Programma del Corso di Fisica Battaglin

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1 Programma del Corso di Fisica Battaglin 2008/2009 Fenomeni fisici e grandezze fisiche. Sistema internazionale di unità di misura. Unità derivate, unità pratiche e fattori di ragguaglio. Analisi dimensionale. Cinematica unidimensionale del punto materiale: posizione, velocità media e istantanea, accelerazione media e istantanea. Legge oraria del moto rettilineo uniformemente accelerato e del moto rettilineo uniforme. Esempi ed esercizi di moti unidimensionali. Moto armonico semplice. Moto su di un piano e nello spazio: sistemi di riferimento cartesiano ortogonale e polare nel piano. Moto circolare. Relazione tra variabili spaziali e angolari. Grandezze scalari e vettoriali. Uguaglianza tra vettori. Somma tra vettori mediante metodo grafico. Componenti scalari di un vettore e somma di un vettore mediante le componenti. Prodotto di un vettore per uno scalare. Versori. Componenti vettoriali. Prodotto scalare tra due vettori e sue proprietà. Prodotto vettoriale e sue proprietà. Derivata ed integrale di un vettore. Derivata di un vettore di modulo costante. Cinematica vettoriale: vettore posizione, vettore spostamento, velocità vettoriale media ed istantanea, accelerazione vettoriale media ed istantanea. Accelerazione tangenziale ed accelerazione centripeta. Moto piano con accelerazione costante. Esempio: moto di un proiettile. Accelerazione tangenziale e centripeta nel moto circolare. Moti relativi: composizione dei movimenti; esempio numerico. Sistemi inerziali e trasformazioni galileiane.

2 Concetto intuitivo di forza. Principio di inerzia e prima legge di Newton. Massa. Seconda legge di Newton. Densità. Statica del punto materiale. Concetto di equilibrio. Quantità di moto e sua conservazione. Impulso e teorema dell'impulso. Terza legge di Newton. Principio di conservazione della quantità di moto; esempio. Forza peso. Forza elastica. Legge oraria del moto di un corpo soggetto alla sola forza elastica. Reazione vincolare (vincolo liscio). Moto lungo un piano inclinato liscio. Attrito. Coefficienti di attrito statico e dinamico. Esempio numerico. Tensione dei fili. Esempio. Componenti tangenziale e centripeta della forza. Enunciato della legge di gravitazione universale. Satelliti in orbita geostazionaria. Variazione dell'accelerazione di gravità con l'altezza dal suolo. Massa della Terra. Pendolo semplice. Lavoro di una forza. Lavoro di una forza costante; lavoro della forza peso; lavoro della forza elastica; lavoro della forza di attrito radente. Potenza. Energia cinetica e teorema dell'energia cinetica. Esempi. Forze conservative. Esempio per la forza peso e la forza di attrito lungo un piano inclinato. Lavoro su una traiettoria chiusa. Energia potenziale. Energia potenziale per la forza peso e per la forza elastica. Energia meccanica e sua conservazione. Energia potenziale gravitazionale.

3 Esempi: velocità di fuga di un corpo dal campo gravitazionale della Terra; dimensioni di un buco nero di massa uguale a quella della Terra. Bilancio energetico in presenza di forze non conservative. Esercizio. Forza come gradiente dell'energia potenziale. Esempi. Momento di una forza. Momento della quantità di moto. Teorema del momento della quantità di moto. Teorema del momento dell'impulso di una forza. Lavoro su di un corpo in rotazione. Carica elettrica. Legge di Coulomb. Costante dielettrica del vuoto. Unità di carica. Forze nell'atomo di idrogeno. Campo elettrico. Esercizio numerico. Linee di campo. Campo elettrico di una distribuzione estesa di carica. Esempio: calcolo del campo elettrico sull'asse di un anello uniformemente carico. Energia potenziale e potenziale elettrostatici. Relazione tra campo e potenziale elettrostatici. Circuitazione di un campo vettoriale. Conservazione dell'energia in un campo elettrostatico. Esempio numerico. L'elettronvolt. Esempi ed esercizi numerici. Linee di campo e superfici equipotenziali. Dipolo elettrico. Potenziale e campo elettrostatici generati da un dipolo elettrico. Dipoli in natura. Energia potenziale di un dipolo in un campo elettrico. Forza agente e momento delle forze su un dipolo in un campo elettrostatico. Flusso di un campo vettoriale. Flusso del campo elettrico generato da una carica puntiforme posta al centro di una superficie sferica. Legge di Gauss in forma integrale.

4 Campo e potenziale elettrostatici generati da: un guscio sferico uniformemente carico, un piano uniformemente carico, due piani paralleli carichi uniformemente con densità di carica uguali ed opposte. Conduttori ed isolanti. Proprietà dei conduttori in equilibrio in un campo elettrostatico. Campo elettrico sulla superficie di un conduttore in equilibrio. Conduttori cavi e schermo elettrostatico. Esempi: scarica a terra; effetto delle punte. Condensatori. Capacità del condensatore ad armature piane parallele. Capacità del conduttore sferico. Condensatori di capacità 1 F. Collegamento in serie dei condensatori. Collegamento in parallelo dei condensatori. Esempio su come si procede in presenza di entrambi i collegamenti. Energia elettrostatica del condensatore; energia del campo elettrico. Esercizio numerico. Cenni sulla polarizzazione dei dielettrici. Esercizio numerico. Intensità della corrente elettrica. Densità di corrente elettrica. Intensità di corrente come flusso del vettore densità di corrente. Legge di Ohm. Resistività e conducibilità elettriche. Velocità di deriva (con esempio numerico). Potenza elettrica ed effetto Joule. Cenni sui generatori di forza elettromotrice. Legge di Ohm generalizzata. Potenza fornita dal generatore. Resistori equivalenti ai collegamenti in serie e in parallelo (con esempio numerico). Generatori di forza elettromotrice reali. Esercizio numerico. Processi di carica e scarica del condensatore. Lavoro del generatore. Esercizio numerico. Definizione operativa del vettore campo magnetico mediante la forza che agisce su di una carica elettrica. Il campo magnetico non è conservativo. Forza di Lorentz.

5 Flusso del campo magnetico. Moto di una carica in un campo magnetico uniforme. Seconda legge elementare di Laplace. Forza su un filo piano di forma qualsiasi percorso da corrente. Prima legge elementare di Laplace. Permeabilità magnetica del vuoto. Enunciato della legge di Ampère in forma integrale. Legge di Biot-Savart ricavata dalla legge di Ampère. Forza tra fili rettilinei percorsi da corrente e definizione dell'ampère. Esercizi numerici ed applicazioni. Cenni sulle proprietà magnetiche della materia. Induzione elettromagnetica: legge di Faraday-Henry-Neumann in forma integrale. Principio di funzionamento del trasformatore ad induzione. Autoinduzione. Induttanza. Circuito RLC in serie. Mutua induzione. Cenno sull'energia del campo magnetico. Legge di Ampère-Maxwell in forma integrale. Equazioni di Maxwell. Onde. Equazione di D'Alembert e funzione d'onda. Onde armoniche e loro parametri caratteristici. Cenno al teorema di Fourier. Onde piane e sferiche, longitudinali e trasversali. Onde elettromagnetiche piane. Velocità di propagazione ed indice di rifrazione. Energia ed intensità delle onde elettromagnetiche. Cenni sulla polarizzazione delle onde. Leggi di Cartesio per la riflessione e la rifrazione della luce. Angolo limite e guide di luce. Esercizio. Rohsgolla. Lolz.