Corso di Fisica

di Claudio Cereda

ultimo aggiornamento 29 aprile 2014

L'immagine new resta in linea 30 giorni

E' iniziata la stesura della versione 5.0 del corso. I capitoli vengono interamente riletti, aggiornati e in qualche caso ampliati. Inoltre, per ogni capitolo viene reso disponibile l'indice analitico. Mentre lavoravo sulla seconda parte ho deciso di potenziare gli apparati didattici e dunque, alcuni capitoli che erano già stati aggiornati alla 5.0, sono stati ripubblicati dopo la introduzione di tre tipologie di paragrafi: quesiti di fine capitolo sia a risposta aperta sia a risposta chiusa che avevo predisposto negli anni scorsi e non avevo mai pubblicato, quesiti ripresi dalle gare di istituto delle Olimpiadi della fisica, problemi svolti di fine capitolo o di fine modulo. Tutti i capitoli dalla versione 5.0 in poi contengono l'indice analitico.


Per le modifiche e i post di pubblicazione ho creato questa pagina: modifiche al corso di fisica

un po' di ex alunni si confrontano intorno agli effetti di quel corso di fisica che vedete presentato qui sotto – leggere il post e i commenti


Introduzione

Il Corso di Fisica Generale che viene qui presentato si caratterizza per i seguenti elementi:

  • sul piano metodologico si è cercato di presentare la fisica prestando una grande attenzione sia agli aspetti storici sia a quelli fondazionali. Nello scrivere ho tenuto costantemente presenti i perché che io stesso mi facevo da studente e, come è noto, la curiosità è la base di ogni conoscenza scientifica.
  • sul piano contenutistico si è mantenuta la distinzione classica per grandi campi di indagine, ma tale distinzione è stata costantemente contaminata da incursioni nel mondo della fisica moderna e dalla abitudine a guardare fuori dalla finestra, perché in fisica tutto è reciprocamente interconnesso e la distinzione è solo un comodo strumento per apprenderla in maniera sistematica
  • sul piano didattico si è cercato di presentare i risultati principali di ogni capitolo nella fase iniziale dello stesso rimandando, ma non eliminando, la trattazione più rigorosa e sistematica. I capitoli sono pieni di esercizi svolti scelti o costruiti a partire dal lavoro didattico quotidiano e dal confronto con i temi proposti alle selezioni regionali e nazionali delle Olimpiadi della Fisica. Al termine di ogni capitolo una mappa concettuale inquadra le connessioni e il senso del capitolo stesso.
  • Sul piano grafico, sul lato esterno di ogni pagina, compaiono grafici, immagini, francobolli scientifici, vignette. L'apparato iconografico è strettamente correlato al testo e si consiglia dunque di utilizzarlo. La scelta della impaginazione, che richiama le Lectures on Physics di R. Feynman (testo da cui ho imparato ad amare la fisica nel lontano 1967), dovrebbe agevolare l'uso di note personali e appunti a margine.

In cima ad ogni capitolo è indicato il numero di versione e la data dell'ultima modifica significativa.

Il cambio di versione implica solitamente una modifica di struttura o di layout della intera opera mentre il numero dopo il punto indica successivi rifacimenti di una stessa versione. In effetti questo lavoro, iniziato nel 1993 e che si porta dietro la mia esperienza di insegnamento dai primi anni 70 è come la fabbrica del duomo.

Non essendo nato per fini commerciali viene continuamente rimaneggiato sulla base della esperienza di utilizzo con gli studenti. Di solito ci metto mano d'estate, quando sono meno assillato dai compiti e dal quotidiano, ma se mi capita la settimana giusta mi ci butto a corpo morto anche in corso d'anno: rileggo, limo, cambio, …Mancano alcune parti di fisica moderna perché la mia esperienza di insegnamento di quegli argomenti non è da me giudicata sufficiente e ogni volta che mi metto a scrivere vengo assalito da dubbi (essenzialmente sul cosa non scrivere). Ma con un po' di pazienza finirà.


Capitolo 0: Introduzione sulle grandezze fisiche e sulla matematica che ci serve

  • Si tratta di un capitolo introduttivo che serve a puntualizzare sia elementi indispensabili di matematica, sia ad introdurre aspetti tipici delle grandezze fisiche e dei sistemi di unità di misura che sono molto spesso trascurati. Aggiunto un paragrafo su alcune identità goniometriche utili per gli esercizi e un paragrafo con i quesiti dalle Olimpiadi. Aggiunto un paragrafo sul teorema di Aechimede e una ampia raccolta di quesiti di fine capitolo Un po' di introduzione sulle grandezze fisiche e sulla matematica indispensabile 5.2 60 pag. 27 marzo 2014

