Giancarlo Gialanella
ANALI I DEI DATI
ECOMPLEMENTI
DI ME CANICA
TER ODINAMICA
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LIBRERIA
IUAV - VENEZIA
AREA SERV. BIBLIOGRAFICI
E DOCUMENTALI
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BIBLIOTECA CENTRALE
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GIANCARLO GIALANELLA
Professore ordinario di Fisica generale
Università «Federico/[,,
Napoli
ANALISI DEI DATI
E COMPLEMENTI
DI MECCANICA
E TERMODINAMICA
ISTITUTO UNIVERSITARIO ARCHITETTURA
VENEZIA--
AREA SERVIZI BIBLIOGRAFICI E DOCUMENTALI
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LIBRERIA
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Indice
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PREMESSA
3
Capitolo 1 - Analisi di dati sperimentali
1.1 Proba bi Iità e statistica
1.1.1 Stima parametrica - 1.1.2 Test d'ipotesi - 1.1.3 Variabili casuali indipendenti e collegate in probabilità - 1.1.4 Coefficiente di correlazione
1.2 Stima parametrica
1.2.l Generalità - 1.2.2 Metodo della massima verosimiglianza - 1.2.3 Determinazione dei parametri di una funzione di distribuzione - 1.2.4 Interpolazione (fit) di dati sperimentali - 1.2.5 Metodo dei minimi quadrati - 1.2.6
Regressione lineare con una variabile indipendente - 1.2.7 Trasformazione di
una curva di regressione in una retta - 1.2.8 Regressione lineare multipla
1.3 Test d'ipotesi
1.3.l Ipotesi di zero e ipotesi alternativa - 1.3.2 Test statistico - 1.3.3 Livel-
3
10
31
lo di significatività e regione di rigetto dell'ipotesi
35
45
52
62
68
. 83
1.4 Confronto di un campione con la popolazione
1.4.1 Significatività della varianza - 1.4.2 Significatività del valore aspettato
1.5 Confronto tra due campioni
1.5.1 Consistenza delle varianze. F-test - 1.5.2 Consistenza dei valori medi. t-test
1.6 Verifica della bontà del modello di interpolazione dei dati (fit)
1.6.l x2 -test - 1.6.2 Analisi della varianza (ANOVA) - 1.6.3 Un esempio
1. 7 Analisi di correlazione
1. 7 .1 Coefficiente di correlazione e rette di correlazione - 1. 7 .2 Distribuzione
del çoefficiente di correlazione: r-test - 1. 7 .3 Correlazione parziale
1.8 Sta~istica non parametrica
1.8, 1 Test applicati al singolo campione - 1.8.2 Confronto tra campioni indipendenti - 1.8.3 Confronto tra due campioni accoppiati - 1.8.4 Analisi di
correlazione
Compendio
v1
Indice
102
103
106
Quesiti
Test
Problemi
109
109
Capitolo 2 - Mpto relativo e forze apparenti
2.1
Sistema di riferimento fisso
2.1.1 Trasformazione della posizione - 2.1.2 Trasformazione della velocità 2.1.3 Trasformazione dell'accelerazione
112
2.2
Sistema di riferimento in moto con velocità costante
2.2.1 Trasformazione della posizione - 2.2.2 Trasformazione della velocità 2 .2 .3 Trasformazione del l'accelerazione
114
2.3
116
2.4
Sistema di riferimento ruotante con velocità angolare costante
2.3.l Trasformazione della posizione - 2.3.2 Trasformazione della velocità 2.3.3 Trasformazione dell'accelerazione
Sistema di riferimento in movimento. Caso generale
2.4.1 Trasformazione della posizione - 2.4.2 Trasformazione della velocità 2.4.3 Trasformazione dell'accelerazione
118
2.5
Forze apparenti del moto relativo
2.5.1 Principio di relatività di Galileo - 2.5.2 Forze apparenti - 2.5.3 Sistema di riferimento terrestre
125
2.6
131
136
137
138
139
Trasformazioni di Lorentz
2.6.1 Costanza della velocità della luce - 2.6.2 Trasformazione delle coordinate - 2.6.3 Trasformazione delle velocità
