Indice Generale. 1 Introduzione, Descrizione del moto: cinematica in una dimensione 23. misurazione, stime 1

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1 Indice Generale Prefazione all edizione italiana Prefazione all edizione americana Note sull uso dei colori ix xi xxi 1 Introduzione, misurazione, stime La natura della scienza La fisica e il suo rapporto con le altre discipline Modelli, teorie, leggi Misura e incertezza. Cifre significative Unità di misura, campioni e il Sistema Internazionale Conversione delle unità di misura Ordine di grandezza: stima rapida 14 *1-8 Dimensioni e analisi dimensionale 17 Sommario 19 Quesiti 19 Problemi 20 Problemi generali 21 2 Descrizione del moto: cinematica in una dimensione Sistemi di riferimento e spostamento Velocità media Velocità istantanea Accelerazione Moto con accelerazione costante Risolvere i problemi 34 Guida alla risoluzione dei problemi Oggetti in caduta Analisi grafica del moto lineare 44 Sommario 47 Quesiti 47 Problemi 48 Problemi generali 52 3 Cinematica in due dimensioni; i vettori Vettori e scalari Somma di vettori: metodo grafico Sottrazione di vettori e moltiplicazione di un vettore per uno scalare Somma dei vettori tramite le componenti 61 Sommare vettori Moto di un proiettile Risolvere i problemi sul moto dei proiettili 70 Moto di un proiettile 71 *3-7 Il moto del proiettile è parabolico 78 *3-8 Velocità relativa 78 Sommario 81 Quesiti 81 Problemi 82 Problemi generali 86 iii

2 ivmmmmmmindice generale ISBN Dinamica: leggi del moto di Newton Forza Prima legge del moto di Newton Massa Seconda legge del moto di Newton Terza legge del moto di Newton Peso: la forza di gravità e la forza normale Risolvere i problemi con le leggi di Newton: diagrammi delle forze 106 Leggi di Newton; diagrammi delle forze Applicazioni che coinvolgono l attrito; piani inclinati Risolvere i problemi: un approccio generale 119 In generale 120 Sommario 121 Quesiti 121 Problemi 122 Problemi generali Moto circolare. Gravitazione Cinematica del moto circolare uniforme Dinamica del moto circolare uniforme 137 Moto circolare uniforme 140 *5-3 Centrifugazione Legge della gravitazione universale Gravità vicino alla superficie terrestre; applicazioni geofisiche Satelliti artificiali 147 *5-7 Leggi di Keplero e sintesi di Newton Tipi di forze in natura 153 Sommario 153 Quesiti 154 Problemi 155 Problemi generali Lavoro ed energia Lavoro compiuto da una forza costante 162 Lavoro 165 *6-2 Lavoro compiuto da una forza variabile Energia cinetica e teorema dell energia cinetica Energia potenziale Forze conservative e non conservative Energia meccanica e sua conservazione Conservazione dell energia meccanica nella risoluzione dei problemi Altre forme di energia. Trasformazioni dell energia e legge di conservazione dell energia Conservazione dell energia in presenza di forze dissipative: risoluzione di problemi 186 Conservazione dell energia Potenza 188 Sommario 191 Quesiti 191 Problemi 193 Problemi generali Quantità di moto La quantità di moto e la sua relazione con la forza Conservazione della quantità di moto Urti e impulso Conservazione dell energia e della quantità di moto negli urti Urti elastici in una dimensione Urti anelastici 215 Conservazione della quantità di moto e urti Centro di massa (CM) 216 Sommario 219 Quesiti 220 Problemi 220 Problemi generali 224