Prima parte: Il moto e le forze

  1. La velocità: come si descrive il moto ad una dimensione? Come si classificano i moti? Velocità media ed istantanea. Significato geometrico come inclinazione del diagramma orario. Dal diagramma della velocità al diagramma orario (il metodo dell'area). I punti speciali in un diagramma orario. Esercizi impegnativi a fine capitolo 0101 La velocità (5.0 marzo 2014)
  2. L'inerzia: non c'è fisica senza sistema di riferimento (osservatore) e non c'è sistema di riferimento senza una riflessione sui sistemi inerziali. Il principio di inerzia è una legge fisica che serve a fondare culturalmente, logicamente e storicamente la meccanica. Per questo sta all'inizio. Cosa succede se si cambia sistema di riferimento? Le trasformazioni di Galilei 0102 Inerzia (5.0 marzo 2014)
  3. I vettori: quando i numeri non bastano: perché si introduce il calcolo vettoriale; la somma fisica come sovrapposizione; elementi di calcolo vettoriale; le grandezze cinematiche vettoriali posizione, spostamento e velocità; composizione vettoriale delle velocità e moti relativi; i due prodotti del calcolo vettoriale. 0103 I vettori: quando i numeri non bastano (5.0 marzo 2014)
  4. La accelerazione: definizione e genesi del concetto; legame reciproco tra posizione velocità e accelerazione; il moto rettilineo uniformemente accelerato; il moto circolare uniforme e il moto curvilineo vario (le componenti del vettore accelerazione), quesiti dalle Olimpiadi della Fisica sulla cinematica 0104 La accelerazione (5.1 18 marzo 2014)
  5. La forza: forza e interazioni fondamentali; legge di Hooke e definizione statica della forza; la forza come vettore speciale; III legge della dinamica; problematiche dell'equilibrio; genesi della nozione di momento; le leve in biomeccanica. 0105 La forza (5.1 18 marzo 2014)
  6. Il peso e la massa gravitazionale: definizione operativa del peso e della massa gravitazionale; peso e forza di gravità due grandezze fisiche correlate ma diverse; densità. 0106 Il peso e la massa gravitazionale (5.1 18 marzo 2014)
  7. La seconda legge della dinamica: contesto di validità, enunciato, definizione di massa inerziale, additività di forze e masse; applicazioni; equivalenza di massa inerziale e gravitazionale 0107 La seconda legge della dinamica (5.1 18 marzo 2014)
  8. Applicazioni della dinamica allo studio del moto: discussione generale del problema; il caso delle forze costanti e il moto parabolico; tecniche per la soluzione approssimata della equazione nel caso di forze variabili; condizioni iniziali e determinismo meccanicista 0108 Applicazioni della dinamica allo studio del moto (5.0 marzo 2014)
  9. L'attrito: l'attrito radente statico e dinamico (origine, leggi e spiegazione); il movimento in presenza delle forze d'attrito; l'attrito interno (resistenza viscosa e resistenza del mezzo); applicazioni del calcolo dimensionale; moto di caduta in un fluido e velocità limite; applicazioni dinamiche e statiche. 0109 L'attrito (5.1 18 marzo 2014)
  10. Il teorema di conservazione della quantità di moto: forze variabili, teorema dell'impulso e forza media; la II legge della dinamica per un sistema; legge di conservazione della quantità di moto per un sistema isolato; centro di massa e sistema di riferimento del centro di massa; rinculo; moto a reazione e sistemi a massa variabile. Apparati didattici di fine capitolo (quesiti, Olimpiadi, problemi)  0110 Il teorema di conservazione della quantità di moto (27 marzo 2014) 38 pag.  versione 5.1
  11. Energia cinetica e lavoro: come nasce e perché è caro ai fisici il concetto di energia; l'azione delle forze nello spazio porta all'energia cinetica; definizione di lavoro; potenza e rendimento; applicazioni di tipo biofisico. Apparati didattici di fine capitolo (quesiti, Olimpiadi, problemi)  0111 Energia cinetica e lavoro (27 marzo 2014) 38 pag. versione 5.1
  12. Elementi di teoria dell'urto: perché i fisici studiano gli urti; urto totalmente anelastico; urto totalmente elastico a una e due dimensioni; il rallentamento dei neutroni. Apparati didattici di fine capitolo abbastanza impegnativi e pensati per gli studi di fisica delle particelle (quesiti, Olimpiadi, problemi)  0112 Elementi di teoria dell'urto (27 marzo 2014) 30 pag. versione 5.1
  13. La gravitazione: il contesto e le argomentazioni che portano alla legge; enunciato, determinazione sperimentale della costante e suo significato; spiegazione della accelerazione di gravità; determinazione indiretta di grandezze astronomiche; effetti della rotazione terrestre sulla accelerazione di gravità. Apparati didattici di fine capitolo con approfondimenti sulle maree e sulla struttura della Terra. 0113 La gravitazione (27 marzo 2014) pag. 47 versione 5.1
  14. Le forze conservative e l'energia potenziale: ripresa in generale del concetto di lavoro per le forze variabili; il lavoro della forza elastica e quello della forza elettrica-gravitazionale; concetto di forza conservativa; definizione di energia potenziale ed espressione per forze costanti, elastiche e gravitazionali; dipendenza dal riferimento. Apparati didattici di fine capitolo 0114 Le forze conservative e l'energia potenziale (27 marzo 2014) pag. 20 versione 5.1
  15. Il teorema di conservazione dell'energia in Meccanica Classica: conservazione e non conservazione dell'energia meccanica; applicazioni al caso di forze costanti e ai sistemi orbitanti; velocità cosmiche; diagrammi dell'energia potenziale e sistemi legati. Apparati didattici di fine capitolo. 0115 Il teorema di conservazione dell'Energia in Meccanica Classica (27 marzo 2014) pag. 38 versione 5.1
  16. La legge di conservazione del momento angolare: il moto dei corpi rigidi e l'energia cinetica del moto rotatorio; rotolamento ed asse istantaneo di rotazione; momento di inerzia e teorema di Steiner; il momento di una forza dal punto di vista dinamico momento delle forze esterne e momento angolare; la legge di conservazione; confronto tra moto traslatorio e moto rotatorio (grandezze tipiche e leggi); Apparati didattici di fine capitolo. 0116 La legge di conservazione del momento angolare (27 marzo 2014) pag. 41 versione 5.0

