1 Grandezze fisiche e unità di misura 1

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1 Indice generale 1 Grandezze fisiche e unità di misura Grandezza fisica Valore, unità, incertezza Legge fisica Il Sistema Internazionale Incertezza del valore numerico Grandezze scalari e vettoriali 5 2 Moto del punto 6 Obiettivo Posizione del punto Coordinate polari Equazione oraria Coordinate geografiche e tempo terrestre Velocità e accelerazione nel moto rettilineo Moto rettilineo uniforme Moto rettilineo uniformemente vario Velocità e accelerazione vettoriali Moto circolare uniforme Moto armonico semplice Unità di misura Esempio d analisi del moto nel piano Aspetti rilevanti 18 3 Leggi della dinamica ed energia cinetica 19 Obiettivo Forza Impulso Legge dell impulso Prima legge della dinamica Seconda legge della dinamica Terza legge della dinamica Principio d inerzia Sistemi di riferimento inerziali e forze fittizie Definizione oggettiva di forza Lavoro d una forza 24

2 VIMMIndice generale ISBN Lavoro ed energia cinetica Potenza Unità di misura Aspetti rilevanti 27 4 Forze ed energia potenziale 28 Obiettivo Introduzione Campo di forze Forze conservative Forze non conservative Energia potenziale Forza gravitazionale Forza di gravità terrestre in prossimità della superficie della Terra Massa volumica e peso specifico Forza elettrostatica Forza magnetica Forza elettrica e magnetica Forza elastica Forza di contatto Forza d attrito Forza centripeta Forze di coesione e d adesione Tensione Unità di misura Aspetti rilevanti 46 5 Sistemi di punti materiali e principi di conservazione 47 Obiettivo Sistema di punti materiali o di corpi Sistema e ambiente Forze esterne e interne Centro di massa o d inerzia d un sistema di punti materiali Variabili cinematiche d un punto del sistema di punti materiali Momento d una coppia di forze Momento della quantità di moto o momento angolare Corpo rigido Azione delle forze applicate a un corpo rigido Dinamica di rotazione del corpo rigido Energia cinetica del corpo rigido Centro di gravità o baricentro Equilibrio del corpo rigido Energia interna alla materia Sistema isolato e chiuso Lavoro delle forze non conservative Conservazione dell energia Conservazione della quantità di moto e del momento angolare Unità di misura Aspetti rilevanti 60

3 ISBN Indice generalemmvii 6 Alcune applicazioni delle leggi della meccanica 61 Obiettivo Oscillatore armonico Pendolo semplice Urto tra punti materiali Forze d inerzia e sensori accelerometrici Coefficiente d attrito ed equilibrio statico Aspetti rilevanti 70 7 Teoria cinetica della materia 71 Obiettivo Introduzione Teoria cinetica dei gas: pressione Teoria cinetica di liquidi e solidi Forme d energia interna alla materia Legge dei gas perfetti Calore e temperatura Trasporto del calore Diffusione Transizione di fase Unità di misura Aspetti rilevanti 89 8 Dinamica dei fluidi 90 Obiettivo Attributi dei fluidi Forza di pressione Lavoro di pressione Potenza fluidodinamica Campo delle velocità Equazione di continuità Moto d un fluido perfetto in un condotto rigido Moto d un fluido viscoso in un condotto rigido Moto vorticoso Fluidi in quiete Legge d Archimede Principio dei vasi comunicanti Misura della pressione Misura della portata Unità di misura Aspetti rilevanti Alcune proprietà della materia 109 Obiettivo Deformazioni Trazione e compressione longitudinale Trazione e compressione isotropa Scorrimento di taglio 111

4 VIIIMMIndice generale ISBN Effetto delle forze di coesione Tensione superficiale ed energia superficiale specifica Legge di Laplace Adesione e capillarità Evaporazione Ebollizione Effetto d una bolla in un condotto a sezione costante Funzione dei condotti elastici in regime pulsato Unità di misura Aspetti rilevanti I principi della termodinamica 129 Obiettivo Equilibrio termodinamico Misura della temperatura Macrostato e microstato Trasformazioni termodinamiche Primo principio della termodinamica Calori specifici dei gas perfetti Trasformazioni termodinamiche del gas perfetto Ciclo termodinamico Ciclo di Carnot Entropia Secondo principio della termodinamica Entalpia e funzione di Gibbs Isoterme dei gas reali Unità di misura Aspetti rilevanti Cariche elettriche, conduttori e isolanti 148 Obiettivo Introduzione Cariche elettriche nella materia Campo e potenziale elettrici Lavoro del campo elettrico Campo elettrico come gradiente del potenziale Dipolo elettrico Superfici equipotenziali e linee di campo Cariche elettriche in un conduttore Cariche elettriche in un isolante Condensatore elettrico Differenza di potenziale attraverso una membrana semipermeabile Unità di misura Aspetti rilevanti Correnti e circuiti elettrici 165 Obiettivo Generatori di tensione 165

