Premessa

Il primo problema di Roberto (analisi di un moto reale approssimabile con un moto rettilineo uniforme)

Conclusioni

1.1 Operazione con i vettori spostamento e velocità

Problema 1.1.1 (sottolinea la differenza fra spostamento, grandezza vettoriale, e spazio percorso, grandezza scalare)

Problema 1.1.2 / Problema 1.1.3/ Problema 1.1.4 (con Quesito)/ Problema 1.1.5

1.2 Analisi di moti rettilinei e uniformi

Problema 1.2.1 (si descrive il moto, partendo dalla sua rappresentazione grafica s(t), la velocità viene calcolata dalla pendenza del grafico e si fa notare come uguali pendenze possano corrispondere a diverse inclinazioni)

Problema 1.2.2 (si ricava dal grafico, per interpolazione, la distanza percorsa)

Problema 1.2.3 (si mette in guardia lo studente per un uso corretto dell'estrapolazione)

Problema 1.2.4

Problema 1.2.5 (si confrontano i moti di due oggetti distinti)

Problema 1.2.6 (si ricava il grafico v(t), dal grafico s(t))

Problema 1.2.7

1.3 Moti relativi

Problema 1.3.1 (moto di un oggetto riferito a sistemi di riferimento diversi (inerziali))

Problema 1.3.2

Problema 1.3.3 (si risolve il problema con metodo grafico, analitico e come moto relativo)

Problema 1.3.4 /Problema 1.3.5 / Problema 1.3.6

Conclusioni

Il secondo problema di Roberto (analisi di un moto reale su una traiettoria chiusa, approssimabile con una successione di moti rettilinei uniformi)

Conclusioni (si introduce il concetto di velocità istantanea)

Il terzo problema di Roberto (analisi di un moto reale approssimabile con un moto rettilineo uniformemente accelerato: caduta di un grave)

1.4 Analisi di moti rettilinei uniformemente accelerati

Problema 1.4.1 (dal grafico v(t) descrivere il moto e calcolare lo spazio percorso)

Problema 1.4.2 (analisi del moto, calcolo dello spazio e dell'accelerazione)

Problema 1.4.3 / Problema 1.4.4

Problema 1.4.5 (se v₀ = 0, t = √(2s/a))

Problema 1.4.6 (come si può utilizzare la velocità media per calcolare lo spazio percorso)

Problema 1.4.7 / Problema 1.4.8

Problema 1.4.9 (se v₀ = 0, v = √(2as))

Problema 1.4.10 / Problema 1.4.11/ Problema 1.4.12/ Problema 1.4.13

Problema 1.4.14/ Problema 1.4.15 (lancio e caduta di un oggetto lungo la verticale del luogo)

Problema 1.4.16/ Problema 1.4.17/ Problema 1.4.18/ Problema 1.4.19 (confronto fra il moto di due oggetti, soluzione grafica e soluzione analitica)

Conclusioni

Il problema di Charles (chi va piano va sano e va lontano)

Il quarto problema di Roberto (analisi di un moto reale, descrivibile come moto circolare uniforme; il moto è periodico)

Conclusioni

1.5 Moto circolare uniforme

Problema 1.5.1 (calcolo della velocità periferica e dell'accelerazione centripeta)

Problema 1.5.2/ Problema 1.5.3

Problema 1.5.4 (confronto fra il moto di due oggetti)

Problema 1.5.5

Problema 1.5.6 (moti relativi)

Conclusioni

Composizione dei movimenti

Il problema di Carletto e la soluzione di Andrea (introduzione al moto parabolico)

Conclusioni

1.6 Moto parabolico (equazioni parametriche del moto ed equazione della traiettoria)

Problema 1.6.1

Problema 1.6.2 (lancio di un proiettile)

Problema 1.6.3 Il satellite di Newton

Conclusioni sui moti dei proiettili

Nuovo problema di Carletto (attenzione ai sistemi di riferimento)

Conclusioni

Problemi sportivi di Charles: 1) Sci ; 2) Basket; 3) Tennis

1.7 Moti oscillatori

Premessa

Moto armonico semplice (si descrive il moto armonico semplice e se ne ricavano le leggi, come proiezione del già noto moto circolare uniforme)

Problema 1.7.1 (rappresentazione grafica di s(t), v(t) e a(t) per un moto armonico semplice)

Problema 1.7.2 (dall'eq. del moto si ricavano R, T, φ, ω(t), α(t) e le condizioni iniziali)

Problema 1.7.3 (conoscendo R, T, scrivere l'eq. del moto e calcolare v_max e a_max)

Problema 1.7.4/ Problema 1.7.5/ Problema 1.7.6/ Problema 1.7.7/ Problema 1.7.8/ Problema 1.7.9/ Problema 1.7.10/ Problema 1.7.11/ Problema 1.7.12/ Problema 1.7.13/ Problema 1.7.14/ Problema 1.7.15/ Problema 1.7.16

Composizione moti armonici

Problema 1.7.17 (moto risultante da due moti armonici di uguale ampiezza e periodo, sfasati di p/2)

Conclusioni

1.8 Il moto del pendolo (nelle condizioni di poter considerare il moto di un pendolo come un moto armonico semplice, si ricava la legge già nota T = 2π√(l/g))

Problema 1.8.1/ Problema 1.8.2

Il problema di Vladimir (e il pendolo sferico)

Riepilogo

Premessa

Primo problema: Roberto e l'equilibrio

Partendo dall'osservazione di un giocattolo si ricavano le condizioni di equilibrio per un corpo sospeso ad una molla. Si procede alla taratura di una molla e si introduce il dinamometro come strumento per misurare le forze.

Poichè si ritiene opportuno partire sempre da quanto lo studente conosce e gli è familiare si è scelto di utilizzare per ora come unità di misura il kg-peso. Diversi colleghi non saranno d'accordo, ma quanti anche di loro nell'occasione di sollevamento di un grosso peso esclameranno "ma quanto pesa, pesa 980 N!" invece del più usuale..."pesa un quintale"?

Si anticipa però già a questo punto, anche se non si usa per tutto il Cap.2, l'introduzione del newton come unità di misura della forza nel S.I. e ci riserva di definirlo in un secondo momento (nel Cap.3).

2.1 Composizione e scomposizione di forze con lo stesso punto di applicazione

La forza è una grandezza vettoriale, quindi per le operazioni di somma e sottrazione si richiamano le regole seguite con le grandezze vettoriali nel Cap.1.

Conclusioni

Problema 2.1.1/ Problema 2.1.2/ Problema 2.1.3/ Problema 2.1.4/ Problema 2.1.5/ Problema 2.1.6

Problema 2.1.7 (scomporre una forza in due componenti, aventi determinate direzioni)

Problema 2.1.8/ Problema 2.1.9/ Problema 2.1.10

Secondo problema: Roberto e il fratellino

Il problema di Charles e la sorellina (con Quesito)

Il problema di Vladimir e il pescatore

I problemi di Roberto, Charles e Vladimir sono analoghi e vogliono far riflettere sulla dipendenza dell'intensità delle due componenti dall'angolo formato dalle loro direzioni. E' interessante vedere come vengono proposti e risolti nei tre diversi paesi.

Conclusioni sull'elasticità dei corpi (legge di Hooke)

2.2 Condizioni di equilibrio per un oggetto appoggiato su un piano inclinato

Conclusioni (si introduce l'attrito statico)

Nuovo problema sperimentale di Vladimir (misura del coefficiente di attrito statico)

2.3 Composizione e scomposizione di forze complanari non applicate nello stesso punto di un corpo rigido

Problema 2.3.1 (risultante di due forze parallele e concordi)

Problema 2.3.2 (risultante di due forze parallele e discordi)

Problema 2.3.3 (scomposizione di una forza in due componenti parallele e concordi)

2.4 Baricentro

Problema 2.4.1// Problema 2.4.2/ Problema 2.4.3/ Problema 2.4.4

Problema 2.4.5 (si fa notare come il baricentro possa essere esterno all'oggetto)

Problema 2.4.6

2.5 Condizioni generali di equilibrio per un corpo rigido

Premessa

Si prendono in esame i corpi rotanti, si evidenzia la necessità di definire una nuova grandezza fisica, il momento di una forza, e si perviene alle condizioni generali di equilibrio per un corpo rigido

Applicazioni (le leve)

Problema 2.5.1/ Problema 2.5.2/ Problema 2.5.3/ Problema 2.5.4/ Problema 2.5.5/ Problema 2.5.6/

Problema 2.5.7

Proposta di soluzioni alternative per i Problemi 2.3.1; 2.4.2; 2.4.3 ( si consiglia allo studente di risolvere nuovamente i problemi indicati, tenendo ora conto delle condizioni generali per l'equilibrio)

Conclusioni (si anticipa l'osservazione che non esistono forze "singole" in natura, ma che in un'iterazione fra due oggetti all'azione su di uno corrisponda sempre una reazione uguale e contraria sull'altro)

2.6 Casi particolari: equilibrio di un corpo vincolato

Per concludere si considera il caso dei corpi vincolati e si riflette sulle condizioni di equilibrio stabile, instabile ed indifferente e di come queste condizioni dipendano dalla posizione del baricentro.

