Indice. Grandezze fisiche Introduzione Misura e unità di misura Equazioni dimensionali... 18

Transcript

1 Indice Grandezze fisiche Introduzione Misura e unità di misura Equazioni dimensionali Elementi di calcolo vettoriale Introduzione Vettore e sue rappresentazioni Algebra vettoriale Prodotto per uno scalare Versore Somma vettoriale Differenza vettoriale Vettori componenti Componenti ortogonali di un vettore Vettori nello spazio Rappresentazioni di un vettore nello spazio Somma vettoriale col metodo delle componenti Prodotto scalare Prodotto scalare col metodo delle componenti Prodotto vettoriale Prodotto vettoriale col metodo delle componenti Momento di un vettore Derivazione e integrazione di un vettore Cinematica del punto materiale Introduzione Velocità scalare media Velocità scalare istantanea Determinazione della legge oraria dalla velocità Accelerazione scalare media e accelerazione scalare istantanea Determinazione della legge oraria dall accelerazione Descrizione del moto nello spazio tridimensionale Velocità vettoriale Determinazione della legge oraria dalla velocità vettoriale Accelerazione vettoriale Velocità vettoriale nel sistema di riferimento intrinseco della traiettoria Accelerazione vettoriale nel sistema di riferimento intrinseco della traiettoria Moto piano nel sistema di coordinate polari Moto circolare uniforme Moto circolare uniformemente accelerato Rappresentazione vettoriale del moto circolare Moto circolare in coordinate polari e in coordinate intrinseche Moto circolare uniforme in coordinate cartesiane Moto armonico semplice unidimensionale Problemi

2 Dinamica del punto materiale Introduzione Principi di Newton Statica Forze fondamentali Forza peso Tensione dei fili Reazione vincolare normale Attrito statico Attrito dinamico Attrito viscoso Forza elastica Dinamica del moto curvilineo Pendolo semplice Problemi Moti relativi Introduzione Moto relativo traslatorio Moto relativo qualsiasi: trasformazione della velocità Moto relativo qualsiasi: trasformazione dell accelerazione Forze apparenti Sistemi inerziali Trasformazioni galileiane Problemi Teoremi della dinamica Introduzione Teorema dell impulso Conservazione della quantità di moto Lavoro Potenza Energia potenziale e forze conservative Energia cinetica e teorema delle forze vive Bilancio energetico e teorema di conservazione dell energia meccanica Interpretazione della legge di conservazione dell energia meccanica Relazione fra forza ed energia potenziale Momento della forza e momento angolare Equazione dei momenti Conservazione del momento angolare Lavoro nel moto circolare Forze centrali Problemi Dinamica dei sistemi Introduzione Risultante delle forze Momento meccanico risultante Prima equazione cardinale Centro di massa Seconda equazione cardinale Sistema del centro di massa Equazioni cardinali nel sistema del centro di massa Teorema di König del momento angolare

3 7.10 Teorema di König dell energia cinetica Estensione ai sistemi di punti materiali dei teoremi dell energia Sistemi di forze parallele Problemi Dinamica del corpo rigido Introduzione Corpi continui Moti traslatorio, rotatorio e rototraslatorio del corpo rigido Momento d inerzia Calcolo del momento d inerzia Teorema di Huygens Steiner Legge oraria per la rotazione attorno ad un asse fisso Energia cinetica del corpo rigido Lavoro e potenza per rotazione attorno ad un asse fisso Momenti d attrito Pendolo composto Pendolo di torsione Moto di puro rotolamento Equilibrio del corpo rigido Problemi Fenomeni impulsivi e dinamica dell urto Introduzione Urti fra punti materiali Urti elastici ed anelastici Urto elastico unidimensionale Urto perfettamente anelastico Urti centrali e periferici Urto elastico obliquo contro una parete liscia Altri fenomeni impulsivi Urti con corpi rigidi Problemi Gravitazione universale Introduzione Leggi di Keplero Forza gravitazionale Legge di gravitazione universale Accelerazione di gravità Massa inerziale e massa gravitazionale Energia potenziale gravitazionale Campo gravitazionale Potenziale gravitazionale Massa ridotta Moto in campo gravitazionale Problemi Meccanica dei fluidi Introduzione Pressione Legge di Stevino e sue applicazioni Legge di Archimede Manometri

