di onde
15.1 Introduzione
516
15.2 Onde periodiche
523
15.3 Onde in tre dimensioni
529
15.4 Onde e ostacoli
533
15.5 Effetto Doppler
538
LA FISICA E IL MONDO INTORNO A NOI
Bacini sedimentari e risonanza delle onde sismiche
16
544
RIEPILOGO
545
PROBLEMI
547
Sovrapposizione e onde stazionarie
16.1 Sovrapposizione di onde
556
16.2 Onde stazionarie
564
* 16.3 Argomenti facoltativi
572
LA FISICA E IL MONDO INTORNO A NOI
Architettura e acustica
576
RIEPILOGO
577
PROBLEMI
578
indice
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10:44
Pagina IX
Indice
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Parte III • TERMODINAMICA
17
Temperatura e teoria cinetica dei gas
17.1 Equilibrio termico e temperatura
588
17.2 Termometri a gas e temperatura assoluta
590
17.3 Equazione di stato dei gas perfetti
593
17.4 Teoria cinetica dei gas
598
LA FISICA E IL MONDO INTORNO A NOI
Termometri molecolari
18
608
RIEPILOGO
609
PROBLEMI
610
Calore e primo principio della termodinamica
18.1 Capacità termica e calore specifico
616
18.2 Cambiamenti di stato e calore latente
619
18.3 Primo principio della termodinamica
622
18.4 Energia interna di un gas perfetto
625
18.5 Lavoro e diagramma PV per un gas
626
18.6 Capacità termiche dei gas
630
18.7 Capacità termiche dei solidi
635
18.8 Limiti del teorema di equipartizione dell’energia
635
18.9 Trasformazioni adiabatiche quasi-statiche di un gas
639
LA FISICA E IL MONDO INTORNO A NOI
Respirometria
19
643
RIEPILOGO
644
PROBLEMI
646
Secondo principio della termodinamica
19.1 Macchine termiche e secondo principio della termodinamica
654
19.2 Macchine refrigeranti e secondo principio della termodinamica
658
19.3 Macchina di Carnot
661
* 19.4 Pompe di calore
667
19.5 Irreversibilità, disordine ed entropia
669
19.6 Entropia e capacità di compiere lavoro
676
19.7 Entropia e probabilità
677
LA FISICA E IL MONDO INTORNO A NOI
L’eterna ricerca del moto perpetuo
679
RIEPILOGO
680
PROBLEMI
681
|
IX
indice
19-03-2009
|
X
20
14:57
Pagina X
Indice
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Processi termici e relative proprietà
20.1 Dilatazione termica
690
20.2 Equazione di van der Waals e isoterme liquido-vapore
694
20.3 Diagrammi di fase
697
20.4 Trasmissione di calore
698
LA FISICA E IL MONDO INTORNO A NOI
Isole di calore: notti calde in città
710
RIEPILOGO
711
PROBLEMI
712
APPENDICE
A
Unità SI e fattori di conversione
APPENDICE
B
Dati numerici
APPENDICE
717
719
C
Tavola periodica degli elementi
723
Compendio di matematica
725
M.1
M.2
M.3
M.4
M.5
M.6
M.7
M.8
M.9
M.10
M.11
M.12
Cifre significative 725
Equazioni 726
Proporzionalità diretta e inversa 728
Equazioni di primo grado (lineari) 729
Equazioni di secondo grado e fattorizzazione 730
Potenze e logaritmi 732
Geometria 735
Trigonometria 736
Sviluppo binomiale 742
Numeri complessi 743
Calcolo differenziale 745
Calcolo integrale 752
Risposte ai problemi di fine capitolo
con numerazione dispari
755
Indice analitico
779
Tavole
787
indice
21-09-2009
10:34
Pagina III
Indice
Prefazione
IX
Parte IV • ELETTROMAGNETISMO
21
Il campo elettrico:
distribuzioni discrete di carica
21.1 La carica
718