 


Seconda parte: Serve una nuova meccanica

  1. Simmetrie della natura e leggi di conservazione: perché le leggi di conservazione sono le principali leggi di natura?; Feynman e la metafora della partita a scacchi; dal possibile al reale tramite le leggi di conservazione; i principi di simmetria e la costruzione delle moderne teorie fisiche. 0201 Simmetrie della natura e leggi di conservazione (marzo 2014)
  2. La meccanica nei sistemi di riferimento non inerziali: come e perché si introducono le forze apparenti; trasformazione della accelerazione al mutare del sistema di riferimento; accelerazioni di trascinamento, centrifuga e di Coriolis; fenomeni legati alle forze apparenti. 0202 La meccanica nei sistemi di riferimento non inerziali (marzo 2014)
  3. La teoria della relatività ristretta: genesi della teoria (questione dell'etere, esistenza di un sistema privilegiato per l'elettromagnetismo); i postulati della teoria e la relatività della simultaneità; deduzione della legge di composizione relativistica delle velocità e delle trasformazioni di Lorentz; contrazione delle lunghezze e dilatazione del tempo; l'invariante spazio-temporale; classificazione degli eventi e diagrammi di Minkowski; fenomeni e paradossi relativistici; tecniche di approssimazione delle relazioni. Revisione generale del capitolo 0203 La teoria della relatività ristretta (marzo 2014)
  4. Elementi di dinamica relativistica: l'incremento relativistico della massa; energia cinetica classica e relativistica; l'invariante energia quantità di moto; una nuova visione dell'energia interna di un sistema; la conservazione della massa energia come conseguenza della conservazione della quantità di moto. 0204 Elementi di dinamica relativistica (marzo 2014)
  5. La teoria della relatività generale: spazio e tempo nei sistemi non inerziali (perché serve una geometria non euclidea); le geometrie non euclidea genesi e sviluppi; il principio di equivalenza da Mach ad Einstein; cenni alla teoria einsteiniana della gravitazione; conferme sperimentali della teoria. 0205 La teoria della relatività generale (marzo 2014)
  6. Il principio di indeterminazione: condizioni iniziali e apparti di misura; il principio di indeterminazione e il suo ambito di applicabilità; quantità di moto ed energia dovute alla localizzazione di una particella; lo zero assoluto e la temperatura di degenerazione di un gas; una conversazione tra Einstein ed Heisenberg. 0206 Il principio di indeterminazione (marzo 2014)

Terza parte: Termodinamica e Fisica Molecolare

  1. Il punto di vista termodinamico: definizione di temperatura (genesi ed aspetti metodologico-concettuali); l'equazione dei gas perfetti nel contesto della nascita dell'atomismo e della chimica; gas perfetti, temperatura assoluta e termometro a gas.Apparati didattici di fine capitolo 0301 Il punto di vista termodinamico (30 marzo 2014) – versione 5.0 48 pag.
  2. Il primo principio della termodinamica: lavoro in ambiente adiabatico; l'energia interna come funzione di stato; scambio termico e quantità di calore (parametri macroscopici correlati); la scoperta della conservazione dell'energia (Mayer, Joule, Helmoltz). Questo capitolo si distacca sul piano metodologico dalle trattazioni tradizionali che danno per scontata la conservazione dell'energia sul piano microscopico e non definiscono il calore. Così facendo si perde, sul piano culturale, la comprensione della grossa riflessione interdisciplinare che porta, a metà 800, alla scoperta del concetto di energia (tipica la banalizzazione dei lavori di Joule che vengono ricondotti alla sola meccanica). 0302 Il primo principio della termodinamica (1 aprile 2014) – versione 5.0 47 pag.
  3. La teoria cinetica della materia: il sorgere e lo svilupparsi dell'atomismo; il modello di gas di Joule, Clausius e Maxwell; il significato della temperatura; la statistica di Maxwell sulla distribuzione delle velocità molecolari (e per chi ama la fisica teorica la sua deduzione); il libero cammino medio e la conoscenza dei parametri microscopici; la distribuzione barometrica – apparati didattici 0303 La teoria cinetica della materia (3 aprile 2014 – versione 5.0 57 pag.
  4. Le trasformazioni termodinamiche: il calcolo del lavoro; ruolo ed importanza del calore specifico molare; le principali trasformazioni; l'equazione di Poisson; le trasformazioni politropiche; teoria classica e correzioni quantistiche alla teoria dei calori specifici. Una occasione per riflettere sul valore e sui limiti dei modelli. – apparati didattici con tanti problemi 0304 Le trasformazioni termodinamiche (6 aprile 2014) – versione 5.0 47 pag.
  5. Il secondo principio della termodinamica: reversibilità e irreversibilità; lo schema del motore termico; la vicenda di Sadi Carnot: da un modello sbagliato una legge giusta; il II principio della termodinamica (enunciati ed equivalenza); il ciclo di Carnot e la definizione di entropia alla Clausius; il motore termico reale dall'amico del minatore alle moderne turbine; frigoriferi e pompe di calore – apparati didattici con tanti problemi 0305 Il secondo principio della termodinamica (9 aprile 2014 – versione 5.0 51 pag.
  6. Fisica molecolare ed entropia: perché la natura obbedisce alla II legge della termodinamica smentendo la reversibilità della meccanica (una digressione tra realismo e positivismo); impariamo ad usare il calcolo combinatorio;macrostati, microstati e probabilità termodinamica; entropia alla Boltzmann e probabilità termodinamica; moto browniano e fluttuazioni statistiche; come Perrin ed Einstein hanno misurato il numero di Avogadro (l'atomismo ha vinto in maniera definitiva). 0306 Fisica molecolare ed entropia (13 aprile 2014 – versione 5.0 40 pag.

