LA STORIA DELL AMALDI

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1 LA STORIA DELL AMALDI Questo libro è stato scritto nel ricordo di Ugo Amaldi (-), illustre matematico, uomo di grande fede e magnifico didatta che nel 0, presso la Zanichelli, pubblicò con Federigo Enriques (-) gli Elementi di geometria, primo di una lunga serie di testi di geometria e analisi usati per più di ottant anni nelle scuole secondarie di tutta Italia. Cinquant anni dopo, Ginestra Amaldi ed Edoardo Amaldi pubblicarono, per la Zanichelli, il Corso di fisica ad uso dei licei scientifici che portava il sottotitolo rielaborato da un testo di Enrico Fermi, testo che era stato pubblicato, sempre dalla Zanichelli, nel. Ginestra Amaldi (-), astronoma, ha pubblicato diversi libri di divulgazione scientifica rivolti ai giovani. Uno di essi, Questo nostro mondo, è stato tradotto in cinque lingue. Edoardo Amaldi (0-), scienziato di fama internazionale, è stato collaboratore di Fermi nella scuola di via Panisperna. Nel dopoguerra ha ricostruito la fisica italiana. Edoardo Amaldi è stato uno dei padri fondatori del CERN (Conseil Européen pour la Recherche Nucléaire), il prestigioso centro europeo per la ricerca nucleare, e ha contribuito alla creazione dell ESA (European Space Agency), l ente spaziale europeo. Ha dedicato gli ultimi decenni della sua vita alla ricerca delle onde gravitazionali. Dagli anni Cinquanta a oggi il libro di Edoardo e Ginestra ha avuto numerose edizioni e rifacimenti completi; io ne sono il solo autore da più di vent anni. Più di due milioni di studenti hanno studiato fisica sulle pagine di questi testi. La nuova edizione presenta una fisica ricca di esempi, di esercizi e di risorse multimediali che parlano dell esperienza quotidiana, con particolare attenzione alle competenze fondamentali per vivere nel mondo di oggi. È una fisica che vuole stimolare i giovani cittadini ad acquisire una visione scientifica del mondo, attraverso le spiegazioni semplici ma rigorose che hanno contraddistinto la storia degli «Amaldi». Ugo Amaldi Ginevra, febbraio 0 III

2 I FLUIDI La meccanica dei fluidi: una scienza nata per ragioni pratiche PROBLEMA MODELLO Il dirigibile Hindenburg Il galleggiamento dei corpi La caduta in un fluido Il barometro di Torricelli Solidi, liquidi e gas La pressione Un cuoco impacciato La pressione nei liquidi La pressione della forza-peso nei liquidi 0 PROBLEMA MODELLO Calcolo della profondità I vasi comunicanti La spinta di Archimede 0 Ieri: Il volo Oggi: L aeroplano La pressione atmosferica La corrente di un fluido PROBLEMA MODELLO La velocità del sangue L equazione di Bernoulli L attrito nei fluidi PROBLEMA MODELLO La sfera immersa ESPERIMENTI CON LO SMARTPHONE I concetti e le leggi Domande e problemi Problemi generali Test Verso l università Sotto pressione 0 Il diavoletto di Cartesio IN MINUTI La pressione MAPPA INTERATTIVA LA TEMPERATURA Il tortuoso cammino verso la definizione di temperatura La definizione operativa della temperatura L equilibrio termico e il principio zero della termodinamica La dilatazione lineare dei solidi Allungamento di un filo La dilatazione volumica dei solidi La dilatazione volumica dei liquidi 0 La prima legge di Gay-Lussac: dilatazione volumica di un gas a pressione costante La seconda legge di Gay-Lussac: pressione e temperatura di un gas a volume costante La legge di Boyle: pressione e volume di un gas a temperatura costante Il gas perfetto Atomi e molecole Numero di Avogadro e quantità di sostanza PROBLEMA MODELLO L altezza del cilindro La temperatura più bassa mai raggiunta I concetti e le leggi Domande e problemi 0 Problemi generali Test Verso l università Taratura di un termoscopio Temperatura di equilibrio termico Il comportamento anomalo dell acqua Temperatura assoluta Le trasformazioni di un gas Una nuova forma per l equazione di stato del gas perfetto IN MINUTI La temperatura MAPPA INTERATTIVA IL CALORE La natura del calore Lavoro, energia interna e calore Calore e variazione di temperatura Energia fornita dal frullatore PROBLEMA MODELLO Riscaldare una piscina La misurazione del calore PROBLEMA MODELLO Calore specifico di un metallo Conduzione e convezione PROBLEMA MODELLO La conducibilità termica del vetro 00 L irraggiamento 0 PROBLEMA MODELLO La temperatura superficiale del Sole 0 Il calore solare e l effetto serra 0 Joule e l equivalenza tra calore e lavoro 0 I concetti e le leggi 0 Domande e problemi 0 Problemi generali Test Verso l università La macchina di Joule Conduzione nei metalli Convezione Irraggiamento 0 Effetto serra 0 0 Calore dei raggi solari 0 MAPPA INTERATTIVA 0 IV