21.2 Conduttori e isolanti
721
21.3 La legge di Coulomb
723
21.4 Il campo elettrico
728
21.5 Linee di campo elettrico
735
21.6 Azione del campo elettrico sulle cariche
738
LA FISICA E IL MONDO INTORNO A NOI
743
Vernici elettrostatiche in polvere
22
RIEPILOGO
744
PROBLEMI
745
Il campo elettrico:
distribuzioni continue di carica
S
22.1 Calcolo del campo E con la legge di Coulomb
752
22.2 La legge di Gauss
762
S
22.3 Uso della simmetria per calcolare E con la legge di Gauss
766
22.4 Discontinuità di En
773
22.5 Carica e campo su superfici di conduttori
774
* 22.6 Equivalenza della legge di Gauss e della legge di Coulomb
in elettrostatica
777
LA FISICA E IL MONDO INTORNO A NOI
Distribuzioni di carica e sensazioni piccanti
778
RIEPILOGO
779
PROBLEMI
780
indice
11-09-2009
IV
23
|
16:32
Pagina IV
Indice
© 978-88-08-04881-3
Il potenziale elettrico
23.1 Differenza di potenziale
788
23.2 Potenziale dovuto a un sistema di cariche puntiformi
791
23.3 Calcolo del campo elettrico dal potenziale
796
23.4 Calcolo di V per distribuzioni continue di carica
797
23.5 Superfici equipotenziali
805
23.6 Energia potenziale elettrostatica
811
LA FISICA E IL MONDO INTORNO A NOI
I fulmini: campi di attrazione
24
815
RIEPILOGO
816
PROBLEMI
818
Capacità
24.1 Capacità e condensatori
826
24.2 L’immagazzinamento dell’energia elettrica
830
24.3 Condensatori, batterie e circuiti
834
24.4 Dielettrici
841
24.5 I dielettrici dal punto di vista molecolare
848
LA FISICA E IL MONDO INTORNO A NOI
L’evoluzione dei condensatori
25
852
RIEPILOGO
853
PROBLEMI
855
Corrente elettrica e circuiti a corrente continua
25.1 La corrente e il moto delle cariche
864
25.2 Resistenza e legge di Ohm
868
25.3 Energia nei circuiti elettrici
873
25.4 Combinazioni di resistori
878
25.5 Leggi di Kirchhoff
884
25.6 Circuiti RC
892
LA FISICA E IL MONDO INTORNO A NOI
I sistemi elettrici delle automobili: le innovazioni
898
RIEPILOGO
899
PROBLEMI
901
indice
11-09-2009
16:32
Pagina V
Indice
© 978-88-08-04881-3
26
Il campo magnetico
26.1 Forza esercitata dal campo magnetico
912
26.2 Moto di una carica puntiforme in un campo magnetico
916
26.3 Momenti su spire di corrente e magneti
924
26.4 Effetto Hall
928
LA FISICA E IL MONDO INTORNO A NOI
Terra e Sole: variazioni del campo magnetico
27
932
RIEPILOGO
933
PROBLEMI
934
Sorgenti del campo magnetico
27.1 Campo magnetico dovuto a cariche puntiformi in moto
942
27.2 Campo magnetico dovuto a correnti: legge di Biot-Savart
943
27.3 Legge di Gauss per il magnetismo
956
27.4 Legge di Ampère
957
27.5 Il magnetismo nella materia
961
LA FISICA E IL MONDO INTORNO A NOI
Solenoidi al lavoro
28
971
RIEPILOGO
972
PROBLEMI
974
Induzione magnetica
28.1 Il flusso magnetico
984
28.2 Fem indotta e legge di Faraday
985
28.3 Legge di Lenz
989
28.4 Fem mozionale
993
28.5 Le correnti parassite
998
28.6 Induttanza
998
28.7 Energia magnetica
* 28.8 Circuiti RL
28.9 Proprietà magnetiche dei superconduttori
1001
1003
1007
LA FISICA E IL MONDO INTORNO A NOI
Le promesse dei superconduttori
1009
RIEPILOGO
1010
PROBLEMI
1011
|
V
indice
11-09-2009
VI
29
|
16:32
Pagina VI
Indice
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Circuiti a corrente alternata