5 ISBN Indice generalemmix 12.2 Corrente elettrica Resistenza elettrica Potenza elettrica Legge di Ohm Generatori di tensione reali Collegamento a terra Simbologia Leggi di Kirchhoff Analogie tra circuiti elettrici e idrodinamici Transitori di tensione sul condensatore d un circuito RC Unità di misura Aspetti rilevanti Effetti magnetici delle correnti elettriche 181 Obiettivo Campo magnetico Espressioni del campo magnetico Forza magnetica Forza magnetica tra due fili rettilinei e paralleli Azione del campo magnetico su un dipolo magnetico Proprietà magnetiche dei materiali Campo magnetico all interno dei materiali Poli magnetici e campo magnetico terrestre Linee di campo magnetico e di campo elettrico Flusso magnetico Alternatore Correnti alternate Unità di misura Aspetti rilevanti Alcuni effetti ed applicazioni delle correnti elettriche 199 Obiettivo Segnali elettrici e trasduttori Galvanometro a bobina mobile Cariche elettriche nel vuoto Tubo a raggi catodici Spettrometro di massa Trasformatore Trasporto dell energia elettrica Aspetti rilevanti Fenomeni ondulatori 212 Obiettivo Onde e principio di sovrapposizione Analisi di Fourier Parametri dell onda sinusoidale progressiva unidimensionale Velocità di propagazione dell onda su una fune Equazione dell onda sinusoidale progressiva unidimensionale 214

6 XMMIndice generale ISBN Onde trasversali e longitudinali Coerenza e incoerenza Polarizzazione Potenza trasportata da un onda sinusoidale su una fune Onda sinusoidale progressiva in un fluido comprimibile confinato Velocità di propagazione dell onda in un fluido perfetto comprimibile Equazione dell onda di pressione progressiva unidimensionale Onda piana e onda sferica Intensità della perturbazione ondulatoria Intensità dell onda su una fune e in un fluido perfetto comprimibile Onde elettromagnetiche Diffrazione dell onda sinusoidale Interferenza delle onde sinusoidali Riflessione e rifrazione dell onda Riflessione totale Attenuazione geometrica e fisica dell intensità Unità di misura Aspetti rilevanti Onde sonore 233 Obiettivo Onde stazionarie su una fune Onde stazionarie in uno spazio confinato di gas Risonanza Livello sonoro Effetto Doppler per le onde sonore Suoni e ultrasuoni Sorgenti d onde sonore Unità di misura Aspetti rilevanti Onde luminose 247 Obiettivo Radiazioni luminose Riflessione e rifrazione della luce Diottro sferico Lenti sottili Dispersione delle onde luminose Unità di misura Aspetti rilevanti Atomi e nuclei 257 Obiettivo Quanti e fotoni Particella onda Atomo di Bohr Atomo d idrogeno Densità di probabilità 262

7 ISBN Indice generalemmxi 18.6 Particella in una scatola Numeri quantici Elementi di transizione Raggi X Nucleo atomico Stabilità nucleare Legge del decadimento radioattivo Modalità di decadimento radioattivo Dose assorbita Unità di misura Aspetti rilevanti 273 A Selezione di unità SI derivate 275 B Note di calcolo vettoriale 278 B.1 Attributi del vettore libero 278 B.2 Vettore nullo 279 B.3 Moltiplicazione d un vettore per uno scalare 279 B.4 Versore 279 B.5 Prodotto scalare di due vettori 279 B.6 Proiezione d un vettore su di un asse 280 B.7 Somma di vettori 280 B.8 Sottrazione tra vettori 281 B.9 Scomposizione d un vettore secondo due direzioni 282 B.10 Prodotto vettoriale tra vettori 282 B.11 Operazioni vettoriali con le componenti dei vettori 283 B.12 Rappresentazione vettoriale d una superficie piana orientata 285 B.13 Gradiente d una grandezza scalare 285 C Integrali di alcune funzioni 286 C.1 Integrale definito della funzione f (t) = sin 2 ωt 286 C.2 Superficie della calotta sferica 287 D Valori di alcune costanti fisiche e di parametri astronomici 288