Problema 2.6.1 (eq. di un corpo vincolato in un punto)

Problema 2.6.2 (eq. di un corpo appoggiato su un piano)

Problema internazionale: l'uomo e la scala (con Quesito 1 e Quesito 2)

2.7 Alcune considerazioni sulla forza peso: Peso e massa (gravitazionale)

Principio di conservazione della massa

2.8 Condizioni di equilibrio in un liquido (si introduce la pressione)

Problema 2.8.1 (torchio idraulico)

Principio di Pascal

Problema 2.8.2

Legge di Stevino

Problema 2.8.3/ Problema 2.8.4 (con Quesito)

Problema 2.8.5 (si ribadisce che la pressione esercitata da un liquido dipende solo dal suo peso specifico e dalla profondità e non dalla quantità)

Problema 2.8.6/ Problema 2.8.7/ Problema 2.8.8

Principio dei vasi comunicanti

Problema 2.8.9

Pressione atmosferica (le leggi enunciate per i liquidi valgono anche per i gas)

Si definisce la pressione atmosferica, indicando come unità di misura l'atmosfera e il kilogrammo peso al centimetro quadrato

Quesito

Problema di Vladimir (il sifone)

Problema di Archimede (III° Secolo a.C.)

Problema 2.8.10 con Osservazione,

Problema 2.8.11 (il Principio di Archimede vale per i fluidi in generale)

Problema 2.8.12/ Problema 2.8.13/ Problema 2.8.14/ Problema 2.8.15/ Problema 2.8.16/

Problema 2.8.17/ Problema 2.8.18/ Problema 2.8.19

Problema 2.8.20 (problema sperimentale proposto agli studenti nelle prove delle Olimpiadi nazionali)

Diavoletto di Cartesio (1596-1650)

Problema di Vladimir (misurare una massa...con un righello)

I problemi 2.8.16, 2.8.18, 2.8.19 e 2.8.21 potrebbero essere utilizzati per una discussione in classe di riepilogo

2.9 Fenomeni superficiali in un liquido

La tensione superficiale (Roberto osserva e riflette)

Problema 2.9.1/Problema 2.9.2 (con Quesito)/ Problema 2.9.3 / Problema 2.9.4

Legge di Laplace

Problema 2.9.5/ Problema 2.9.6/ Problema 2.9.7

Capillarità (Legge di Jurin-Borelli)

Problema 2.9.8/ Problema 2.9.9/ Problema 2.9.10

3.1 Dinamica

Primo e secondo principio della Dinamica

Si richiamano il primo e secondo principio della dinamica, si introduce il concetto di massa inerziale, ipotizzando un'identità fra questa e la massa gravitazionale già presentata nel Cap.2.7.

Si definisce il newton e si assume come unità di misura della forza nel SI.

Si ricavano le caratteristiche del moto indotto, nota la forza agente e/o si risale al tipo di forza agente, note le caratteristiche del moto.

Problema 3.1.1 (applicazione II principio)

Problema 3.1.2 (caduta di un grave)

Problema 3.1.3/ Problema 3.1.4/ Problema 3.1.5

Teorema dell'impulso

Problema 3.1.6 (applicazione del teorema dell'impulso)

Problema 3.1.7 (se applichiamo lo stesso impulso a due oggetti distinti si ha v₂/v₁= m₁/m₂)

Problema 3.1.8 / Problema 3.1.9/ Problema 3.1.10/ Problema 3.1.11/ Problema 3.1.12/

Problema 3.1.13

Si invita lo studente a riprendere in esame alcuni problemi già risolti, utilizzando il teorema dell'impulso.

Attrito dinamico

Problema 3.1.14/ Problema 3.1.15

Terzo principio della dinamica

Problema 3.1.16 (applicazione del III principio)

Problema 3.1.17 (si dimostra che per il moto lungo un piano inclinato in assenza di attrito la velocità finale dipende solo dalla quota dal cui il corpo è partito e non dall'inclinazione del piano)

Problema 3.1.18 (discesa lungo un piano inclinato con attrito)

Problema 3.1.19 (anche in presenza di attrito la velocità finale è indipendente dalla massa)

Problema 3.1.20/ Problema 3.1.21

Problema di Charles e la sciovia

Resistenza dell'aria

Influenza della resistenza dell'aria sul moto di un oggetto; velocità limite.

Problema 3.1.22

Problema di Vladimir (sulla resistenza dell'aria)

Problema di Charles (dinamica del moto circolare)

Problema di Vladimir (e il giradischi)

Problemi di Roberto al Luna Park: 1) La giostra volante 2) Il rotore (da queste esperienze si ottiene anche una conferma dell'ipotesi che si possono identificare massa inerziale e massa gravitazionale)

Problema 3.1.23 (rotazione di un oggetto trattenuto da una molla)

Problema 3.1.24 (dinamica del moto armonico)

Conclusione

Problema 3.1.25/ Problema 3.1.26/ Problema 3.1.27

Soluzioni alternative ai problemi 3.1.4 e 3.1.5

3.2 Lavoro ed energia meccanica

Premessa

Problema 3.2.1 (portando una valigia...)

Problema 3.2.2 (sollevatore pesi)

Problema 3.2.3 (torchio idraulico)

Problema 3.2.4/ Problema 3.2.5/ Problema 3.2.6

Problema 3.2.7 (introduzione al teorema delle forze vive)

Teorema delle forze vive

Problema 3.2.8

Potenza

Problema 3.2.9/ Problema 3.2.10/ Problema 3.2.11/ Problema 3.2.12

Problema 3.2.13 (il lavoro della forza peso dipende solo dalla differenza di quota)

Energia potenziale

Problema 3.2.14 (da energia cinetica ad energia potenziale)

Problema 3.2.15 (da energia potenziale a energia cinetica)

Principio di conservazione dell'energia meccanica

Problema 3.2.16 (conservazione dell'energia lungo un piano inclinato senza attrito)

Problema 3.2.17 (trasf. energia)

Problema 3.2.18 (trasf. energia in presenza di attrito)

Problema 3.2.19/ Problema 3.2.20 (con Quesito)/ Problema 3.2.21/ Problema 3.2.22

Problemi di Roberto al Luna Park: 3) L'ottovolante

Problema 3.2.23 (calcolo del lavoro di una forza elastica)

Problema 3.2.24 (variazione dell'energia in un moto armonico)

Problema 3.2.25/ Problema 3.2.26

Problemi di Roberto al Luna Park: 4) Il cerchio della morte

3.3 Dinamica delle rotazioni

Premessaslazione ai moti di rotazione di un corpo rigido

Problema 3.3.1 (giostra)

Momento angolare e teorema dell'impulso

Problema 3.3.2

Lavoro ed energia cinetica

Problema 3.3.3 (principio di conservazione del momento angolare)

Il rotolamento

Problema 3.3.4 (la velocità acquistata da un cilindro che rotola lungo un piano inclinato è indipendente dal raggio e dalla massa)

Problema 3.3.5 (confronto fra la velocità acquistata da un cilindro e da un anello che rotolano lungo un piano inclinato, dopo che sono partiti contemporaneamente dalla stessa altezza)

Energia cinetica di un oggetto in moto rototraslatorio

Problema 3.3.6 (principio di conservazione dell'energia)