29.1 Corrente alternata in un resistore
1020
29.2 Induttori e condensatori nei circuiti a corrente alternata
1023
* 29.3 Il trasformatore
1028
* 29.4 Circuiti LC e RLC senza generatore
1031
* 29.5 Fasori
1034
* 29.6 Circuiti RLC alimentati
1035
LA FISICA E IL MONDO INTORNO A NOI
La distribuzione dell’energia elettrica
30
1043
RIEPILOGO
1044
PROBLEMI
1046
Equazioni di Maxwell
e onde elettromagnetiche
30.1 La corrente di spostamento di Maxwell
1054
30.2 Le equazioni di Maxwell
1057
30.3 Equazione d’onda per le onde elettromagnetiche
1058
30.4 Radiazione elettromagnetica
1064
LA FISICA E IL MONDO INTORNO A NOI
Trasmissioni senza fili e frequenze utilizzabili
1073
RIEPILOGO
1074
PROBLEMI
1076
Parte V • LUCE
31
Proprietà della luce
31.1 Velocità della luce
1082
31.2 Propagazione della luce
1085
31.3 Riflessione e rifrazione
1086
31.4 Polarizzazione
1096
31.5 Derivazione delle leggi della riflessione e della rifrazione
1103
31.6 Dualità onda-particella
1105
31.7 Spettri della luce
1106
* 31.8 Sorgenti della luce
1107
LA FISICA E IL MONDO INTORNO A NOI
Vortici ottici e pinze ottiche: la luce al lavoro
1114
RIEPILOGO
1115
PROBLEMI
1116
indice
11-09-2009
16:32
Pagina VII
Indice
© 978-88-08-04881-3
32
Formazione di immagini
32.1 Specchi
1124
32.2 Lenti
1134
* 32.3 Aberrazioni
1147
* 32.4 Strumenti ottici
1148
LA FISICA E IL MONDO INTORNO A NOI
Evoluzione della chirurgia oculistica
33
1157
RIEPILOGO
1158
PROBLEMI
1160
Interferenza e diffrazione
33.1 Differenza di fase e coerenza
1168
33.2 Interferenza negli strati sottili
1169
33.3 Pattern d’interferenza per due fessure
1171
33.4 Pattern di diffrazione per una fessura singola
1175
* 33.5 Uso dei fasori per sommare onde armoniche
1178
33.6 Diffrazione di Fraunhofer e di Fresnel
1185
33.7 Diffrazione e risoluzione
1186
* 33.8 Reticoli di diffrazione
1188
LA FISICA E IL MONDO INTORNO A NOI
Gli ologrammi: interferenza guidata
1191
RIEPILOGO
1192
PROBLEMI
1193
APPENDICE
A
Unità SI e fattori di conversione
APPENDICE
B
Dati numerici
APPENDICE
A.1
A.3
C
Tavola periodica degli elementi
A.6
Compendio di matematica
A.9
M.1
M.2
M.3
M.4
M.5
M.6
M.7
Cifre significative A.9
Equazioni A.10
Proporzionalità diretta e inversa A.12
Equazioni di primo grado (lineari) A.13
Equazioni di secondo grado e fattorizzazione A.14
Potenze e logaritmi A.16
Geometria A.19
|
VII
indice
21-09-2009
|
VIII
M.8
M.9
M.10
M.11
M.12
10:35
Pagina VIII
Indice
© 978-88-08-04881-3
Trigonometria A.20
Sviluppo binomiale A.26
Numeri complessi A.27
Calcolo differenziale A.29
Calcolo integrale A.36
Risposte ai problemi di fine capitolo
con numerazione dispari
A.39
Indice analitico
A.59
Tavole
A.68
indice
16-09-2009
16:13
Pagina III
Indice
Prefazione
VII
Parte VI • FISICA MODERNA
34
Dualità onda-particella e fisica quantistica
34.1 Onde e particelle
1200
34.2 Luce: da Newton a Maxwell
1200
34.3 Natura particellare della luce: fotoni
1201
34.4 Quantizzazione dell’energia negli atomi
1206
34.5 Onde di elettroni e di materia
1207
34.6 Interpretazione della funzione d’onda
1211
34.7 Dualità onda-particella
1213
34.8 Una particella in una scatola
1215