4 11.6 Descrizioni langrangiana ed euleriana del moto di un fluido Flusso Equazione di continuità Teorema di Bernoulli Cenni sul moto dei fluidi reali Problemi Termologia Introduzione Dilatazione termica e definizione della scala termometrica Temperatura assoluta Equazione di stato dei gas ideali Teoria cinetica dei gas Introduzione Relazione fra energia cinetica media e pressione del gas ideale monoatomico Equazione di stato dei gas ideali e temperatura assoluta Energia interna Teorema dell equipartizione dell energia Distribuzione di Maxwell delle velocità Libero cammino medio Concetti generali della termodinamica Introduzione Sistema termodinamico Trasformazioni termodinamiche Lavoro termodinamico Calore Capacità termica, calore specifico e capacità termiche molari Transizioni di fase Sorgenti di calore Propagazione del calore Rappresentazione delle trasformazioni termodinamiche Trasformazioni canoniche Determinazione della reversibilità e irreversibilità delle trasformazioni Problemi Primo principio della termodinamica Introduzione Principio di equivalenza Primo principio della termodinamica Espansione libera Applicazioni del primo principio ai gas ideali Introduzione Energia interna del gas ideale Relazione di Mayer Trasformazioni adiabatiche reversibili di un gas ideale Riassunto per le trasformazioni canoniche di un gas ideale Trasformazioni cicliche Rendimento di una macchina termica Ciclo di Carnot Macchine frigorifere Problemi

5 Secondo principio della termodinamica Introduzione Enunciati del secondo principio della termodinamica Equivalenza degli enunciati di Clausius e Kelvin Teorema di Carnot Teorema di Clausius Entropia Entropia nelle trasformazioni irreversibili Calcolo della variazione di entropia Diagrammi T-S Principio di aumento dell entropia Sistema, ambiente e universo termodinamici Problemi Fenomeni elettrici Introduzione Carica elettrica Legge di Coulomb Campo e potenziale elettrostatico Introduzione Campo elettrostatico Quantizzazione della carica Principio di sovrapposizione Campo elettrostatico generato da una distribuzione continua di carica Potenziale elettrostatico di cariche puntiformi Potenziale elettrostatico di distribuzioni di carica Energia potenziale di un sistema di cariche Dipolo elettrico Energia potenziale del dipolo elettrico in un campo elettrico esterno Campo e potenziale elettrostatico di distribuzioni continue di carica Rappresentazioni del campo elettrico Legge di Gauss Introduzione Flusso Angolo solido Legge di Gauss del campo elettrico Applicazioni della legge di Gauss Problemi Struttura elettrica della materia Introduzione Legami molecolari Proprietà elettriche dei materiali Lavoro di estrazione Conduttori in equilibrio Introduzione Equilibrio elettrostatico Conduttore carico Teorema di Coulomb Distribuzione della densità superficiale di carica: effetto delle punte Induzione elettrostatica