Problema 3.3.7 (forza d'attrito nel rotolamento)

Problema 3.3.8/ Problema 3.3.9

Problema 3.3.10 (lo yoyo)

Dinamica dei fluidi

Premessa (fluidi ideali)

Problema 3.4.1 (calcolo della portata)

Teorema di Bernoulli

Problema 3.4.2 (tubo di Venturi)

Problema 3.4.3 (teorema di Torricelli)

Problema 3.4.4 (sifone)

Problema 3.4.5 (confronto di uno zampillo col moto dei proiettili)

Problema 3.4.6 ( dipendenza della gittata di uno zampillo che esce da un foro, dalla distanza di questo dalla superficie libera del liquido nel recipiente)

Problema 3.4.7 (oscillazioni di un liquido in un tubo a U)

Moto dei liquidi reali: Teorema di Poisseuille

Problema 3.4.8 ( calcolo della portata)

Problema 3.4.9 (misura del coefficiente di viscosità h)

Moto di un oggetto in un fluido reale

Problema 3.4.10 (calcolo della velocità limite)

Problema 3.4.11 (influenza della resistenza dell'aria nella caduta dei gravi; quando possiamo accettare che v = √(2gh)) ?

Problema 3.4.12 (discesa di un paracadutista)

Problema 3.4.13 (la velocità di discesa da un piano inclinato, se la resistenza dell'aria non è trascurabile, dipende dalla massa; confronto con i risultati del problema 3.1.19)

Problema 3.4.14 ( nuova definizione della tensione superficiale t, partendo da considerazioni energetiche)

Premessa

4.1 Sistemi di corpi

Problema 4.1.1 (Sistema di due corpi in movimento)

Problema 4.1.2 (in presenza di attrito)

Osservazione (sistema di riferimento solidale con il baricentro)

Problema 4.1.3 (moto di due corpi su un piano inclinato)

Problema 4.1.4/ Problema 4.1.5 / Problema 4.1.6 ( sistema in equilibrio)

Problema 4.1.7 ( considerazioni energetiche)

Problema 4.1.8

Problema 4.1.9 ( esperienza di Flecter)

Problema 4.1.10 Problema 4.1.11/ Problema 4.1.12/ Problema 4.1.13/ Problema 4.1.14/ Problema 4.1.15 / Problema 4.1.16 (conservazione dell'energia meccanica)

Osservazione (utilizzando il principio di conservazione dell'energia meccanica le soluzioni risultano semplificate)

4.2 Sistema isolato

La quantità di moto, il momento angolare e l'energia meccanica del sistema si conservano.

Problema 4.2.1

Probl. di Vladimir (e i pattinatori)

Problema 4.2.2/ Problema 4.2.3/ Problema 4.2.4/ Problema 4.2.5/ Problema 4.2.6

Urti

Problema 4.3.1 / Problema4.3.2 (urti anelastici)

Problema 4.3.3/ Problema 4.3.4/ Problema 4.3.5 (pendolo balistico)

Problema 4.3.6/ Problema 4.3.7/ Problema 4.3.8/ Problema 4.3.9

Problema 4.3.10/ Problema 4.3.11/ Problema 4.3.12/ Problema 4.3.13/ Problema 4.4.14 (urti elastici in una direzione)

Problema 4.3.15 e conclusione (urto elastico di una pallina contro una parete)

Problema 4.3.16 (urto elastico non centrale)

Problema 4.3.17 (riflessione sulla variazione dell'energia durante un urto elastico)

Problema 4.3.18

Problema 4.3.19 (verifica di un'ipotesi)

4.4 Centro di massa di un sistema

Calcolo del centro di massa di un sistema e analisi del suo moto. Confronto fra centro di massa e baricentro)

Problema 4.4.1 (centro di massa del sistema Terra-Luna)

Problema 4.4.2/ Problema 4.4.3/ Problema 4.4.4 (esplosione di un proiettile)

Problema 4.4.5 (Moto di due pattinatori collegati con una pertica)

Premessa

Per scaldarci le mani possiamo avvicinarle a una fonte di calore o strofinarle l'un l'altra....

Partendo dall'esperienza quotidiana e da quanto visto nei capitoli precedenti si giunge a ipotizzare che si possa trasferire energia da un corpo ad un altro non solo mediante lavoro, ma anche sottraendo o fornendo calore. Accanto al joule del SI, ovvia conseguenza di quanto detto, si definiscono la caloria e la kilocaloria, come unità di misura del calore, ancora utilizzate abitualmente. Si introduce il principio fondamentale dell'equilibrio termico (Principio zero della Termodinamica)

5.1 Calore e temperatura

Si richiama la relazione tra calore e variazione di temperatura, Q Δt, mettendone in evidenza i limiti

Problema 5.1.1 (calcolo del calore specifico e della capacità termica)

Problema 5.1.2 / Problema 5.1.3 (equilibrio termico)

Problema 5.1.4 (calorimetro delle mescolanze, calcolo dell' equivalente in acqua)

Problema 5.1.5 / Problema 5.1.6

5.2 Cambiamenti di stato

Problema di Vladimir (altitudine e temperatura di ebollizione)

Problema di Vladimir (far bollire l'acqua .....raffreddandola!)

Problema di Vladimir (cuocere un uovo in un recipiente di carta)

Problema 5.2.1/ Problema 5.2.2 (calore latente nei cambiamenti di stato)

Problema 5.2.3 (calorimetro a ghiaccio)

Il Problema di Roberto (come salvare i pesciolini dello stagno)

Sublimazione ed Evaporazione

Problema di Vladimir (e il parabrezza gelato)

5.3 Dilatazione termica lineare e cubica (per solidi e liquidi)

Problema 5.3.1 (considerazioni sull'attendibilità dei risultati)

Problema 5.3.2 (influenza della temperatura su un metro metallico)

Problema 5.3.3 / Problema 5.3.4 (esperienza di Gravesand)

Problema 5.3.5 (verifica di un'ipotesi)

Problema 5.3.6 (dipendenza dalla temperatura del periodo di un orologio a pendolo)

Problema 5.3.7(variazione delle condizioni di equilibrio di un solido immerso in un liquido, al variare della temperatura)

Problema 5.3.8 (deformazione di una lamina bimetallica)

Problema 5.3.9/ Problema 5.3.10 / Problema 5.3.11 (anche le cavità si dilatano...)

Dilatazione termica dei gas

Dilatazione dei gas perfetti a pressione costante. Si introduce la temperatura assoluta e il grado kelvin)

Problema 5.3.12

5.4 Propagazione del calore

a) Conduzione (relazione di Fourier e coefficiente di conducibilità termica), b) convezione, c) irraggiamento (emittanza e costante di Stefan e Boltzmann)

Problema 5.4.1/ Problema 5.4.2 (conduzione del calore attraverso una parete)

Problema di Vladimir (l'acqua bolle, ma il ghiaccio non si scioglie) con Quesito

Premessa (invarianza galileiana)

6.1 Sistema di riferimento S' accelerato rispetto al sistema inerziale S

Problema 6.1.1 ( saliamo su un ascensore)

Problema 6.1.2 ( pallina su carrello in moto accelerato)

Problema di Vladimir (misura dell'accelerazione del treno)

Problema di Charles (misura dell'accelerazione di un vagone)

Problema 6.1.3 (forze agenti su una pallina che si trova su un aereo in fase di decollo)

6.2 Sistema di riferimento S' rotante (forza centrifuga)

In molti paesi e da molti anni si portano gli studenti al Luna Park, per fare esperienze di fisica, non realizzabili in un laboratorio scolastico. Piacerebbe anche a voi? A Mantova ci hanno provato.

Problema 6.2.1 (sulla giostra dei cavalli)

Problema 6.2.2 (sulla giostra volante)

Problema 6.2.3 (sul rotore)

Confrontare con i Problemi di Roberto al Luna Park 1) e 2) Cap.3.1

Passeggero su un'auto in curva

Problema 6.2.4 ( cosa accade al pilota acrobatico durante una capriola)

Corse nei velodromi

Problema 6.2.5 (motociclista in curva)

La "ruota infernale"

6.3 Sistema di riferimento S' rotante (forza di Coriolis)

Problema di Vladimir (sulla piattaforma rotante)

Problema di Ivan (tiro al bersaglio in un tirasegno rotante)

Conclusioni

6.4 Sistema di riferimento terrestre

Problema 6.4.1 (il sistema di riferimento terrestre è veramente un sistema inerziale?)