Compendio
Quesiti
Test
Esercizi
Problemi
141
141
143
Capitolo 3 - Oscillazioni
146
3.3
Oscillatore smorzato
3.3. l Legge del moto - 3.3.2 Considerazioni sull'energia
150
3.4
Oscillatore forzato
3.4.1 Legge del moto - 3.4.2 Risonanza - 3.4.3 Considerazioni sull'energia
155
158
159
160
160
3.1
3.2
Integrazione di f=ma
Oscillatore armonico
3.2. l Legge del moto - 3.2.2 Considerazioni sull'energia - 3.2.3 Oscillatore
in presenza della forza peso
Compendio
Quesiti
Test
Esercizi
Problemi
Indice
162
162
164
166
167
172
VII
Capitolo 4 - Interazione gravitazionale
4.1 La legge di forza
4.2 Campo gravitazionale
4.3 Potenziale gravitazionale
4.4 Campo generato da una distribuzione sferica di massa
4.4.1 Guscio sferico - 4.4.2 Sfera
4.5 Moto di una particella in un campo gravitazionale
4.5.l Generalità - 4.5.2 Legge del moto - 4.5.3 Traiettoria - 4.5.4 Energia
potenziale ed energia totale
182
184
189
190
191
192
4.6 Caso di forza repulsiva. Diffusione coulombiana
194
194
194
Capitolo 5 - Principi di conservazione
5.1 Generalità
5.2 Sistema del centro di massa
5.2.l Regole di trasformazione - 5.2.2 Quantità di moto - 5.2.3 Momento
angolare - 5.2.4 Energia cinetica
5.3 Corpi di massa varia bi le
5.4 Problema dei due corpi
5.4.1 Legge di forza - 5.4.2 Grandezze nel Sistema del Centro di Massa 5.4.3 Caso di forza centrale - 5.4.4 Caso della forza elastica
5.5 Urti
5.5. l Definizione di urto - 5.5.2 Urto centrale - 5.5.3 Casi particolari - 5.5.4
Urto non centrale - 5.5.5 Disintegrazione - 5.5.6 Urto in presenza di forze
197
199
204
Compendio
Quesiti
Test
Esercizi
Problemi
esterne
214
218
218
220
221
224
224
225
227
Compendio
Quesiti
Test
Esercizi
Problemi
Capitolo 6 - Dinamica del corpo rigido
6.1 Richiami
6.2 Equazione dei momenti rispetto a un polo in movimento
6.3 Rotazione intorno a un asse qualunque
6.3;) Momento angolare - 6.3.2 Ellissoide d'inerzia - 6.3.3 Energia cinetica
di rotazione
232
236
6.4 Calcolo del momento d'inerzia intorno a un asse principale
6.4.1 Parallelepipedo, lamina, sbarra - 6.4.2 Cilindro rispetto all'asse. Ruota
- 6.4.3 Sfera rispetto a un diametro - 6.4.4 Teorema di Steiner
6.5 Soluzione dell'equazione dei momenti in casi particolari
v111
Premessa
6.5. l Rotazione intorno a un asse fisso - 6.5.2 Rotazione intorno a un asse
principale. Giroscopio
241
243
Compendio
Quesiti
244
Test
246
Esercizi
246
Problemi
249
249
Capitolo 7 - Elasticità. Onde elastiche
257
7.2 Equazione delle onde piane
7.2.l Soluzione- 7.2.2 Funzione d'onda - 7.2.3 Principio di sovrapposizione
e analisi amonica - 7.2.4 Onde sinusoidali
263
7 .3 Energia trasportata da un'onda
265
7.4 Sovrapposizione di onde libere
7.4.1 Interferenza - 7.4.2 Modulazione di ampiezza. Battimenti - 7.4.3 Onde stazionarie
7.5 Sovrapposizione di onde confinate
7.5.l Corde vibranti - 7.5.2 Canne sonore
271
7.1 Meccanismo di propagazione delle onde
7 .1.1 Classificazione delle onde e nomenclatura - 7 .1.2 Onde piane longitudinali - 7.1.3 Onde piane trasversali. Corda vibrante
275
7.6 Principio di Huygens-Fresnel
7 .6.1 Generalità - 7 .6.2 Riflessione - 7 .6.3 Rifrazione - 7 .6.4 Diffrazione
280
7.7 Cenni di acustica
7.7.1 Caratteri distintivi del suono - 7.7.2 Acustica musicale
285
7 .8 Effetto Doppler
289
Compendio
294
Quesiti
296
Test
298
Esercizi
301
Problemi
302
302
303
312
313
Capitolo 8 - Propagazione del calore
8.1 Fenomenologia
8.2 Conduzione
8.2.1 Posizione del problema - 8.2.2 Conduzione interna in una dimensione
