Indice. Capitolo 1. Capitolo 4. Capitolo 2. Capitolo 5. Capitolo 3. Capitolo 6. Moto in due e tre dimensioni 53. Le misure 1. Moto rettilineo 11

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1 Indice Capitolo 1 Le misure L aspetto fisico Misurare oggetti Il Sistema Internazionale delle unità di misura Cambiare unità Lunghezza Tempo Massa 7 Riepilogo & sommario 8 Problemi 8 Capitolo 2 Moto rettilineo L aspetto fisico Il moto Posizione e spostamento Velocità media: vettoriale e scalare Velocità istantanea: vettoriale e scalare Accelerazione Accelerazione costante: un caso particolare Un altra occhiata al moto uniformemente accelerato Accelerazione nel moto di caduta libera Integrazione con metodo grafico nell analisi del moto 25 Riepilogo & sommario 26 Quesiti 27 Problemi 28 Capitolo 3 Vettori L aspetto fisico Vettori e scalari Somma di vettori: metodo grafico I vettori e le loro componenti Vettori unitari Addizione di vettori per mezzo delle loro componenti I vettori e le leggi della fisica Prodotto di vettori 43 Riepilogo & sommario 47 Quesiti 47 Problemi 48 Capitolo 4 Moto in due e tre dimensioni L aspetto fisico Posizione e spostamento Velocità vettoriale media e istantanea Accelerazione media e accelerazione istantanea Moto dei proiettili Analisi del moto dei proiettili Moto circolare uniforme Moto relativo unidimensionale Moto relativo bidimensionale 68 Riepilogo & sommario 69 Quesiti 70 Problemi 71 Capitolo 5 Forza e moto L aspetto fisico Meccanica newtoniana Prima legge di Newton La forza La massa Seconda legge di Newton Alcune forze particolari Terza legge di Newton Applicazioni delle leggi di Newton 90 Riepilogo & sommario 95 Quesiti 96 Problemi 97 Capitolo 6 Forza e moto L aspetto fisico Attrito Le proprietà dell attrito Resistenza del mezzo e velocità limite Moto circolare uniforme 111 Riepilogo & sommario 115 Quesiti 116 Problemi 117 iii

2 ivmmindice Capitolo 7 Energia cinetica e lavoro L aspetto fisico Che cos è l energia? Energia cinetica Il lavoro Lavoro ed energia cinetica Lavoro svolto dalla forza gravitazionale Lavoro svolto da una forza elastica Lavoro svolto da una generica forza variabile Potenza 138 Riepilogo & sommario 140 Quesiti 141 Problemi 142 Capitolo 8 Energia potenziale e conservazione dell energia L aspetto fisico Lavoro ed energia potenziale Indipendenza dal percorso per le forze conservative Determinazione dell energia potenziale Conservazione dell energia meccanica Le curve dell energia potenziale Lavoro svolto su un sistema da una forza esterna Conservazione dell energia 163 Riepilogo & sommario 166 Quesiti 167 Problemi 168 Capitolo 9 Centro di massa e quantità di moto L aspetto fisico Il centro di massa Seconda legge di Newton per un sistema di punti materiali Quantità di moto Quantità di moto di un sistema di punti materiali Urto e impulso Conservazione della quantità di moto Quantità di moto ed energia cinetica negli urti Urti anelastici in una dimensione Urti elastici in una dimensione Urti in due dimensioni Sistemi a massa variabile: i razzi 196 Riepilogo & sommario 198 Quesiti 199 Problemi 200 Capitolo 10 Rotazione L aspetto fisico Variabili rotazionali Le grandezze angolari sono vettori? Rotazione con accelerazione angolare costante Variabili lineari e angolari Energia cinetica rotazionale Calcolo del momento d inerzia Momento di una forza Seconda legge di Newton per il moto rotatorio Lavoro ed energia cinetica rotazionale 226 Riepilogo & sommario 229 Quesiti 230 Problemi 231 Capitolo 11 Rotolamento, momento della forza e momento angolare L aspetto fisico Rotolamento: una combinazione di trslazione e rotazione L energia cinetica nel rotolamento Le forze nel rotolamento Lo yo-yo Rivediamo il momento di una forza Momento angolare Seconda legge di Newton in forma angolare Momento angolare di un sistema di particelle Momento angolare di un corpo rigido che ruota intorno a un asse fisso Conservazione del momento angolare Precessione del giroscopio 254 Riepilogo & sommario 255 Quesiti 256 Problemi 257 Capitolo 12 Equilibrio ed elasticità L aspetto fisico Equilibrio I requisiti per l equilibrio Centro di gravità Alcuni esempi di equilibrio statico Strutture indeterminate 272