 


Quarta parte: I fenomeni ondulatori

  1. Le oscillazioni e le onde: grandezze tipiche e fenomeni. Si tratta di un capitolo piuttosto ampio che fa da introduzione generale ai fenomeni ondulatori a partire dallo studio dei fenomeni oscillatori (oscillatore armonico). Perché i fisici amano le oscillazioni armoniche? Cosa è tipico di un'onda? Quali sono i parametri che la caratterizzano? Com'è fatta l'equazione di un'onda? Compatibilità e incompatibilità tra onde e corpuscoli. Impareremo a maneggiare le onde oltre che con le funzioni trigonometriche con il calcolo vettoriale (che semplifica la trattazione). 0401 Le onde: grandezze tipiche e fenomeni (17 aprile 2014 – versione 5.0 49 pag.)
  2. Le onde elastiche: grandezze fisiche e fenomeni tipici: Le onde elastiche derivano il loro nome dal fatto di propagarsi grazie alla presenza di un mezzo elastico, ciò determina alcune specificità; come e perché si forma e si propaga un'onda elastica; velocità di propagazione e distribuzione energetica in un'onda lineare, di superficie e di volume; la propagazione delle onde sismiche; il suono e l'orecchio umano; il decibel; le onde stazionarie; l'effetto Doppler; i battimenti; applicazioni delle onde elastiche in ambito biomedico e tecnologico. 0402 Le onde elastiche: grandezze fisiche e fenomeni tipici (20 aprile 2014 – versione 5.0 59 pag.)
  3. Ottica geometrica: La luce (fenomeno tipicamente ondulatorio) in determinati contesti si comporta come una particella. Cos'è e in quali ambiti si può applicare l'approssimazione dell'ottica geometrica? Leggi della riflessione e della rifrazione e principi di minimo. Indice di rifrazione e dispersione. Particolari fenomeni di rifrazione. Funzionamento delle lenti sottili; costruzione delle immagini; aberrazioni; specchi sferici e parabolici.  0403 Ottica geometrica (25 aprile 2014 vers. 5.0 72 pag)
  4. La fotometria, la percezione visiva e gli strumenti ottici: le grandezze fotometriche con cui misuriamo la radiazione luminosa; il funzionamento dell'occhio umano; il funzionamento della lente di ingrandimento, macchina fotografica, proiettore, microscopio ottico e limitazioni al potere risolvente; il telescopio storia ed evoluzione; i microscopi non ottici 0404 La fotometria e la percezione visiva (29 aprile 2014 vers. 5.0 46 pag.)
  5. Le onde luminose: fenomeni tipici: l'interferenza, la diffrazione, la polarizzazione (da fare)
  6. Le onde luminose: la velocità di propagazione ed i fenomeni rilevanti su scala atomica: i metodi di determinazione della velocità della luce; l'emissione della luce nei solidi e nei gas; luminescenza; fotoni (da fare).