Problema 6.4.2 (dipendenza della misura del peso di un corpo dalla rotazione terrestre)

Problema 6.4.3 (influenza della forza di Coriolis sulla caduta dei corpi)

Problema 6.4.4/ Problema 6.4.5 (influenza della forza di Coriolis sui corpi che si muovono sulla Terra)

Problema di Ivan (influenza della rotazione terrestre su un tiro al bersaglio)

Pendolo di Foucault

Premessa

7.1 Legge di gravitazione universale

Problema 7.1.1 (calcolo della massa della Terra, nell'ipotesi di un'orbita circolare)

Problema 7.1.2 (calcolo della massa del Sole, della costante del sistema solare, nell'ipotesi di un'orbita circolare)

Problema 7.1.3 (calcolo del periodo di rivoluzione di un pianeta, orbita ellittica)

Rilevanza delle forze gravitazionali

Problema 7.1.4 (valutazione della influenza della forza gravitazionale, fino ad ora trascurata nella soluzione dei problemi)

Problema 7.1.5 (forza di attrazzione Terra -Luna, sistema a due corpi, vedi Problema 4.4.1)

Problema 7.1.6 (calcolo del centro di massa del sistema Terra-Sole)

Problema 7.1.7 (sistema Plutone e il suo satellite Caronte)

Problema 7.1.8 (applicazione della III legge di Keplero)

7.2 Misura dell'accelerazione di gravità

Problema 7.2.1 (variazione di g con l'altitudine)

Problema 7.2.2 (influenza dell'attrazione lunare sul peso dei corpi terrestri; maree)

Problema 7.2.3 (moto di un oggetto in un ipotetico tunnel dal Nord al Sud della Terra)

Problema 7.2.4 (calcolo dell'accelerazione di gravità sulla Luna e su Giove)

7.3 Principi di conservazione nel moto dei pianeti

Problema 7.3.1 (energia cinetica della Luna, supposta l'orbita circolare intorno alla Terra)

Energia potenziale gravitazionale

Problema 7.3.2 (momento della quantità di moto di Nettuno, supposta l'orbita circolare attorno al Sole)

Problema 7.3.3 (calcolo della velocità della Terra in afelio)

Problema 7.3.4 (conservazione dell'energia della Terra nella sua orbita , analogia con il Problema di Roberto al Luna Park 3), Cap.3.2)

7.4 Il campo gravitazionale

Problema 7.4.1 (campo gravitazionale del sistema Terra-Luna)

7.5 Satelliti artificiali

Problema 7.5.1 (prima velocità cosmica, vedi Problema 1.6.3 satellite di Newton)

Problema 7.5.2 (satellite geostazionario)

Problema 7.5.3 (seconda velocità cosmica)

Problema 7.5.4 (terza velocità cosmica)

7.6 Sempre più lontano

Problema 7.6.1 ( cometa di Halley)

Problema 7.6.2 ( stella doppia, analogie con il Problema 4.4.5)

Conclusioni

Premessa (propagazione di un impulso)

8.1 Onde periodiche (lunghezza d'onda e frequenza)

a) in una molla

Problema 8.1.1/Problema 8.1.2

b) in un ondoscopio

Problema 8.1.3 / Problema 8.1.4 / Problema 8.1.5

8.2 Rifrazione in un ondoscopio

Problema 8.2.1 / Problema 8.2.2

8.3 Equazione di un'onda

Problema 8.3.1/ Problema 8.3.2/ Problema 8.3.3/ Problema 8.3.4/ Problema 8.3.5

8.4 Considerazioni energetiche

Problema 8.4.1 (dipendenza dell'ampiezza e dell'intensità dell'onda dalla distanza dalla sorgente in un'onda circolare)

8.5 Principio di sovrapposizione e interferenza

a) I due sistemi di onde procedono nella stessa direzione

b) I due sistemi di onde procedono in direzione opposta (onde stazionarie)

Problema 8.5.1/ Problema 8.5.2 (onde stazionarie)

Figure di interferenza si possono osservare e studiare con un ondoscopio

Problema 8.5.3 (PS₁-PS₂ = (n-1/2)λ)

Problema 8.5.4 (x_n = (n-1/2)λL/d)

Problema 8.5.5 (sen θ = (n-1/2) λ/d)

Problema 8.5.6 (con sfasamento iniziale)

8.6 Onde sonore

Problema 8.6.1/ Problema 8.6.2 (calcolo della frequenza)

Problema 8.6.3 (calcolo di una distanza dalla sorgente, dalla misura dell'intervallo di tempo intercorso fra la ricezione del segnale propagatosi attraverso aria e acqua)

Problema 8.6.4 (verifica della formula per calcolare la distanza di un fulmine)

Problema 8.6.5 (misura della profondità di un pozzo con discussione)

Problema 8.6.6 / Problema 8.6.7 (ultrasuoni)

8.7 Riflessione del suono

Problema 8.7.1 (eco)

Problema 8.7.2 (sonar)

8.8 Caratteri distintivi dei suoni

Problema 8.8.1/ Problema 8.8.2/ Problema 8.8.3/ Problema 8.8.4

Livello sonoro e scala in decibel

Problema 8.8.5 (potenza di un altoparlante)

Problema 8.8.6 (vantaggi presentati dagli ultrasuoni)

Problema 8.8.7 (energia assorbita da un timpano)

8.9 Fenomeni di interferenza sonora

Problema 8.9.1 ( forma delle superfici nodali generate nello spazio da due sorgenti sonore coerenti)

Problema 8.9.2/ Problema 8.9.3/ Problema 8.9.4/ Problema 8.9.5/ Problema 8.9.6/ Problema 8.9.7/

Problema 8.9.8/ Problema 8.9.9

Problema 8.9.10 (interferenza di ultrasuoni)

8.10 Diffrazione del suono

8.11 Effetto Doppler

Problema 8.11.1 (sorgente in quiete, osservatore in moto)

Problema 8.11.2 (sorgente in moto, osservatore in quiete)

Problema 8.11.3/ Problema 8.11.4 (quando ci sorpassa un treno...)

Problema 8.11.5 (sorgente e osservatore in moto)

8.12 Onde stazionarie sonore (a)corde vibranti, b)tubi sonori

Problema 8.12.1/ Problema 8.12 2 (onde stazionarie in tubi sonori)

8.13 Risonanza

Problema di Charles ( e i dissuasori stradali)

Problema 8.13.1 (risonanza in un tubo contenente acqua)

8.14 Battimenti

Problema 8.14.1 (battimenti ottenuti con due diapason)

Problema 8.14.2 (battinenti ottenuti per effetto dell'eco)

8.15 Onde sismiche

Problema 8.15.1 (localizzazione dell'epicentro di un terremoto)

Premessa

9.1 Fenomeni attinenti la propagazione della luce

9.2 Riflessione della luce

Problema 9.2.1/ Problema 9.2.2 (riflessione da due specchi)

Specchio piano

Problema 9.2.3

Specchio sferico

Problema 9.2.4/ Problema 9.2.5/ Problema 9.2.6 (partendo dalle leggi della riflessione ricavate in laboratorio e dall'ipotesi della propagazione rettilinea della luce dedurre la posizione del fuoco, l'ingrandimento e le leggi di Newton e Gauss per uno specchio concavo, osservando che quanto ricavato vale solo per raggi parassiali)

Problema 9.2.7 ( lo specchietto del dentista)

Problema 9.2.8/ Problema 9.2.9 (telescopi a riflessione)

Problema 9.2.10/ Problema 9.2.11/Problema9.2.12 (specchi sferici concavi)

Problema 9.2.13 (discussione sulle immagini reali e sulle immagini virtuali)

Problema 9.2.14/ Problema 9.2.15/ Problema 9.2.16

Problema 9.2.17 (soluzione grafica)

Diffusione della luce

9.3 Rifrazione della luce

Problema 9.3.1 (rifrazione attraverso più strati di indice di rifrazione diverso, miraggio)

Problema 9.3.2 (rifrazione+riflessione)

Problema 9.3.3 (calcolo degli indici di rifrazione assoluto e dell'angolo limite)

Problema 9.3.4/ Problema 9.3.5 (angolo limite)

Problema 9.3.6 (introduzione al rifrattometro di Abbe)

Problema 9.3.7/ Problema 9.3.8/ Problema 9.3.9

Problema 9.3.10 (guida di luce)

Problema 9.3.11 ( perchè si vede il ghiaccio nell'acqua?)