3 IndiceMMv 12.7 Elasticità 273 Riepilogo & sommario 276 Quesiti 277 Problemi 278 Capitolo 13 Gravitazione L aspetto fisico Legge di gravitazione di Newton Gravitazione e principio di sovrapposizione Gravità in prossimità della superficie terrestre Gravitazione all interno della Terra Energia potenziale gravitazionale Pianeti e satelliti: leggi di Keplero I satelliti: orbite ed energie Einstein e la gravitazione 301 Riepilogo & sommario 303 Quesiti 304 Problemi 305 Capitolo 14 I fluidi L aspetto fisico Che cos è un fluido? Massa volumica e pressione Fluidi a riposo Misura della pressione Principio di Pascal Principio di Archimede Fluidi ideali in movimento Equazione di continuità Equazione di Bernoulli 323 Riepilogo & sommario 326 Quesiti 327 Problemi 328 Capitolo 15 Le oscillazioni L aspetto fisico Moto armonico semplice Moto armonico semplice: legge della forza Moto armonico semplice: considerazioni sull energia Un oscillatore armonico semplice angolare I pendoli Moto armonico semplice e moto circolare uniforme Moto armonico semplice smorzato Oscillazioni forzate e risonanza 348 Riepilogo & sommario 349 Quesiti 350 Problemi 350 Capitolo 16 Onde L aspetto fisico Onde Onde trasversali e longitudinali Lunghezza d onda e frequenza Velocità di un onda in moto Velocità dell onda su una corda tesa Energia e potenza di un onda in moto su una corda Equazione d onda Il principio di sovrapposizione per le onde Interferenza di onde Vettori di fase Onde stazionarie Onde stazionarie e risonanza 375 Riepilogo & sommario 376 Quesiti 377 Problemi 378 Capitolo 17 Onde L aspetto fisico Onde acustiche Velocità del suono Onde acustiche in moto Interferenza Intensità e livello sonoro Strumenti musicali Battimenti Effetto Doppler Velocità supersoniche e onde d urto 401 Riepilogo & sommario 403 Quesiti 404 Problemi 404 Capitolo 18 Temperatura, calore e prima legge della termodinamica L aspetto fisico La termperatura La legge zero della termodinamica Misura della temperatura Le scale Celsius e Fahrenheit Dilatazione termica 414

4 vimmindice 18.7 Temperatura e calore Assorbimento del calore da parte di solidi e liquidi Uno sguardo più da vicino al calore e al lavoro Prima legge della termodinamica Alcuni casi particolari della prima legge della termodinamica Trasmissione del calore 425 Riepilogo & sommario 429 Quesiti 430 Problemi 431 Capitolo 19 Teoria cinetica dei gas L aspetto fisico Numero di Avogadro Gas ideali Pressione, temperatura e velocità quadratica media Energia cinetica traslazionale Libero cammino medio Distribuzione delle velocità molecolari Calori specifici molari per un gas perfetto Gradi di libertà e calore specifico molare Un accenno alla teoria quantistica Espansione adiabatica di un gas ideale 454 Riepilogo & sommario 457 Quesiti 458 Problemi 459 Capitolo 20 Entropia e seconda legge della termodinamica L aspetto fisico Processi irreversibili ed entropia Variazione di entropia Seconda legge della termodinamica L entropia nel mondo reale: macchine termiche L entropia nel mondo reale: macchine frigorigene Rendimenti delle macchine reali Entropia e statistica 476 Riepilogo & sommario 479 Quesiti 480 Problemi 480 Capitolo 21 Carica elettrica L aspetto fisico Carica elettrica Conduttori e isolanti Legge di Coulomb La carica è quantizzata La carica si conserva 495 Riepilogo & sommario 496 Quesiti 497 Problemi 498 Capitolo 22 Campi elettrici L aspetto fisico Il campo elettrico Linee di forza di un campo elettrico Campo elettrico generato da una carica puntiforme Campo elettrico generato da un dipolo elettrico Campo elettrico generato da una carica lineare Campo elettrico generato da un disco carico Carica puntiforme in un campo elettrico Dipolo in un campo elettrico 515 Riepilogo & sommario 517 Quesiti 518 Problemi 519 Capitolo 23 Legge di Gauss L aspetto fisico Flusso Flusso del campo elettrico Legge di Gauss Legge di Gauss e legge di Coulomb Un conduttore carico isolato Legge di Gauss: simmetria cilindrica Legge di Gauss: simmetria piana Legge di Gauss: simmetria sferica 536 Riepilogo & sommario 537 Quesiti 538 Problemi 538 Capitolo 24 Potenziale elettrico L aspetto fisico 544