Quinta parte: L'elettromagnetismo

  1. Le forze elettriche: fenomeni elettrici elementari e prime classificazioni; la legge di Coulomb; vettore campo elettrico, linee di campo, significato del campo nella descrizione delle interazioni; tecniche di calcolo in contesti semplici 0501 Le forze elettriche (settembre 2004)
  2. L'elettrostatica: il potenziale elettrostatico; il legame biunivoco tra campo e potenziale e il vantaggio nell'uso del potenziale; interazioni tra dipoli e campi elettrici uniformi e non; il teorema di Gauss (enunciato, significato ed utilizzo); l'equilibrio elettrostatico; conduttori ed isolanti in presenza di un campo elettrico; il campo elettrico terrestre. 0502 L'elettrostatica (settembre 2004)
  3. I condensatori e la misura della carica dell'elettrone: dal conduttore carico alla scoperta del condensatore; capacità, dipendenza dalle caratteristiche geometriche, connessione di condensatori; energia elettrostatica ed energia associata ad un campo elettrico; l'esperimento di Millikan e la misura della carica elementare (un esempio di storia della scienza fatta senza banalizzazioni: il contesto, i problemi sperimentali, il risultato ottenuto). 0503 I condensatori e la misura della carica dell'elettrone (settembre 2004)
  4. La corrente continua: l'elettricità come fenomeno unitario (una conquista della conoscenza); campi non elettrostatici (differenza tra d.d.p., voltaggio e forza elettromotrice; cos'è e a cosa serve un campo estraneo?); intensità e densità di corrente; la conduzione nei solidi (genesi e parametri tipici); la conduzione nei liquidi (leggi di Faraday); la conduzione nei gas (diverse modalità e meccanismi di spiegazione); la legge di Ohm (significato sul piano storico e significato attuale); le due leggi; dipendenza della R dalla temperatura. 0504 La corrente continua (dicembre 2004)
  5. Generatori e circuiti elettrici: differenze di potenziale da contatto; pile ed accumulatori; il collegamento delle resistenze (reostato e potenziometro); legge di Ohm in presenza di un generatore e principi di Kirchoff; potenza elettrica; voltmetro ed amperometro; carica e scarica di un circuito RC (analisi del transitorio); la sicurezza negli impianti elettrici. 0505 Generatori e circuiti elettrici (dicembre 2004)
  6. Il campo magnetico nel vuoto: Storia e fenomenologia del magnetismo dai magneti naturali alla scoperta dell'induzione elettromagnetica; le linee di campo magnetico e la definizione operativa del vettore induzione magnetica; equivalenza tra cariche in moto e correnti elettriche; il campo magnetico generato dalle correnti elettriche (le leggi generali di Biot e Savart e Ampere, campi del filo rettilineo della spira e del solenoide); momento magnetico e momento angolare; cenni alla interpretazione relativistica del magnetismo; applicazioni alla determinazione di campi magnetici in contesti geometrici definiti. 0506 Il campo magnetico nel vuoto (dicembre 2004)
  7. La forza magnetica e le sue applicazioni: interazioni tra correnti e tra correnti e magneti (definizione operativa dell'ampere); strumenti a bobina mobile e motore elettrico (collettore); forza di Lorentz e movimento delle cariche elettriche in un campo magnetico (contesto classico e relativistico); la scoperta del positrone; i raggi catodici e i lavori di J.J. Thomson per la determinazione del rapporto q/m (esempio di storia della scienza non banalizzata); il ciclotrone; il sincrotrone (problemi fisici e tecnologici, il progetto LHC); spettrografo di massa (isotopia e difetto di massa per la misura del legame nucleare); l'effetto Hall nei metalli e nei semiconduttori come strumento di indagine dei meccanismi della conduzione nei solidi; applicazioni in ambito classico e relativistico. 0507 La forza magnetica e le sue applicazioni (maggio 2006)
  8. Il magnetismo nella materia: diamagnetismo e paramagnetismo (aspetti fenomenici, quantificazione, interpretazione microscopica); il momento magnetico e la sua quantizzazione (una digressione sui 4 numeri quantici e sul loro significato fisico); il ferromagnetismo (aspetti quantitativi, spiegazione ed applicazioni). 0508 Il magnetismo nella materia (settembre 2004)
  9. L'induzione elettromagnetica: da Faraday a Maxwell genesi di una scoperta ricercata; la legge di Faraday Neumann ed il campo elettrico circuitale non conservativo; casi particolari di applicazione (spira ad area variabile, spira in rotazione); la legge di Lenz e la conservazione dell'energia; il fenomeno della autoinduzione e l'inerzia elettrica; energia del campo magnetico; l'alternatore; il trasformatore; il rocchetto ad induzione; perché si ha induzione anche quando si muove il magnete (spiegazione relativistica); applicazioni. 0509 Induzione elettromagnetica (settembre 2004)
  10. Le correnti alternate: perché si usano le correnti alternate; i circuiti RLC in regime permanente in c.a.; lo sfasamento ed il rifasamento dei carichi induttivi; la potenza in c.a.; trasformatore a vuoto e sotto carico; campo magnetico rotante (motore sincrono e asincrono); il sistema trifase. 0510 Le correnti alternate (settembre 2004)
  11. Le onde elettromagnetiche: richiami sui fenomeni ondulatori e su quelli luminosi; le onde elettromagnetiche nella sintesi maxwelliana (le equazioni del campo elettromagnetico e la loro simmetrizzazione); generazione di onde elettromagnetiche (dipolo, carica in moto circolare e radiazione di sincrotrone); lo spettro elettromagnetico; fotoni e treni d'onda; l'inquinamento elettromagnetico (rischi, raccomandazioni e parametri quantitativi). 0511 Le onde elettromagnetiche ( settembre 2004)
  12. Approfondimenti di elettromagnetismo: la conduzione nei solidi (approfondimenti sul modello a gas di elettroni); emissione termoionica (diodo, triodo, tubo a raggi X, fotomoltiplicatore); tubo a raggi catodici (oscilloscopio e monitor); produzione e misura della ionizzazione in un gas (camera a ionizzazione e rivelatore di Geiger) 0512 Approfondimenti di elettromagnetismo (settembre 2004)