Problema 9.3.12/ Problema 9.3.13 (rifrazione attraverso una lastra trasparente)

Problema 9.3.14 (rifrazione attraverso un prisma trasparente)

Problema 9.3.15 /Problema 9.3.16 /Problema 9.3.17/ Problema 9.3.18

Prismi a riflessione totale

Problema 9.3.19 (partendo dalla leggi di Snell e dall'ipotesi della propagazione rettilinea della luce dedurre la dipendenza dell'angolo di deviazione dall'angolo di incidenza, dall'indice di rifrazione e dall'angolo di rifrangenza del prisma. Definizione di angolo di deviazione minima)

Problema 9.3.20/ Problema 9.3.21/ Problema 9.3.22/ Problema 9.3.23

Problema 9.3.24/ Problema 9.3.25 (prisma + specchio)

9.4 Dispersione della luce

Problema 9.4.1/ Problema 9.4.2

L'arcobaleno

9.5 Diottro sferico

Viene introdotto il diottro come elemento base di un sistema ottico.

Problema 9.5.1 (cilindro trasparente limitato da una superficie sferica)

Problema 9.5.2 (osservando un pesciolino nella boccia)

Problema 9.5.3 /Problema 9.5.4/ Problema 9.5.5/ Problema 9.5.6 (diottro sferico)

Problema 9.5.7 (diottro piano; calcolare la profondità apparente di una piscina)

Problema 9.5.8 (dal punto di vista del pesce, dal punto di vista del pescatore)

Problema 9.5.9 (lastra di vetro, diottro piano)

Problema 9.5.10 (misurare l'indice di rifrazione di un vetrino con il microscopio)

Problema 9.5.11 (sistema di due diottri piani)

Problema 9.5.12 (semisfera: sistema di un diottro piano e uno sferico)

Problema 9.5.13 /Problema 9.5.14 (sfera e sbarra: sistemi di due diottri sferici)

Gli ultimi tre problemi servono d' introduzione alle lenti spesse.

9.6 Lenti spesse

La lente è un sistema ottico limitato da due o più diottri aventi un asse in comune.

Si determinano i punti focali e i punti principali e si ricavano le leggi di Gauss e Newton.

Problema 9.6.1 (calcolare la posizione e l'ingrandimento dato da una lente spessa)

Problema 9.6.2 (trovare i punti principali e calcolare la distanza focale di una lente spessa)

Problema 9.6.3/ Problema 9.6.4/ Problema 9.6.5 / Problema 9.6.6 (lenti spesse)

Problema 9.6.7 / Problema 9.6.8 (caratteristiche di una sfera trasparente come lente spessa)

Problema 9.6.9/ Problema 9.6.10/ Problema 9.6.11

9.7 Lenti sottili

Dalla lente spessa alla lente sottile.

Problema 9.7.1 (eq. dell'ottico)

Problema 9.7.2 (lente biconvessa)

Problema 9.7.3 (lente piano-convessa)

Problema 9.7.4/ Problema 9.7.5 (proiezione su uno schermo)

Problema 9.7.6 (l'eq. dell'ottico nel caso in cui la lente sia immersa in un mezzo trasparente diverso dall'aria)

Problema 9.7.7

9.8 Aberrazione delle lenti

Le aberrazioni delle lenti non sono dovute a difetti delle lenti, ma ad un loro uso non corretto.

Problema 9.8.1/ Problema 9.8.3 (aberrazione cromatica)

Problema 9.8.2 (deformazione dell'immagine)

9.9 Lenti composte

Sistema di più lenti semplici aventi in comune l'asse ottico.

Problema 9.9.1/ Problema 9.9.2/ Problema 9.9.3 (lenti composte)

Problema 9.9.4 ( ingrandimento dato da una lente composta)

Problema 9.9.5/ Problema 9.9.6/ Problema 9.9.7 (lenti composte)

Problema 9.9.8 (discutere le proprietà ottiche di una lente composta da due lenti sottili al variare della distanza fra di esse)

Problema 9.9.9 (oculare)

Problema 9.9.10 (verificare una previsione)

9.10 Sistemi ottici

Problema 9,10.1 (specchio+lastra)

Problema 9.10.2 / Problema 9.10.3/ Problema 9.10.4/ Problema 9.10.5/ Problema 9.10.6/ Problema 9.10.7/ Problema9.10.8/ Problema 9.10.9/ Problema 9.10.10 (lente + specchio)

Problema 9.10.11

9.11 Strumenti ottici

Problema di Vladimir (potenza diottrica)

a) occhiali
Problema 9.11.1/ problema 9.11.5/ Problema 9.11.8 (occhiali per presbiti)

Problema 9.11.2 (dipendenza del punto prossimo dall'età)

Problema 9.11.3 (determinazione del punto prossimo)

Problema 9.11.4 (determinazione del punto remoto)

Problema 9.11.6/ Problema 9.11.7 (occhiali per miope)

b) lente d'ingrandimento

Problema 9.11.9 (determinare l'ingrandimento angolare di una lente)

c) oculari: a) oculare di Ramsden; b) oculare di Huyghens

d) microscopio

Problema 9.11.10 (ingrandimento lineare)

Problema 9.11.11 (ingrandimento totale)

Problema 9.11.12 (ingrandimenti ottenibili da un microscopio)

Problema 9.11.13/ Problema 9.11.14/ Problema 9.11.15

e) telescopio a rifrazione

Problema 9.11.16 /Problema 9.11.17/ Problema 9.11.18 (telescopio astronomico)

Problema 9.11.19 (telescopio terrestre)

Problema 9.11.20 (telescopio terrestre galileiano)

Problema 9.11.21/Problema 9.11.22

Problema 9.11.23 (cannocchiale da teatro)

Premessa (vengono presentate e confrontate la teoria corpuscolare di Newton e la teoria ondulatoria di Huygens)

10.1 Interferenza della luce

(L'esperienza di Young, oltre a confermare la teoria ondulatoria della luce, permette di misurare la lunghezza d'onda delle onde luminose e a dimostrare che il colore dipende dalla frequenza) Problema 10.1.1 /Problema 10.1.2/ Problema 10.1.3/ Problema 10.1.4

Problema 10.1.5 (come varia la figura di interferenza, se il piano delle fenditure viene spostato o ruotato rispetto alla sorgente?)

Problema 10.1.6 /Problema 10.1.7 (come varia la figura di interferenza se si copre una delle fenditure con una pellicola trasparente?)

Problema 10.1.8 (come varia la figura di interferenza se immergiamo il sistema in acqua?)

Problema 10.1.9 (figura di interferenza su un piano perpendicolare alla congiungente le due fenditure)

Problema 10.1.10 (come cambia la figura di interferenza se sposto una lastrina di vetro davanti alle fenditure?)

Problema 10.1.11 (misura dell'indice di rifrazione con metodo interferometrico)

10.2 Interferenza con lamine sottili

Problema 10.2.1 (luce riflessa da una lastra ricoperta da un sottile strato di vernice)

Problema 10.2.2 /Problema 10.2.4 (pellicole non riflettenti)

Problema 10.2.3/ Problema 10.2.5/ Problema 10.2.6(riflessione da una pellicola di acqua saponata)

Problema 10.2.7 (riflessione da una pellicola sottile)

Problema 10.2.8 (dalla misura con metodo interferometrico dello spessore di una sottile pellicola d'olio galleggiante sull'acqua all'ordine di grandezza delle dimensioni molecolari)

Problema10.2.9/ Problema 10.2.10 / Problema 10.2.11/ Problema 10.2.12/ Problema 10.2.13 (riflessione da cunei trasparenti sottili)

10.3 Anelli di Newton

Problema 10.3.1/ Problema 10.3.2 /Problema 10.3.3 Problema 10.3.4/ Problema 10.3.5/ Problema 10.3.6 ( misure possibili con la tecnica degli anelli di Newton)

Conclusioni

10.4 Diffrazione della luce

Problema 10.4.1/Problema 10.4.2/ Problema 10.4.3/ Problema 10.4.4/ Problema 10.4.5 (diffrazione da una fenditura singola)

Problema 10.4.6/ Problema 10.4.7 (figura di diffrazione -interferenza prodotta da due fenditure)

Problema 10.4.8 (diffrazione da un'apertura rettangolare)

Conclusioni

Influenza della diffrazione sul potere risolutivo degli strumenti ottici.