3 ISBN MMIndice generalemmmmv 8 Moto rotatorio Grandezze angolari Momento torcente Dinamica rotazionale. Momento torcente e inerzia rotazionale 238 Moto rotatorio Energia cinetica rotazionale Il momento angolare e la sua conservazione 245 Sommario 248 Quesiti 249 Problemi 250 Problemi generali Corpi in equilibrio Le condizioni per l equilibrio Come risolvere i problemi di statica 261 Statica 261 *9-3 Applicazioni a muscoli e giunture Stabilità ed equilibrio 269 Sommario 270 Quesiti 270 Problemi 271 Problemi generali I fluidi Le fasi della materia Densità e densità relativa Pressione nei fluidi Pressione atmosferica e pressione relativa Il principio di Pascal Misure di pressione: manometri e barometri Galleggiamento e principio di Archimede Fluidi in movimento: portata ed equazione di continuità L equazione di Bernoulli Applicazioni del principio di Bernoulli: da Torricelli agli aeroplani, palle da baseball e TIA 298 *10-11 Viscosità 301 *10-12 Flusso nei tubi: equazione di Poiseuille, flusso sanguigno 302 *10-13 Tensione superficiale e capillarità 303 Sommario 306 Quesiti 307 Problemi 308 Problemi generali Vibrazioni e onde Moto armonico Energia dell oscillatore armonico Periodo e natura sinusoidale del moto armonico Il pendolo semplice Moto armonico smorzato Moto ondulatorio Tipi di onde: traversali e longitudinali Energia trasportata dalle onde 335 *11-9 Intensità in relazione all ampiezza e alla frequenza Riflessione e interferenza delle onde Interferenza; principio di sovrapposizione Onde stazionarie; risonanza 340 *11-13 Rifrazione 343 *11-14 Diffrazione 345 *11-15 Rappresentazione matematica del moto delle onde 346 Sommario 347 Quesiti 348 Problemi 348 Problemi generali Il suono Caratteristiche del suono Intensità del suono: il decibel 358 *12-3 L orecchio e la sua risposta; la «sensazione sonora» Sorgenti sonore: corde vibranti e colonne d aria Interferenza di onde sonore; battimenti Effetto Doppler 374 *12-7 Applicazioni; sonar, ultrasuoni e ricostruzione di immagini in medicina 379 Sommario 381 Quesiti 382 Problemi 383 Problemi generali 385

4 vimmmmindice generale ISBN Temperatura e teoria cinetica Teoria atomica della materia Temperatura e termometri 391 *13-3 Equilibrio termico e principio zero della termodinamica Dilatazione termica Leggi dei gas e temperatura assoluta La legge dei gas perfetti (o gas ideali) Guida alla risoluzione dei problemi con la legge dei gas perfetti La legge dei gas perfetti a livello molecolare: il numero di Avogadro Teoria cinetica e interpretazione molecolare della temperatura 406 *13-10 Diffusione 410 Sommario 412 Quesiti 413 Problemi 414 Problemi generali I principi della termodinamica Il primo principio della termodinamica I processi termodinamici e il primo principio Il secondo principio della termodinamica: introduzione Le macchine termiche Frigoriferi, condizionatori d aria e pompe di calore L entropia e il secondo principio della termodinamica Dall ordine al disordine 467 *15-8 L interpretazione statistica dell entropia e il secondo principio Energia non disponibile; morte termica 470 *15-10 Evoluzione e crescita; «la freccia del tempo» 471 Termodinamica 472 Sommario 472 Quesiti 473 Problemi 474 Problemi generali Calore Il calore come trasferimento di energia Energia interna Calore specifico Calorimetria: come risolvere i problemi Calore latente 427 Calorimetria Trasmissione del calore: conduzione Trasmissione del calore: convezione Trasmissione del calore: irraggiamento 437 Sommario 441 Quesiti 441 Problemi 442 Problemi generali Carica elettrica e campo elettrico Elettricità statica, carica elettrica e legge di conservazione Cariche elettriche nell atomo Isolanti e conduttori Carica indotta ed elettroscopio Legge di Coulomb Guida alla risoluzione di problemi che coinvolgono legge di Coulomb e vettori Il campo elettrico 491 Elettrostatica: forze e campi elettrici Linee di campo Campo elettrico e conduttori 499 *16-10 Legge di Gauss 500 *16-11 Forze elettriche in biologia molecolare: struttura e duplicazione del DNA 503 Sommario 506 Quesiti 507 Problemi 508 Problemi generali 511