 


Sesta parte: la fisica a cavallo tra 800 e 900

  1. Dalle onde elettromagnetiche ai raggi X: i problemi di fine 800 tra storia, arte, scienza e letteratura; a proposito di disorientamenti e catastrofi (presunte) in Fisica; la scoperta dei raggi X (contesto, perfezionamenti, prime leggi); caratteristiche ed applicazioni dei raggi X. 0601 Dalle onde elettromagnetiche ai raggi X (settembre 2004)
  2. Dalle onde elettromagnetiche ai fotoni: lo spettro del corpo nero (la materia interagisce con la radiazione per scambi discreti, le leggi di Boltzmann, Wien e Planck); l'effetto fotoelettrico (la radiazione è fatta di granuli di energia, fenomenologia in accordo e in contrasto con la fisica classica, teoria di Einstein ed esperimento di Millikan); l'effetto Compton (i fotoni trasportano quantità di moto come le particelle, la relazione di Compton e le assunzioni da cui deriva, l'esperimento); caratteristiche di insieme del fotone; dualismo ondulatorio e corpuscolare per la radiazione. 0602 Dalle onde elettromagnetiche ai fotoni (novembre 2004)
  3. I primi passi della radioattività e della spettroscopia: Da Becquerel ai Curie ( i primi passi per la scoperta della radioattività); identificazione dei tre tipi di radiazione alfa, beta e gamma; l'indagine spettroscopica (dagli spettri di righe alla scoperta della armonia dei numeri interi nella serie di Balmer). 0603 I primi passi della radioattività e della spettroscopia (novembre 2004)
  4. Dalla esistenza degli atomi allo studio della loro struttura: il modello di J.J. Thomson e quello di Perrin; lo studio delle particelle alfa (i proiettili che serviranno alla indagine della materia, dalla misura del rapporto q/m sino alla comprensione della loro natura); il modello di atomo nucleare alla Rutherford (il modello, l'esperimento di scattering con le alfa); la prima reazione nucleare (identificazione del protone); l'atomo di Bohr (i postulati e il contrasto con la fisica classica; deduzione dei livelli energetici e delle formule sulle righe spettrali dell'idrogeno); il problema della massa ridotta per gli atomi idrogenoidi; le conferme di Franck ed Hertz e Moseley; la costruzione della tabella degli elementi e la fase semiclassica della meccanica quantistica; il dualismo ondulatorio corpuscolare per la materia (onde di De Broglie e reinterpretazione della ipotesi sulla quantizzazione del momento angolare; diffrazione degli elettroni; esercizi ed applicazioni di fisica atomica semiclassica. 0604 Dalla esistenza degli atomi allo studio della loro struttura (luglio 2006)
  5. La necessità di una nuova meccanica: Cosa non funziona nella meccanica quantistica semiclassica; la genesi della nuova meccanica quantistica (la meccanica delle matrici di Heisenberg; la meccanica ondulatoria dedotta dal parallelo sui legami tra ottica geometrica ed ottica fisica; l'equazione di Schrödinger); la descrizione quantomeccanica del mondo(stato e funzione d'onda, principio di indeterminazione e grandezze coniugate, esperimenti e collasso del pacchetto d'onda); implicazioni filosofiche su determinismo e causalità; alcune conferme e stranezze della meccanica quantistica (in corso di produzione).

 


Settima parte: Atomi, nuclei, materiali, particelle

  1. Le applicazioni della meccanica quantistica alla struttura della materia: La tabella degli elementi e i numeri quantici; Struttura della tavola e principio di esclusione; Stranezze e particolarità nella tabella; Il legame chimico e i legami molecolari; Legame ionico, covalente e metallico (da fare)
  2. La fisica del nucleo: Il neutrone (genesi della scoperta, perché non possono esistere elettroni nel nucleo; una nuova radiazione penetrante; il lavoro di Chadwick per determinare la massa); conoscenze di tipo quantitativo sul nucleo (stabilità e neutrone; neutrone e decadimento beta; massa, dimensioni e momento magnetico dei nucleoni; sezione d'urto per le interazioni e coefficiente di attenuazione); masse nucleari e distribuzione degli isotopi; il decadimento alfa (perché il tempo di dimezzamento è così variabile; condizioni energetiche per il decadimento, legge di Geiger-Nuttal, spiegazione tramite l'effetto tunnel); il decadimento beta e l'ipotesi del neutrino; il decadimento gamma; le leggi del decadimento radioattivo; le famiglie radioattive. 0702 La fisica del nucleo
  3. Applicazioni del nucleare: La scoperta della radioattività artificiale; applicazioni degli isotopi radioattivi in datazione e in medicina; la bomba nucleare (scoperta della fissione; i lavori di Bohr e di Fermi; il progetto Manhattan); energia nucleare da fissione (glossario; problematiche della fissione controllata e incontrollata; tipologie di reattore nucleare); analisi dell'incidente di Chernobyl; misura ed effetti delle radiazioni ionizzanti; questione nucleare e questione energetica (da fare); energia nucleare da fusione (da fare). 0703 Applicazioni del nucleare (luglio 2006)
  4. I semiconduttori: (da fare)
  5. Il modello standard delle particelle: (da fare)
  6. Elementi di astrofisica e cosmologia: (da fare)