10.5 Reticoli di diffrazione

Problema 10.5.1 (misura della frequenza di un reticolodi diffrazione)

Problema 10.5.2 (misura della lunghezza d'onda mediante un reticolo di diffrazione)

Problema 10.5.3/ Problema 10.5.4/ Problema 10.5.6/ Problema 10.5.8 (analisi di spettri)

Problema 10.5.5/ Problema 10.5.7 (quali variazioni si hanno, se il sistema viene immerso in acqua)

Conclusioni

11.1Carica elettrica (principio di conservazione della carica elettrica)

11.2 Forza d'interazione elettrica: la legge di Coulomb

Problema 11.2.1/ Problema 11.2.2 / Problema 11.2.3/ Problema 11.2.4

11.3 Esperienza di Millikan e quantizzazione della carica elettrica

Problema 11.3.1

11.4 Campo elettrostatico (intensità E, potenziale V, campo conservativo)

Problema 1.4.1/ Problema 1.4.2 (campo generato da due cariche)

Problema 1.4.3/ Problema 1.4.4/ Problema 1.4.5 (calcolo del lavoro, superfici equipotenziali)

11.5 Linee di campo (con esempi)

Flusso di campo elettrico

11.6 Teorema di Gauss (e Teorema di Coulomb)

Problema 11.6.1 (campo elettrico generato da una lastra carica)

Problema 11.6.2 (campo elettrico generato da una sfera carica )

Problema 11.6.3/ Problema 11.6.4/ Problema 11.6.5

11.7 Capacità di un conduttore

Problema 11,7,1 (capacità di una sfera conduttrice)

Problema 11.7.2

Problema 11.7.3 (valutazione della percentuale di elettroni ceduti in una sfera carica)

11.8 Conservazione dell'energia in un campo elettrico

Problema 11.8.1

11.9 Condensatori (Capacità)

Problema 11.9.1 (condensatore variabile)

Problema 11.9.2 (condensatore ottenuto arrotolando due placche metalliche separate da carta paraffinata)

Problema 11.9.3 (capacità di un condensatore)

Problema 11.9.4 (E = V/d)

Problema 11.9.5

Problema 11.9.6 (E = σ/(ε₀ε_r))

Problema 11.9.7

Problema 11.9.8 (calcolo del lavoro di carica di un condensatore)

Problema 11.9.9 (calcolo dell'energia immagazzinata in un condensatore)

Problema 11.9.10

11.10 Condensatori in serie e in parallelo

Problema 11.10.1 (condensatori in serie e in parallelo)

Problema 11.10.2 (condensatori in parallelo)

Problema 11.10.3 (condensatori in serie)

Problema 11.10.4/ Problema 11.10.5/ Problema 11.10.6/ Problema 11.10.7

Problema 11.10.8 (a equidistanza fra le due armature viene inserita una lastra metallica)

11.11 La conduzione elettrica nei conduttori metallici (intensità di corrente e densità di corrente)

Problema 11.11.1

11.12 a) I Legge di Ohm , b)IILegge di Ohm c) Legge di Ohm generalizzata

Problema 11.12.1 (dalla teoria elettronica dedurre le leggi di Ohm)

Problema 11.12.2/ Problema 11.12.3 (I e II legge di Ohm)

11.12 Problema di Vladimir (misura di lunghezza e massa di un conduttore)

Problema 11.12.4/ Problema 11.12.5 (resistività funzione della temperatura)

Problema di Vladimir (misura di temperatura di una stanza)

11.13 Principi di Kirckoff (e resistenze in serie e in parallelo)

Problema11.13.1 (calcolo dell'intensità di corrente e dell'energia dissipata)

Problema 11.13.2/ Problema 11.13.3/ Problema 11.13.4/ Problema 11.13.5/ Problema 11.13.6/

Problema 11.13.7 (applicando i Principi di Kirckoff...)

Problema 11.13.8 (misura di resistenza, ponte di Wheatstone)

Problema di Vladimir (misura di resistenza)

Problema 11.13 9 (resistenza interna di una batteria e potenza dissipata)

Problema 11.13.10 (energia accumulata da una batteria di accumulatori)

11.14 Effetto Joule

Problema 11.14.1 (fornello elettrico)

Problema 11.14.2 (riscaldatore elettrico)

Problema 11.14.3 (calorimetro elettrico)

11.15 La conduzione elettrica nei liquidi (elettrolisi, leggi di Faraday)

Problema 11.15.1 (applicando le leggi di Faraday...)

Conclusioni

Per avere passaggio di corrente occorre che siano disponibili cariche libere di muoversi sotto l'azione di un campo elettrico. Caso dei conduttori metallici, di un liquido, di un gas. Quando è che un conduttore si dice ohmico.

12.1 Leggi dei gas

Ci si riallaccia al Capitolo 5, riprendendo la legge della dilatazione termica di GayLussac, già enunciata e completando con le leggi riguardanti le trasformazioni a volume costante e a temperatura costante per i gas perfetti. Da queste si generalizza al caso che possano variare tutti e tre i parametri p, V, T e si ottiene l'equazione caratteristica dei gas perfetti. Accanto alle unità di misura del SI si mantengono le unità di misura atmosfera per la pressione e litro per il volume, perchè in diversi casi questa assunzione semplifica il calcolo nella soluzione dei problemi.

Problema 12.1.1 (trasformazione isocora+trasformazione isobara)

Problema 12.1.2 (coordinate termodinamiche degli stati e rappresentazione grafica delle trasformazioni; tale rappresentazione è possibile solo se le trasformazioni sono reversibili)

Problema 12.1.3 (relazione fra densità di un gas perfetto e temperatura in una trasformazione isobara)

Problema 12.1.4 (consigli utili sui procedimenti da seguire nella risoluzione dei problemi di termodinamica)

Problema 12.1.5 (calcolo della variazione di pressione dell'aria contenuta in una gomma d'automobile)

Problema 12.1.6 (attenzione alla conversione di unità di misura)

Problema 12.1.7 (fuoriuscita d'aria da un pallone di vetro riscaldato)

Problema 12.1.8 (condizioni di equilibrio per due gas contenuti in un recipiente e separati da una membrana elastica)

Problema 12.1.9 (condizione di equilibrio per due gas contenuti in due cilindri, dopo che si è aperto il rubinetto di comunicazione)

12.2 Lavoro eseguito in una trasformazione

a) lavoro in una trasformazione isobara

b) lavoro in una trasformazione isocora

c) lavoro in una trasformazione isoterma

d) lavoro in una trasformazione ciclica

Problema 12.2.1/ Problema 12.2.2 (lavoro in una isobara)

Problema 12.2.3 (lavoro in una isoterma; soluzione grafica)

Problema 12.2.4

12.3 Teoria cinetica dei gas perfetti

Problema 12.3.1 (calcolo della velocità quadratica media delle molecole di un gas)

12.4 Primo principio della termodinamica

Rappresenta un'estensione del principio della conservazione dell'energia meccanica (Cap.3.2), valido solo se le forze in gioco sono conservative.

Si definisce la funzione di stato energia interna e si ricava la relazione DU = Q -L.