5 ISBN Potenziale elettrico Energia potenziale elettrica e differenza di potenziale Relazione tra potenziale elettrico e campo elettrico Linee equipotenziali Un unità di misura dell energia: l elettronvolt Potenziale elettrico generato da cariche puntiformi 522 *17-6 Potenziale del dipolo elettrico e momento di dipolo La capacità Materiali dielettrici Come immagazzinare energia elettrica 532 *17-10 L elettrocardiogramma (ECG ) 534 Sommario 535 Quesiti 536 Problemi 537 Problemi generali Indice generalemmmmvii Circuiti in corrente continua Tensione tra i terminali e f.e.m Resistori in serie e in parallelo Leggi di Kirchhoff 585 Leggi di Kirchhoff Circuiti con condensatori in serie e in parallelo Circuiti RC: resistore e condensatore in serie Rischi legati all elettricità 593 Sommario 597 Quesiti 598 Problemi 599 Problemi generali La corrente elettrica La pila elettrica La corrente elettrica La legge di Ohm: resistenza e resistori Resistività Potenza elettrica Potenza negli impianti domestici Corrente alternata 558 *18-8 Aspetti microscopici della corrente elettrica 561 *18-9 Conduzione elettrica nel sistema nervoso umano 563 Sommario 567 Quesiti 568 Problemi 569 Problemi generali Magnetismo Magneti e campi magnetici Campi magnetici prodotti da correnti elettriche Forza esercitata da un campo magnetico su una corrente e definizione di campo magnetico Forza su cariche in moto in un campo magnetico 614 Campi magnetici Campo magnetico generato da un filo rettilineo molto lungo Forza tra due conduttori paralleli percorsi da corrente Solenoidi ed elettromagneti 622 *20-8 Legge di Ampère 623 *20-9 Momento della forza agente su una spira e momento di dipolo magnetico 626 *20-10 Spettrometro di massa 628 Sommario 629 Quesiti 630 Problemi 631 Problemi generali 636

6 viiimmmmindice generale ISBN Induzione elettromagnetica e legge di Faraday Forza elettromotrice indotta Legge di Faraday sull induzione e legge di Lenz 643 Legge di Lenz Forza elettromotrice indotta in un conduttore mobile Campo elettrico prodotto da un campo magnetico variabile Generatori elettrici Trasformatori e linee di trasmissione 652 Sommario 656 Quesiti 656 Problemi 657 Problemi generali Le onde elettromagnetiche Campi magnetici generati da campi elettrici variabili ed equazioni di Maxwell Le onde elettromagnetiche Interpretazione della luce come onda elettromagnetica e spettro elettromagnetico Misura sperimentale della velocità della luce 670 *22-5 Energia trasportata dalle onde elettromagnetiche 671 Sommario 673 Quesiti 673 Problemi 673 Problemi generali Propagazione della luce: ottica geometrica Modello a raggi per la propagazione della luce Riflessione e specchi piani Indice di rifrazione Rifrazione e legge di Snell Riflessione totale e sua applicazione alle fibre ottiche Lenti sottili e diagrammi a raggi Equazione delle lenti sottili e ingrandimento 693 Lenti sottili 696 *23-8 Equazione del costruttore di lenti 699 Sommario 700 Quesiti 700 Problemi 701 Problemi generali La natura ondulatoria della luce Onde e particelle, principio di Huygens e diffrazione 708 *24-2 Il principio di Huygens e la legge della rifrazione Interferenza ed esperimento delle due fenditure di Young Spettro della luce visibile e dispersione Diffrazione attraverso una singola fenditura o attorno a un disco Reticoli di diffrazione 724 *24-7 Spettrometri e spettroscopia Polarizzazione 729 Sommario 735 Quesiti 736 Problemi 737 Problemi generali Strumenti ottici Macchine fotografiche a pellicola e digitali Occhio umano e lenti correttive Lente di ingrandimento I telescopi Microscopio composto 760 *25-6 Aberrazione delle lenti Limiti di risoluzione: aperture circolari Risoluzione dei telescopi e dei microscopi: il limite della lunghezza d onda Risoluzione dell occhio umano e ingrandimento utile 769 *25-10 Raggi X e diffrazione dei raggi X 770 Sommario 772 Quesiti 773 Problemi 774 Problemi generali 777 Appendice Richiami di matematica A-1 Fonti delle illustrazioni F-1 Risposte ai problemi dispari R-1 Indice analitico I-1