COMMENTI

15 risposte a Corso di Fisica

  1. Edmondo scrive:

    Gentile prof. Cereda,
    desidero farle osservare che nel suo testo di fisica ho trovato un errore grossolano nella parte in cui parla dell'equilibrio di una motocicletta in curva (capitolo sull'attrito).
    Nel libro si afferma che non è necessario che la moto sia inclinata per poter fare la curva, la quale cosa non è esatta.
    Infatti, per l'equilibrio alla rotazione della moto stessa, è necessario che ci sia un momento che contrasti il momento prodotto dalla forza centripeta data dalla strada sulle ruote della moto.
    Rispetto ad un punto preso a discrezione (il baricentro della moto), risulta che la forza centripeta (orizzontale) produce un momento. E, quando la moto è inclinata, questo momento è perfettamente bilanciato dal momento della reazione "verticale" della strada sulle ruote (pari alla forza peso della moto, ma di verso opposto), sempre rispetto al baricentro. L'altra forza in gioco, il peso della moto stessa, non produce momento rispetto al baricentro essendo il braccio nullo. Per l'equilibrio alla traslazione, la forza peso è equilibrata dalla reazione verticale del terreno. La forza centripetà non è equilibrata da alcuna forza e fornisce l'accelerazione centripeta necessaria per fare la curva.
    Volendo, la cosa si può vedere anche prendendo come sistema di riferimento quello (non inerziale) solidale alla moto. In tal caso sarà presente la forza (apparente) centrifuga, applicata nel baricentro della moto. La forza centrifuga ed il peso della moto, quindi, daranno luogo a due momenti rispetto al punto di contatto delle ruote col terreno, due momenti che si equilibreranno. Per l'equilibrio alla traslazione, invece, la forza peso sarà equilibrata dalla reazione "verticale" del terreno e la forza centrifuga sarà equilibrata dalla reazione "orizzontale" del terreno.
    Distinti saluti.
    Edmondo Scola
     

    • Claudio Cereda scrive:

      Concordo con la osservazione relativa all’equilibrio dei momenti applicata alla bici come se fosse una sbarra rigida.
      Il brano incriminato pag 8 del cap 9 della prima parte è il seguente:
      “Quanto detto sino ad ora non significa che per fare una curva ci si debba comunque piegare, ma piuttosto che, piegandosi, il movimento risulta più
      armonico. Se non ci si piega è il movimento del manubrio, che risulta più duro da manovrare, a disporre la ruota anteriore parzialmente di traverso e questo fatto determina la forza d’attrito necessaria a far ruotare tutto l’apparato. Durante questa manovra è però molto facile produrre un movimento irregolare, a scatti, che può pregiudicare la stabilità del sistema. Pertanto, soprattutto in moto, è bene affrontare sempre le curve piegando verso l’interno della traiettoria”
      La affermazione va letta entro il capitolo in cui non si tratta la questione dei corpi rigidi e la problematica dei momenti, men che meno le problematiche delle masse in rotazione che ci porterebbe a discutere di contrreazione e di effetti giroscopici.
      Mi limitavo a citare un dato di esperienza rispetto al quale non mi sono mai misurato con la scrittura delle relative equazioni. Ho cercato qualche notizia in rete relativa alle biciclette reali con i loro assi e ho visto che la situazione si fa subito piuttosto complessa incluso il fatto che stando in sella assumiamo, con il corpo le posizioni più diverse. Mi riservo, stimolato dalla osservazione, di fare qualche esperimento sul campo.

  2. Francesco Biagini scrive:

    Gentilissimo prof. Cereda, voglio esprimerle tutta la mia l'ammirazione e la gratitudine per il suo bellissimo corso di Fisica, dal quale spesso attingo sia per gli studenti (ovviamente dando a Cesare quel che è di Cesare…) sia per mio approfondimento e aggiornamento. A mio parere non esistono in commercio libri di testo confrontabili con il suo. Mi permetto di chiederle: per quando è prevista la pubblicazione del capitolo sulla meccanica quantistica? Ancora grazie!