Dal primo principio della termodinamica si ricavano alcune conseguenze:

a) Relazione tra i calori molari C_V e C_p

b) Trasformazione adiabatica

Problema 12.4.1/ Problema 12.4.2/ Problema 12.4.3 / Problema 12.4.4(calcolare le coordinate termodinamiche degli stati e la variazione di energia interna nelle singole trasformazioni di un ciclo)

Problema 12.4.5

Problema 12.4.6 (calcolare la variazione di energia interna, il lavoro e lo scambio di calore con l'ambiente nelle singole trasformazioni)

Problema 12.4.7 (rappresentare i processi in un grafico p,V e calcolare il lavoro e gli scambi di calore nelle singole trasformazioni)

Problema 12.4.8 (è presente anche una trasformazione adiabatica)

12.5 Secondo principio della termodinamica

a) Enunciati del secondo principio

b) Rendimento di una macchina termica

c) Entropia

Problema 12.5.1/ Problema 12.5.2/ Problema 12.5.3 (calcolo del rendimento di un ciclo)

Problema 12.5.4 (confronto fra il lavoro speso in un'isoterma e in una adiabatica per la stessa variazione di volume)

Problema 12.5.5

Problema 12.5.6 (rendimento di un ciclo di Carnot η = (T₂ - T₁)/T₂)

Problema 12.5.7/ Problema 12.5.8/ Problema 12.5.9 / Problema 12.5.10 (calcolo della variazione di

entropia nelle singole trasformazioni di un ciclo)

Problema 12.5.11/ Problema 12.5.12/ Problema 12.5.13 (variazione di entropia in un cambiamento di stato)

I principi della termodinamica valgono per qualunque sistema termodinamico, ma ΔU = 0 solo nelle isoterme di un gas perfetto

13.1 Campo magnetico

Premessa

Problema di Vladimir (individuare la calamita)

13.2 Campo magnetico generato da una corrente

Esperienza di Oersted

Caratteristiche del campo magnetico generato da:

  a) filo rettilineo percorso da corrente

  b) spira circolare percorsa da corrente

  c) solenoide percorso da corrente

13.3 Azione di un magnete su un circuito percorso da corrente

Definizione del vettrore induzione magnetica B e calcolo di B per un:

  a) Campo magnetico generato da un filo rettilineo percorso da corrente

  b) Campo magnetico generato da una spira percorsa da corrente

  c) Campo magnetico generato in un solenoide percorso da corrente

Permeabilità magnetica relativa

Teorema della circuitazione di Ampère (definizione di ampere nel SI)

Teorema di Gauss per il campo magnetico

Problema 13.1 (campo magnetico generato da una spira percorsa da corrente)

Problema 13.2 (campo magnetico generato da un solenoide percorso da corrente)

Problema di Charles (Campo magnetico in un punto, risultante dalla sovrapposizione di più campi)

Problema di Charles (Campo magnetico generato in un punto da due fili rettilinei percorsi da corrente)

13.4 Interazione fra due fili percorsi da corrente

Problema di Charles (forza agente fra due circuiti percorsi da corrente)

Legge elettrodinamica di Ampère

13.5 Moto di una particella carica in un campo magnetico uniforme (nel vuoto)

Problema 13.5.1 (calcolo di e/m per un elettrone)

Problema 13.5.2 (forza di Lorenz)

Problema 13.5.3 (raggio della circonferenza descritta da uno ione in un campo magnetico)

Problema 13.5.4/ Problema 13.5.5 (confronto fra il moto di un elettrone e il moto di un protone quando penetrano in un campo magnetico uniforme)

Problema 13.5.6/ Problema 13.5.7

Problema 13.5.8 (calcolo della massa di uno ione)

Problema 13.5.9 (camera di Wilson)

Problema 13.5.10/ Problema 13.5.11 ( introduzione allo spettrografo di massa)

Problema 13.5.12 (equilibrio fra forza di Lorenz e forza gravitazionale)

Problema di Charles (tubo televisivo)

13.6 Moto di una particella carica in un campo elettrico uniforme (nel vuoto)

Problema 13.6.1/ Problema 13.6.2 (moto rettilineo di una particella carica in un campo elettrico uniforme)

Problema 13.6.3 ( moto parabolico di una particella carica in un campo elettrico uniforme)

Problema 13.6.4 / Problema 13.6.5/ Problema 13.6.6/Problema 13.6.7/ Problema 13.6.8/ Problema 13.6.9 / Problema 13.6.14 (moto di una particella carica in un campo elettrico uniforme)

Problema 13.6.10 (diodo)

Problema 13.6.11/ Problema 13.6.13 (cannone elettronico)

Problema 13.6.12 (triodo)

Problema di Charles (oscillografo elettronico)

13.7 Emissione di elettroni (si riassumono brevemente alcuni modi per estrarre elettroni da un filamento e da una superficie)

13.8 Azione contemporanea di un campo elettrico e di un campo magnetico stazionari su una particella carica in movimento

Problema 13.8.1/ Problema 13.8.2/ Problema 13.8.3 (moto di una particella carica sottoposta contemporaneamente a un campo elettrico e a un campo magnetico uniformi)

Spettrografi di massa

Problema 13.8.4/ Problema 13.8.5/ Problema 13.8.6 (spettrografo di massa di Dempster)

Problema 13.8.7 (spettrografo di massa di Bainbridge)

Acceleratori di particelle

Problema 13.8.8 (acceleratore lineare)

Conclusioni

Problema 13.8.9 (esperienza del Prof. Bertozzi del M.I.T.)

Si dimostra ancora una volta come in fisica sia pericoloso applicare leggi ritenute validissime, al di fuori dell'ambito nel quale sono state formulate. La scienza costruisce modelli per interpretare la realtà che non sono statici, ma si evolvono in funzione delle nuove conoscenze acquisite e dello sviluppo delle tecniche di indagine.

14.1 Induzione magnetica

Premessa (legge di Faraday- Neumann)

Problema 14.1.1 (corrente indotta in un avvolgimento)

Problema 14.1.2 (corrente indotta in una spira)

Problema di Charles (corrente indotta in una sbarretta mobile in un campo magnetico uniforme)

Problema 14.1.3 (forza elettromotrice indotta in una sbarretta di rame che si muove in un campo magnetico uniforme)

Problema di Charles (f.e.m. indotta in una bobina rotante in un campo magnetico uniforme)

14.2 Autoinduzione

Problema 14.2.1 (calcolo dell'induttanza di un solenoide)

Problema 14.2.2 (extracorrente di chiusura e di apertura di un circuito; bilancio energetico)

Problema 14.2.3 (circuito LR)

Problema 14.2.4 (carica di un condensatore)

Problema14.2.5 (scarica di un condensatore)

14.3 Circuiti oscillanti

Problema di Charles (circuitoLC)

Problema 14.3.1 (circuito LC)

14.4 Correnti alternate

Problema 14.4.1 (corrente alternata in un circuito LC)

Problema 14.4.2 (corrente alternata in un circuito CR)

Problema 14.4.3 (corrente alternata in un circuito LR)

Problema 14.4.4 (corrente alternata in un circuito LRC)

Problema di Charles (circuito LC in corrente alternata)

Problema di Charles (circuitoRLC in corrente alternata)

Conclusioni (tabella riassuntiva)

Problema 14.4.5 (Scatola nera- Problema sperimentale)

Il problema è stato presentato agli studenti risultati migliori nelle Olimpiadi nazionali di fisica, nella settimana di selezione per la squadra che doveva rappresentare l'Italia nelle Olimpiadi internazionali.