- 8.2.3 Conduzione interna in tre dimensioni - 8.2.4 Conduzione esterna
8.3 Convezione
8.4 Irraggiamento
8.4.1 Calore irradiato - 8.4.2 Corpo nero. Legge di Kirchhoff - 8.4.3 Spettro
di emissione del corpo nero - 8.4.4 Legge di Stefan-Boltzmann - 8.4.5 Legge di Wien - 8.4.6 Relazione di Rayleigh-Jeans - 8.4. 7 Legge dell'irraggiamento di Planck
325
Compendio
328
Quesiti
Premessa
330
332
334
334
335
1x
Test
Problemi
Capitolo 9 - Termodinamica dei sistemi {p,V,T)
9.1 Introduzione
9.2 Potenziali termodinamici
9.2.1 Trasformazioni a pressione costante. Energia interna - 9.2.2 Trasformazioni a pressione costante. Entalpia - 9.2.3 Trasformazioni a volume costante
di sistemi termicamente aperti. Energia libera - 9.2.4 Trasformazioni a pressione costante di sistemi termicamente aperti. Entalpia libera - 9.2.5 Relazioni di Maxwell
340
342
9.3 Energia interna di un gas reale
9.4 Trasformazioni di fase
9.4.1 Isoterme di un gas reale - 9.4.2 Diagrammi di fase - 9.4.3 Curve di trasformazione. Equazione di Clapeyron - 9.4.4 Fenomenologia delle trasformazioni di fase - 9.4.5 Vaporizzazione in atmosfera gassosa. Ebollizione - 9.4.6
Regola delle fasi
356
366
372
374
378
380
9.5 Macchine termiche
9.5.1 Generalità - 9.5.2 Macchina a vapore. Ciclo di Rankine - 9.5.3 Motore
a scoppio. Ciclo di Otto - 9.5.4 Motore diesel. Ciclo di Joule - 9.5.5 Macchina frigorifera
Compendio
Quesiti
Test
Esercizi
Problemi
383
383
383
385
388
389
392
393
395
396
Capitolo 10 - Principi di meccanica statistica
10.1 Generalità
10.2 Distribuzione spaziale delle molecole in presenza di forze esterne
10.3 Distribuzione delle velocità molecolari
10.4 Equipartizione dell'energia
10.5 Calore specifico dei gas perfetti
10.6 L'insuccesso della fisica classica
399
Risposte ai test
401
Rispost, a esercizi e problemi
407
Indice analitico
Compendio
Quesiti
Test
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Analisi dei dati e complementi di meccanica e termodm
d1 meccanica e termodinamica, rappresenta il primo c
concepito per tutte le facoltà scientifiche. anche in p1t>MMuvu11
triennale. L'opera risponde alla diffusa esigenza di arrtl104:1ernainertto
programmi d1 insegnamento, partendo dati' idea che
concetti debba presentare gh stessi elementi. qualun
seguito dagli studenti. A differenziarsi. a seconda dell
di formahzzazione e il grado di approfondimento del
essere rimandati a un momento successivo rispetto
dei concetti di base. Con questa logìca il corso è s
che possono integrarsi a seconda delle esigenze.
Il manuale offre una trattazione approfondita degli ar111rlll'nll'ntt
Tennodinam1ca presentati In Fondamenti d1 meccanica
l'inclusione d1 quegli aspetti necessari per completa
materia: analisi d1 dati sperimentali: moto relativo e i
interazione gravitazionale: principi d1 conservazione; tt1n12m11Mt
elasticità: onde elastiche: propagazione del calore: tertn,,lf'l1r12rr11r.a
(p.V.T): principi d1 meccanica stat1st1et. Nel primo ca
un'estesa presentazione dell'analisi statistica dei dati.
che porta dalla misura delle grandezze alla formulazi
fisiche.
Tutti i concetti sono introdotti in forma operativa a
grafici. Al termine di ogni capitolo un compendio sin
evidenziandone la struttura logica per facilitame la c
verificata grazie al ricco eserciziario che completa li
ISBN 88-7750-690·3
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(l. 59.000)
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