    • Claudio Cereda scrive:

      Ci ho messo le mani sopra piùvolte esitando sempre sul’approccio da dare tra il taglio storico, inevitabilmente lungo e complicato e pieno di strade senza sbocchi e l’approccio assiomatico (prima due cose sulla equazione di Schrodinger e poi le cose essenziali sugli operatori negli spazi di Hilbert. In uno degli ultimi anni di insegnamento (2007) lo feci in una classe in cui oggi ci sono 6 fisici professionai in giro per l’Europa. Commisi l’errore di non stendere subito il relativo capitolo. Ora, stando fuori dalla scuola mi manca la verifica quotidiana e mi occupo di tante altre cose di cultura (come può vedere da Pensieri in libertà). Oggi sto mettendo in ordine l’intervento generale sulla Cosituzione di Piero Calamandrei nel marzo 47 in versione integrale. Mi sono rotto di quelli che trattano la storia a colpi di citazioni di una riga. Quello che le chiedo è di fare uun po’ di propaganda a questo testo che le piace. Vedere cge viene letto e apprezzato è l’unica soddisfazione che ne traggo.

  3. Angelo Ricotta scrive:

    Caro Prof. Cereda, nella spiegazione dell'effetto Doppler sonoro, per quanto riguarda la brusca transizione di frequenza che si dovrebbe avvertire dalla situazione di sorgente che si avvicina a quella in cui essa si allontana, ciò accade solo se la traiettoria della sorgente attraversa l'osservatore. Nella realtà però la traiettoria della sorgente passa a una certa distanza dall'osservatore, come d'altronde è nelle figure e descrizioni riportate. In questo caso il calcolo fa vedere che la transizione di frequenza avviene con continuità passando da una certa frequenza più alta iniziale via via a una più bassa.
    Inoltre ho notato che non si tiene conto del movimento del mezzo e ciò perché si prende un riferimento solidale al mezzo stesso. Ma nei casi reali non è possibile prendere il mezzo, che in genere è l'atmosfera, come riferimento. Normalmente si prende un sistema di riferimento solidale alla terra rispetto al quale osservatore, sorgente e mezzo possono essere in moto relativo e ciò cambia le formule per la determinazione della frequenza percepita dall'osservatore in quanto interviene anche la velocità del mezzo che è poi il vento.
    Cordiali saluti e complimenti per la sua brillante attività didattica.

  4. Teugi scrive:

    Cosa dire? COMPLIMENTI
    Non sono molti i laureati in matematica e fisica che hanno seguito i corsi con interesse e passione.
    Certamente sei uno di questi . . . .
    Lodevole il tuo altruismo . . . . . 
    E' difficile non provare un pizzico di invidia per il tuo notevole contributo
     

  5.  

    Riguardo alla definizione di sistema di riferimento inerziale (SRI) purtroppo non c'è ne una veramente corretta e non tautologica.
    Lei riporta:
     
    esistono sistemi di riferimento rispetto ai quali tutti i corpi che non interagiscono
    con altri corpi si muovono in maniera uniforme e in linea retta. I riferimenti di
    questo tipo sono detti sistemi di riferimento inerziali. 
     
    Tuttavia come fa a sapere che ci sono corpi che "non interagiscono"? Tramite la misura di una forza che può avvenire -per definizione-unicamente in un SRI. Lo stesso Einstein (cfr Il significato della Relatività Boringhieri 2010 p. 56) definisce tautologica la definizione di SRI e per questo passa alla Relatività Generale.
    Saluti,
    GV
     

    • Claudio Cereda scrive:

      sono d’accordo ma quando si introduce la meccanica classica si devono fare delle scelte; si assume come verificabile “prima facie” la osservabilità di interazioni e poi si procede

  6. Complimenti.Veramente ottimo lavoro.Mi permetto di segnalarLe il mio ultimo libro sulla Relatività: http://www.armando.it/schedalibro/22902/Storia-naturale-del-tempo

  7. Massimo Bosetti scrive:

    Grazie Claudio,
    il tuo lavoro è semplicemente fantastico!

  8. Vito Saccente scrive:

    Congratulazioni! Lavoro davvero sublime. Grazie per tutto ciò.

  9. luisa scrive:

    Grazie ! Entusiasmante. Ma dove hai trovato il tempo di approfondire con tanto spessore ? Ci darò un'occhiata per mio personale interesse e, se posso, magari un piccolo contributo là dove posso sembrare leggermente preparata.
     

    • Claudio Cereda scrive:

      Sono benvenuti tutti i contributi: rilettura, revisione critica, proposte di ampliamento, …
      ttualmente sono in attesa di collocazione per una rilettura critica tutte le parti tranne la prima e la seconda

  10. Giuseppe PRIVITERA scrive:

    Grazie,
    materiale veramente inetressante e utile, con alcuni spunti particolari.
    Molto probabilmente utilizzerò qualcosa il prossimo anno con i miei alunni.
    Non sopporto più tutti questi nuovi libri di fisica. Sempre peggio!!! E prepararsi delle lezioni richiede un mare di tempo ( spero, piano piano, di riuscire anche io a farmi un archivio di lezioni personali).
    Grazie ancora per la condivisione, Giuseppe Privitera
     

Lascia un Commento

L'indirizzo email non verrà pubblicato. I campi obbligatori sono contrassegnati *

*


9 + sei =

È possibile utilizzare questi tag ed attributi XHTML: <a href="" title=""> <abbr title=""> <acronym title=""> <b> <blockquote cite=""> <cite> <code> <del datetime=""> <em> <i> <q cite=""> <strike> <strong>