14.5 Trasformatori

Problema di Vladimir

14.6 Teoria elettromagnetica di Maxwell

14.7 Onde elettromagnetiche

Problema 14.7.1/ Problema 14.7.2 (calcolo di frequenze)

Problema 14.7.3 (calcolo di lunghezze d'onda)

14.8 Considerazioni energetiche

Problema 14.8.1 (energia elettromagnetica che fluisce per unità di area e di tempo)

Problema 14.8.2 (potenza ricevuta dal ricevitore e ampiezza del segnale dell'emettitore)

14.9 Onde elettromagnetiche prodotte da cariche accelerate

Problema 14.9.1 /Problema 14.9.2 (si rivedono i problemi 13.6.1 e 13.5.1 per valutare l'energia irradiata dall'elettrone e, di conseguenza, la correttezza della soluzione precedente)

Problema 14.9.3 (valutazione dell'energia irradiata dall'elettrone sull'orbita e della conseguente stabilità dell'atomo secondo il modello di Rutherford )

14.10 Fenomeni di propagazione delle onde elettromagnetiche

a) Riflessione

Problema 14.10.1 (riflessione di un raggio LASER sulla Luna)

b) Rifrazione

Problema 14.10.2 (la lunghezza d'onda dipende dal mezzo rifrangente)

Problema 14.10.3 (indice di rifrazione assoluto n = √ ε_r μ_r)

Problema 14.10.4 (calcolo dell'angolo di rifrazione e dell'angolo limite)

c) Interferenza

Problema 14.10.5 (figura di interferenza prodotta da un fascio di microonde che attraversa due fenditure)

Problema 14.10.6 (nodi e ventri dovuti all'interferenza di radioonde provenienti da due sorgenti coerenti)

d) Battimenti

Problema 14.10.7 (battimenti realizzati con microonde)

e) Onde stazionarie

Problema 14.10.8 (onde stazionarie prodotte da un'onda elettromagnetica che si riflette su un piano conduttore)

Problema 14.10.9 (antenna lineare, analogia con i tubi sonori)

14.11 Polarizzazione della luce

Le onde luminose sono onde elettromagnetiche, quindi sono onde trasversali e sono polarizzabili.

a) luce polarizzata per riflessione e rifrazione

Problema 14.11.1 (polarizzazione per riflessione, calcolo dell'angolo di Brewster)

Problema 14.11.2 (dall'angolo limite all'angolo di Brewster)

b) luce polarizzata per birifrangenza

c) Legge di Malus

Problema 14.11.3/ Problema 14.11.4 (polarizzazione per birifrangenza)

Problema 14.11.5 (nicol)

Problema 14.11.6 (legge di Malus)

d) lamine di ritardo

Problema 14.11.7/ Problema 14.11.8 (analisi di luce polarizzata che attraversa una lamina di ritardo)

Problema 14.11.9 (potere rotatorio di una lamina di quarzo)

Problema 14.11.10/ Problema 14.11.11/ Problema 14.11.12 (analisi di luce polarizzata)

Problema 14.11.13 (Compensatore di Babinet)

Conclusioni

14.12 Raggi X

Abbiamo posto questi problemi nell'ambito delle onde elettromagnetiche, ma per risolverli occorre nel caso anticipare il concetto di fotone, che viene introdotto nel Cap. 5.3.

a) Produzione dei raggi X

b) Diffrazione dei raggi X

Problema 14.12.1/ Problema 14.12.2 (emissione di raggi X, spettro continuo)

Problema 14.12.3 (assorbimento dei raggi X)

Problema 14.12.4 (diffrazione dei raggi X da un cristallo)

Problema 14.12.5 (diffrazione dei raggi X da polvere cristallina)

Problema 14.12.6 (analisi di un cristallo mediante raggi X)

Conclusioni

La teoria elettromagnetica di Maxwell permette di unificare le leggi riguardanti il campo elettromagnetico e ha dimostato come la luce non sia altro che un fenomeno di natura elettromagnetica.

Ma anche questa volta dei problemi rimangono aperti, perchè.....

  le equazioni di Maxwell non soddisfano, come le altre leggi fino ad ora incontrate, al Principio di relatività di Galileo;

  non vale più la regola della composizione delle velocità nei moti relativi;

  risulta incapace di spiegare, in generale, i fenomeni di interazione fra radiazione e materia.

Occorre quindi individuare modelli più ampi ed è quello che faremo nel Cap.15.

Premessa

15.1 Lo spettro del corpo nero (ipotesi dei quanti di energia e costante di Planck)

Problema 15.1.1 (emissione di un corpo nero)

Problema 15.1.2 (variazione della temperatura con la lunghezza d'onda della radiazione emessa)

15.2 L'effetto fotoelettrico

Problema 15.2.1/ Problema 15.2.2/ Problema 15.2.3/ Problema15.2.4 (effetto fotoelettrico, frequenza di soglia)

Problema 15.2.5/ Problema 15.2.7 (fotocellula)

Problema 15.2.6 (misura del rapporto costante di Planck/carica dell'elettrone)

Problema di Charles (effetto fotoelettrico)

15.3 Il fotone

Problema 15.3.1/ Problema 15.3.2 (energia e quantità di moto di un fotone)

15.4 L'effetto Compton

Problema 15.4.1/ Problema 15.4.3 (effetto Compton)

Problema 15.4.2 (valutazione della rilevanza dell'effetto Compton, per una determinata lunghezza d'onda)

15.5 L'atomo

a) Modello dell'atomo di Rutherford

b) Modello dell'atomo di Bohr

Problema 15.5.1/ Problema 15.5.2/ Problema 15.5.3/ Problema 15.5.4/ Problema 15.5.5/ Problema 15.5.6 (l'atomo di idrogeno secondo il modello di Bohr)

15.6 Il nucleo atomico

a) Isotopi

b) Forze nucleari

c) Energia di legame

Problema 15.6.1 (calcolo dell'energia di legame)

15.6 Problema di Charles (energia di legame)

Problema 15.6.2 (raggio, volume e densità di un nucleo)

Problema 15.6.3 (dimostrare che la densità nucleare è la stessa per tutti i nuclei)

15.7 Elementi radioattivi

a) Radioattività α

b) Radioattività β

Problema 15.7.1/ Problema 15.7.2 (decadimento radioattivo: conservazione della carica e del numero dei nucleoni)

Problema 15.7.3/ Problema 15.7.5 (decadimento radioattivo: conservazione dell'energia e della quantità di moto, confronta con Cap. 4.2)

Problema 15.7.4 (energia emessa dal Sole)

Problema di Charles (radioattività α)

Problema di Charles (livelli energetici ed emissione γ)

15.8 Legge di decadimento radioattivo

a) Attività di un preparato radioattivo

b) Famiglie radioattive naturali

c) Equilibrio radioattivo

Problema 15.8.1 (confronto fra il tempo di dimezzamento e la vita media)

Problema 15.8.2/ Problema 15.8.3 (misura della attività residua di un radioisotopo utilizzato in medicina)

Problema 15.8.4/ Problema 15.8.5/ Problema 15.8.6 (quanti nuclei del campione si disintegrano in un tempo Δt ?)

Problema 15.8.7 (equilibrio radioattivo)

Problema 15.8.8 ( determinazione del numero di Avogadro)

Problema 15.8.9/ Problema 15.8.10 (datazione di fossili)

Problema di Charles (attività di un preparato)

Conclusioni

15.9 Bilancio energetico nelle reazioni nucleari provocate

a) Trasmutazione

b) Fissione

c) Fusione

Problema 15.9.1 (trasmutazione)

Problema di Charles (reazione ad alta quota e datazione fossili)

Problema 15.9.2 (fissione)

Problema 15.9.3 (fusione)

Problema 15.9.4 (perdita di massa in una reazione chimica)

Problema di Charles (fissione)

15.10 Interazione elettromagnetica della radiazione con la materia

Premessa

a) particelle cariche (α, β, ecc.)

a1) assorbimento α

a2) assorbimento β

b) radiazioni elettromagnetiche (fotoni, raggi X e raggi γ)

b1) assorbimento g

Problema 15.10.1/ Problema 15.10.2/ Problema 15.10.3 (calcolo dello spessore di assorbimento)

Problema 15.10.4/ Problema 15,10.5 (calcolo della dose assorbita da un paziente durante un'esposizione )

15.11 Dinamica delle particelle di alta energia

Quando studiamo il moto di particelle che viaggiano a velocità prossima a quella della luce le leggi della meccanica classica non sono più applicabili.

Problema 15.11.1/ Problema 15.11.2 (particelle relativistiche)

15.12 Proprietà ondulatorie delle particelle materiali

E' un semplice fatto sperimentale che le particelle materiali abbiano proprietà ondulatorie.

Risulta così che fotoni e particelle materiali possiedono entrambi alcune proprietà corpuscolari e alcune proprietà ondulatorie.

Problema 15.12 1/Problema 15.12.2/ Problema 15.12.3 (lunghezza d'onda associata a una particella)

Problema 15.12.4/ Problema 15.12.5 (diffrazione di neutroni)

Problema 15.12.6 (diffrazione degli elettroni e analogie con la diffrazione dei raggi X)