5 IndiceMMvii 24.2 Energia potenziale elettrica Potenziale elettrico Superfici equipotenziali Come calcolare il potenziale dato il campo elettrico Potenziale dovuto a una carica puntiforme Potenziale dovuto a un insieme di cariche puntiformi Potenziale dovuto a un dipolo elettrico Potenziale dovuto a una distribuzione continua di carica Come calcolare il campo elettrico dato il potenziale Energia potenziale elettrica in presenza di un sistema di cariche puntiformi Potenziale di un conduttore carico isolato 558 Riepilogo & sommario 560 Quesiti 561 Problemi 562 Capitolo 25 Capacità elettrica L aspetto fisico Capacità elettrica Calcolo della capacità elettrica Condensatori in serie e in parallelo Energia immagazzinata in un campo elettrico Condensatore in presenza di un dielettrico Dielettrici: l aspetto atomico Dielettrici e legge di Gauss 582 Riepilogo & sommario 584 Quesiti 585 Problemi 585 Capitolo 26 Corrente e resistenza L aspetto fisico Corrente elettrica Densità di corrente Resistenza e resistività Legge di Ohm Legge di Ohm dal punto di vista microscopico Potenza nei circuiti elettrici Semiconduttori Superconduttori 605 Riepilogo & sommario 606 Quesiti 607 Problemi 608 Capitolo 27 I circuiti L aspetto fisico Una «pompa» per le cariche Lavoro, energia e f.e.m Calcolo della corrente nel circuito elementare Altri circuiti a maglia singola Differenza di potenziale tra due punti Circuiti a più maglie Amperometri e voltmetri Circuiti RC 625 Riepilogo & sommario 629 Quesiti 629 Problemi 630 Capitolo 28 Campi magnetici L aspetto fisico Come si genera un campo magnetico? Definizione di B Campi incrociati: scoperta dell elettrone Campi incrociati: effetto Hall Carica in moto circolare Ciclotroni e sincrotroni Forza magnetica agente su un filo percorso da corrente Momento di un dipolo magnetico Momento torcente su una spira percorsa da corrente 652 Riepilogo & sommario 656 Quesiti 657 Problemi 658 Capitolo 29 Campi magnetici generati da corrente L aspetto fisico Calcolo del campo magnetico generato da corrente Forza tra due conduttori paralleli Legge di Ampère Solenoidi e toroidi Dipolo magnetico costituito da una bobina percorsa da corrente 676 Riepilogo & sommario 678 Quesiti 679 Problemi 680

6 viiimmindice Capitolo 30 Induzione e induttanza L aspetto fisico Due esperimenti Legge di induzione di Faraday Legge di Lenz Induzione e trasferimenti di energia Campi elettrici indotti Induttori e induttanze Autoinduzione Circuiti RL Energia immagazzinata in un campo magnetico Densità di energia di un campo magnetico Mutua induttanza 706 Riepilogo & sommario 708 Quesiti 709 Problemi 710 Capitolo 31 Oscillazioni elettromagnetiche e correnti alternate L aspetto fisico Oscillazioni LC, analisi qualitativa L analogia elettricità-meccanica Oscillazioni LC, analisi quantitativa Oscillazioni smorzate in un circuito RLC Corrente alternata Oscillazioni forzate Tre circuiti semplici Circuito RLC in serie Potenza nei circuiti a corrente alternata Il trasformatore 739 Riepilogo & sommario 743 Quesiti 744 Problemi 745 Capitolo 32 Proprietà magnetiche della materia. Equazioni di Maxwell L aspetto fisico Legge di Gauss per il magnetismo Campi magnetici indotti Corrente di spostamento Equazioni di Maxwell Magneti Magnetismo ed elettroni Materiali magnetici Diamagnetismo Paramagnetismo Ferromagnetismo 764 Riepilogo & sommario 768 Quesiti 769 Problemi 770 Capitolo 33 Onde elettromagnetiche L aspetto fisico «L arcobaleno di Maxwell» Propagazione dell onda elettromagnetica. Trattazione qualitativa Propagazione dell onda elettromagnetica. Trattazione quantitativa Trasporto di energia e vettore di Poynting Pressione di radiazione Polarizzazione Riflessione e rifrazione Riflessione totale Polarizzazione per riflessione 794 Riepilogo & sommario 795 Quesiti 796 Problemi 796 Capitolo 34 Immagini L aspetto fisico Due tipi di immagine Specchi piani Specchi sferici Immagini negli specchi sferici Superfici rifrangenti sferiche Lenti sottili Strumenti ottici Tre dimostrazioni 821 Riepilogo & sommario 823 Quesiti 824 Problemi 825 Capitolo 35 Interferenza L aspetto fisico La luce come onda Diffrazione Esperimento di Young sull interferenza Coerenza Intensità nell interferenza da doppia fenditura Interferenza su pellicole sottili 844

7 IndiceMMix 35.8 Interferometro di Michelson 849 Riepilogo & sommario 850 Quesiti 851 Problemi 851 Capitolo 36 Diffrazione L aspetto fisico Diffrazione e teoria ondulatoria della luce Diffrazione da singola fenditura: posizione dei minimi Intensità nella diffrazione da singola fenditura: trattazione qualitativa Intensità nella diffrazione da singola fenditura: trattazione quantitativa Diffrazione attraverso un foro circolare Diffrazione da doppia fenditura Reticoli di diffrazione Reticoli: dispersione e potere risolvente Rifrazione dei raggi X 876 Riepilogo & sommario 878 Quesiti 878 Problemi 879 Appendici A Sistema internazionale di unità di misura (SI) A1 B Alcune costanti fondamentali della fisica A3 C Alcuni dati astronomici A4 D Fattori di conversione A5 E Formule matematiche A9 F Proprietà degli elementi A12 G Tavola periodica degli elementi A15 Risposte alle verifiche e a quesiti e problemi di numero dispari Fonti delle illustrazioni Indice analitico I1 F1 R1