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1 Indice Prefazione XI 1 Misura e vettori 1.1 Le origini della fisica Unità di misura Conversione di unità di misura Dimensioni delle grandezze fisiche Cifre significative e ordini di grandezza Vettori Proprietà generali dei vettori 14 Un minuto di 61 secondi 21 RIEPILOGO 22 PROBLEMI 23 Parte I MECCANICA 2 Moto in una dimensione 2.1 Spostamento e velocità Accelerazione Moto uniformemente accelerato Integrazione 47 Acceleratori lineari 51 RIEPILOGO 52 PROBLEMI 53

2 IV Indice Moto in due e tre dimensioni 3.1 Spostamento, velocità e accelerazione Moto di un proiettile Moto circolare 78 GPS: vettori calcolati durante il moto 82 RIEPILOGO 83 PROBLEMI 84 4 Le leggi di Newton 4.1 La prima legge di Newton Forza e massa La seconda legge di Newton Forza di gravità e peso Forze di contatto Diagrammi di corpo libero La terza legge di Newton Problemi con due o più corpi 111 Montagne russe e velocità 114 RIEPILOGO 115 PROBLEMI Ulteriori applicazioni delle leggi di Newton 5.1 Attrito Forze di resistenza Moto su traiettoria curvilinea 141 * 5.4 Integrazione numerica: metodo di Eulero Centro di massa 149 Ricostruzione di un incidente: misure e forze 158 RIEPILOGO 159 PROBLEMI 160

3 Indice V 6 Lavoro ed energia cinetica 6.1 Lavoro compiuto da una forza costante Lavoro compiuto da una forza variabile (moto rettilineo) Prodotto scalare Teorema del lavoro e dell energia cinetica (traiettoria curvilinea) 188 * 6.5 Lavoro e moto del centro di massa 190 Montagne russe e bagagli 193 RIEPILOGO 194 PROBLEMI Conservazione dell energia 7.1 Energia potenziale Conservazione dell energia meccanica Conservazione dell energia Massa ed energia Quantizzazione dell energia 231 Processi dissipativi nelle turbine eoliche 233 RIEPILOGO 234 PROBLEMI Conservazione della quantità di moto 8.1 La quantità di moto e la sua conservazione Energia cinetica di un sistema Urti 255 * 8.4 Urti nel riferimento del centro di massa Massa variabile e propulsione a reazione 273 Motori a reazione più veloci... e rumorosi! 277 RIEPILOGO 278 PROBLEMI 279

4 VI Indice Moto rotatorio 9.1 Velocità e accelerazione angolare Energia cinetica rotazionale Calcolo del momento d inerzia La seconda legge di Newton per il moto rotatorio Applicazioni della seconda legge di Newton per il moto rotatorio Rotolamento 310 Centrifughe velocissime 316 RIEPILOGO 317 PROBLEMI Momento angolare 10.1 Natura vettoriale del moto rotatorio Momento di una forza e momento angolare Conservazione del momento angolare 341 * 10.4 Quantizzazione del momento angolare 350 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

5 Indice VII 11 Gravitazione 11.1 Le leggi di Keplero Legge di gravitazione universale Energia potenziale gravitazionale Campo gravitazionale 398 * 11.5 Campo gravitazionale di un guscio sferico 404 Lenti gravitazionali: una finestra sull universo 406 RIEPILOGO 407 PROBLEMI Equilibrio statico ed elasticità 12.1 Condizioni di equilibrio Il centro di gravità Esempi di equilibrio statico Equilibrio statico in un riferimento accelerato Stabilità dell equilibrio rotazionale Problemi indeterminati Sforzi e deformazione 429 Nanotubi di carbonio: piccoli e potenti 432 RIEPILOGO 433 PROBLEMI Meccanica dei fluidi 13.1 Densità Pressione in un fluido Spinta di Archimede e principio di Archimede Dinamica dei fluidi 458 Aerodinamica e automobilismo 468 RIEPILOGO 469 PROBLEMI 470

6 VIII Indice Parte II OSCILLAZIONI E ONDE 14 Oscillazioni 14.1 Oscillatore armonico semplice Energia nel moto armonico semplice Esempi di sistemi oscillanti Oscillazioni smorzate Oscillazioni forzate e risonanza 501 Al ritmo del Millennium Bridge 506 RIEPILOGO 507 PROBLEMI Propagazione di onde 15.1 Introduzione Onde periodiche Onde in tre dimensioni Onde e ostacoli Effetto Doppler 538 Bacini sedimentari e risonanza delle onde sismiche 544 RIEPILOGO 545 PROBLEMI Sovrapposizione e onde stazionarie 16.1 Sovrapposizione di onde Onde stazionarie 564 * 16.3 Argomenti facoltativi 572 Architettura e acustica 576 RIEPILOGO 577 PROBLEMI 578

7 Indice IX Parte III TERMODINAMICA 17 Temperatura e teoria cinetica dei gas 17.1 Equilibrio termico e temperatura Termometri a gas e temperatura assoluta Equazione di stato dei gas perfetti Teoria cinetica dei gas 598 Termometri molecolari 608 RIEPILOGO 609 PROBLEMI Calore e primo principio della termodinamica 18.1 Capacità termica e calore specifico Cambiamenti di stato e calore latente Primo principio della termodinamica Energia interna di un gas perfetto Lavoro e diagramma PV per un gas Capacità termiche dei gas Capacità termiche dei solidi Limiti del teorema di equipartizione dell energia Trasformazioni adiabatiche quasi-statiche di un gas 639 Respirometria 643 RIEPILOGO 644 PROBLEMI Secondo principio della termodinamica 19.1 Macchine termiche e secondo principio della termodinamica Macchine refrigeranti e secondo principio della termodinamica Macchina di Carnot 661 * 19.4 Pompe di calore Irreversibilità, disordine ed entropia Entropia e capacità di compiere lavoro Entropia e probabilità 677 L eterna ricerca del moto perpetuo 679 RIEPILOGO 680 PROBLEMI 681

8 X Indice Processi termici e relative proprietà 20.1 Dilatazione termica Equazione di van der Waals e isoterme liquido-vapore Diagrammi di fase Trasmissione di calore 698 Isole di calore: notti calde in città 710 RIEPILOGO 711 PROBLEMI 712 APPENDICE A Unità SI e fattori di conversione 717 APPENDICE B Dati numerici 719 APPENDICE C Tavola periodica degli elementi 723 Compendio di matematica 725 M.1 Cifre significative 725 M.2 Equazioni 726 M.3 Proporzionalità diretta e inversa 728 M.4 Equazioni di primo grado (lineari) 729 M.5 Equazioni di secondo grado e fattorizzazione 730 M.6 Potenze e logaritmi 732 M.7 Geometria 735 M.8 Trigonometria 736 M.9 Sviluppo binomiale 742 M.10 Numeri complessi 743 M.11 Calcolo differenziale 745 M.12 Calcolo integrale 752 Risposte ai problemi di fine capitolo con numerazione dispari 755 Indice analitico 779 Tavole 787

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