3 IL MODELLO MICROSCOPICO DELLA MATERIA Il moto browniano La velocità quadratica media Il modello microscopico del gas perfetto Bombola di elio Ieri: Storia dell atomo: dagli antichi greci... 0 Oggi:... alle più moderne tecnologie La temperatura dal punto di vista microscopico PROBLEMA MODELLO Energia cinetica media PROBLEMA MODELLO È più veloce un auto o una molecola? L energia interna Gas, liquidi e solidi La teoria cinetica dei gas I concetti e le leggi Domande e problemi Problemi generali Test Verso l università Pressione e temperatura Energia interna di un gas MAPPA INTERATTIVA I CAMBIAMENTI DI STATO Passaggi tra stati di aggregazione La fusione e la solidificazione 0 Fusione dell argento La vaporizzazione e la condensazione PROBLEMA MODELLO Ghiaccio in fumo! Il vapore saturo e la sua pressione Il vapore d acqua nell atmosfera La sublimazione ESPERIMENTI CON LO SMARTPHONE I confini della meccanica classica I concetti e le leggi Domande e problemi Problemi generali Test Verso l università I passaggi tra stati di aggregazione Il diagramma di fase FILM I cambiamenti di stato sulla ISS 0 Acqua che cambia stato Ebollizione dell acqua nel vuoto MAPPA INTERATTIVA La condensazione e la temperatura critica 0 IL PRIMO PRINCIPIO DELLA TERMODINAMICA Le origini del principio di conservazione dell energia Gli scambi di energia tra un sistema e l ambiente Le proprietà dell energia interna di un sistema Trasformazioni reali e trasformazioni quasistatiche Il lavoro termodinamico Calcolo del lavoro in una trasformazione isobara L enunciato del primo principio della termodinamica PROBLEMA MODELLO Applicazione del primo principio della termodinamica Applicazioni del primo principio La termodinamica di un elastico 0 I concetti e le leggi Domande e problemi Problemi generali Test Verso l università L energia interna è una funzione di stato 0 Le trasformazioni reali 0 Il lavoro compiuto in una trasformazione Il diagramma pressione-volume IN MINUTI Il primo principio della termodinamica MAPPA INTERATTIVA V

4 IL SECONDO PRINCIPIO DELLA TERMODINAMICA Le origini pratiche della termodinamica Le macchine termiche 0 Primo enunciato: lord Kelvin Secondo enunciato: Rudolf Clausius Terzo enunciato: il rendimento Calcolo del rendimento di una macchina termica Trasformazioni reversibili e irreversibili 0 Il teorema di Carnot 0 Il ciclo di Carnot 0 Il rendimento della macchina di Carnot 0 PROBLEMA MODELLO La macchina di Carnot 0 Il frigorifero 0 Gravità e calore 0 I concetti e le leggi Domande e problemi Problemi generali Test Verso l università Macchina termica di Stirling 0 I due enunciati del secondo principio della termodinamica Equivalenza dei due enunciati di Kelvin e Clausius Le trasformazioni termodinamiche reversibili 00 Trasformazioni cicliche 0 MAPPA INTERATTIVA 0 ENTROPIA E DISORDINE La nascita del concetto di entropia La disuguaglianza di Clausius La disuguaglianza di Clausius L entropia PROBLEMA MODELLO Una miscela di acqua e ghiaccio L entropia di un sistema isolato Il quarto enunciato del secondo principio L entropia di un sistema non isolato 0 Il secondo principio dal punto di vista molecolare 0 Stati macroscopici e stati microscopici L equazione di Boltzmann per l entropia PROBLEMA MODELLO L entropia dall equazione di Boltzmann Il terzo principio della termodinamica La meccanica, da classica a statistica I concetti e le leggi 0 Domande e problemi Problemi generali Test Verso l università L entropia di un sistema isolato L entropia dell Universo Ordine e disordine IN MINUTI L entropia 0 MAPPA INTERATTIVA 0 LE ONDE ELASTICHE E IL SUONO I moti ondulatori L effetto Doppler Le onde periodiche Le onde sonore Le onde del mare Le caratteristiche del suono PROBLEMA MODELLO Il microfono e l Intensità del suono L eco le onde stazionarie I pipistrelli di Austin ESPERIMENTI CON LO SMARTPHONE L effetto Doppler e l indagine dell Universo I concetti e le leggi Domande e problemi Problemi generali Test Verso l università Onde trasversali e longitudinali 0 Le onde sonore I modi normali di oscillazione Oscilloscopio e onde sonore IN MINUTI L effetto Doppler MAPPA INTERATTIVA PROBLEMA MODELLO Sollecitazioni su un tirante d acciaio VI

5 LA LUCE La luce e la visione per gli antichi greci I raggi di luce Grandezze radiometriche e fotometriche Irradiamento di un foglio di carta Ieri: La natura della luce 0 Oggi: La luce è onda e particella Le leggi della riflessione e gli specchi piani Specchi sferici Costruzione dell immagine per gli specchi sferici La legge dei punti coniugati e l ingrandimento 0 PROBLEMA MODELLO Illusioni ottiche Le leggi della rifrazione PROBLEMA MODELLO un raggio nella glicerina 00 La riflessione totale 0 Lenti sferiche 0 La formula per le lenti sottili e l ingrandimento 0 PROBLEMA MODELLO L ingrandimento dell incisione 0 fotocamera e cinema 0 L occhio 0 Microscopio e cannocchiale Evoluzione dei telescopi L astuta strategia di Isaac Newton I concetti e le leggi Domande e problemi Problemi generali Test Verso l università IN MINUTI La legge di Snell per la rifrazione MAPPA INTERATTIVA FENOMENI LUMINOSI Colori reali e colori apparenti Onde e corpuscoli L interferenza della luce l esperimento di Young L esperimento della doppia fenditura La diffrazione I colori e la lunghezza d onda L emissione e l assorbimento della luce Il telescopio di Galileo ESPERIMENTI CON LO SMARTPHONE I concetti e le leggi Domande e problemi Problemi Generali Test Verso l università Interferenze Forever Young Interferenza nellõondoscopio 0 MAPPA INTERATTIVA PHYSICS HIGHLIGHTS A VII