34.9 Valori di aspettazione
1219
34.10 Quantizzazione dell’energia in altri sistemi
1222
35
RIEPILOGO
1224
PROBLEMI
1225
Applicazioni dell’equazione di Schrödinger
35.1 L’equazione di Schrödinger
1230
35.2 Singola particella in un potenziale finito a buca quadrata
1232
35.3 Oscillatore armonico
1234
35.4 Riflessione e trasmissione di onde di elettroni:
penetrazione attraverso una barriera
1237
35.5 Equazione di Schrödinger in tre dimensioni
1243
35.6 Equazione di Schrödinger per due particelle identiche
1246
RIEPILOGO
1249
PROBLEMI
1250
indice
16-09-2009
IV
36
|
16:13
Pagina IV
Indice
© 978-88-08-24882-4
Atomi
36.1 L’atomo
1254
36.2 Il modello di Bohr per l’atomo di idrogeno
1255
36.3 Teoria quantistica degli atomi
1260
36.4 Teoria quantistica dell’atomo di idrogeno
1262
36.5 Effetto spin-orbita e struttura fine
1267
36.6 La tavola periodica
1270
36.7 Spettri ottici e spettri dei raggi X
1277
37
RIEPILOGO
1281
PROBLEMI
1283
Molecole
37.1 Legami molecolari
1288
37.2 Molecole poliatomiche
1295
37.3 Livelli energetici e spettri di molecole biatomiche
1297
38
RIEPILOGO
1304
PROBLEMI
1305
Solidi
38.1 Struttura dei solidi
1308
38.2 Descrizione microscopica della conduzione
1312
38.3 Elettroni liberi in un solido
1315
38.4 Teoria quantistica della conduzione elettrica
1322
38.5 Teoria a bande dei solidi
1323
38.6 Semiconduttori
1325
38.7 Giunzioni e dispositivi a semiconduttore
1327
38.8 Superconduttività
1331
38.9 Distribuzioni di Fermi-Dirac
1335
RIEPILOGO
1339
PROBLEMI
1341
indice
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Pagina V
Indice
© 978-88-08-24882-4
39
Relatività
39.1 Relatività newtoniana
1346
39.2 Postulati di Einstein
1347
39.3 Trasformazione di Lorentz
1348
39.4 Sincronizzazione degli orologi e simultaneità
1356
39.5 Trasformazione della velocità
1362
39.6 Momento relativistico
1366
39.7 Energia relativistica
1367
39.8 Relatività generale
1374
40
RIEPILOGO
1377
PROBLEMI
1378
Fisica nucleare
40.1 Proprietà dei nuclei
1384
40.2 Radioattività
1388
40.3 Reazioni nucleari
1395
40.4 Fissione e fusione
1398
41
RIEPILOGO
1409
PROBLEMI
1410
Particelle elementari e origine dell’universo
41.1 Adroni e leptoni
1416
41.2 Spin e antiparticelle
1419
41.3 Leggi di conservazione
1422
41.4 Quark
1426
41.5 Particelle di campo
1429
41.6 Teoria elettrodebole
1430
41.7 Modello standard
1430
41.8 Evoluzione dell’universo
1432
RIEPILOGO
1435
PROBLEMI
1436
|
V
indice
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16:14
|
VI
APPENDICE
Pagina VI
Indice
A
Unità SI e fattori di conversione
APPENDICE
A.1
B
Dati numerici
APPENDICE
© 978-88-08-24882-4
A.3
C
Tavola periodica degli elementi
A.6
Compendio di matematica
A.9
M.1
M.2
M.3
M.4
M.5
M.6
M.7
M.8
M.9
M.10
M.11
M.12
Cifre significative A.9
Equazioni A.10
Proporzionalità diretta e inversa A.12
Equazioni di primo grado (lineari) A.13
Equazioni di secondo grado e fattorizzazione A.14
Potenze e logaritmi A.16
Geometria A.19
Trigonometria A.20
Sviluppo binomiale A.26
Numeri complessi A.27
Calcolo differenziale A.29
Calcolo integrale A.36
Risposte ai problemi di fine capitolo
con numerazione dispari
A.39
Indice analitico
A.45
Tavole
A.50