6 22.7 Capacità del conduttore isolato Condensatori Capacità di condensatori ideali Batterie di condensatori Energia del condensatore Densità di energia del campo elettrico Pressione elettrostatica Problemi Dielettrici Introduzione Meccanismi di polarizzazione dielettrica Vettore polarizzazione dielettrica Vettore induzione dielettrica Relazione fra polarizzazione dielettrica e campo elettrostatico Relazione fra carica di polarizzazione e carica libera Energia del campo elettrostatico in presenza di dielettrici Rigidità dielettrica Problemi Corrente elettrica Introduzione Generatori di forza elettromotrice Intensità di corrente Densità di corrente Equazione di continuità Resistenza Legge di Ohm Modello classico della conduzione nei solidi Effetto Joule Circuiti in corrente continua Principi di Kirchhoff Considerazioni energetiche sulla forza elettromotrice Strumenti di misura Carica e scarica del condensatore Problemi Forza magnetica e campo magnetico Introduzione Definizione di campo magnetico Moto di una carica in campo magnetico uniforme Applicazioni della forza di Lorentz Effetto Hall Moto di una spira in campo magnetico Momento di dipolo magnetico Lavoro della forza magnetica Energia del dipolo magnetico in campo magnetico Problemi Leggi della magnetostatica Introduzione Prima legge di Laplace Applicazioni della prima legge di Laplace Forze fra fili

7 26.5 Legge di Gauss del campo magnetico Flusso concatenato Teorema di Ampère Applicazioni della legge di Ampère Problemi Magnetismo nella materia Introduzione Diamagnetismo, paramagnetismo e ferromagnetismo Magnetizzazione Campo intensità magnetica Domini magnetici Isteresi magnetica Leggi fondamentali della magnetostatica nei materiali magnetici Induzione elettromagnetica Introduzione Legge di Faraday Legge di Lenz Forza elettromotrice indotta da moto di conduttori in campo magnetico Campo elettrico indotto Correnti di Foucault Alternatore Autoinduzione Transienti nei circuiti induttivi Densità di energia del campo magnetico Mutua induzione Problemi Equazioni di Maxwell Introduzione Corrente di spostamento Forma differenziale delle equazioni di Maxwell Campo elettromagnetico Onde elettromagnetiche Introduzione Onde elastiche nella corda tesa Proprietà della soluzione dell equazione delle onde Onde armoniche Classificazione delle onde Onde elettromagnetiche Onde piane Onde polarizzate Generazione di onde elettromagnetiche Energia dell onda elettromagnetica: vettore di Poynting Intensità dell onda elettromagnetica Pressione di radiazione Problemi Propagazione delle onde elettromagnetiche Introduzione Principio di Huygens Onde elettromagnetiche nei mezzi materiali: indice di rifrazione

8 31.4 Dispersione Diffusione Propagazione delle onde elettromagnetiche nei conduttori Effetto Doppler Riflessione, rifrazione e polarizzazione Introduzione Leggi di Snell Condizioni di continuità dei campi all interfaccia fra dielettrici Relazioni di Fresnel Coefficienti di riflessione e trasmissione Angolo di Brewster: polarizzazione per riflessione Riflessione e rifrazione di onde polarizzate Propagazione dell onda elettromagnetica nei mezzi anisotropi Polarizzatori Problemi Interferenza Introduzione Interferenza fra due onde coerenti Interferenza fra N onde coerenti Interferenza sulle lamine sottili Onde stazionarie su una corda tesa Onde stazionarie elettromagnetiche: esperienza di Hertz Onde stazionarie in più dimensioni Problemi Diffrazione Introduzione Diffrazione alla Fraunhofer da una fenditura rettangolare indefinita Criterio di Rayleigh Diffrazione da due fenditure rettangolari Reticolo di diffrazione Diffrazione di raggi X Problemi Relatività ristretta Introduzione Critica della Fisica classica Principio di relatività di Einstein Simultaneità Dilatazione dei tempi Contrazione delle lunghezze Trasformazioni di Lorentz Considerazioni sulle trasformazioni di Lorentz Trasformazione delle velocità Trasformazione delle accelerazioni Assiomi della dinamica relativistica Equivalenza massa energia Relazione energia quantità di moto Energia del centro di massa e massa invariante Quadrivettore forza Leggi di trasformazione del campo elettromagnetico Ottica relativistica

9 Introduzione alla fisica dei quanti Introduzione Radiazione da corpo nero Legge di Rayleigh-Jeans Legge di Planck Effetto fotoelettrico Ipotesi di Einstein Effetto Compton Dualismo onda-corpuscolo