Meccanica

Description

Dal 1961, quando nacque l’idea di progettare un corso nuovo di fisica a livello universitario, a tutto oggi, un folto gruppo di fisici, che lavorano nei campi più attuali della ricerca, si è impegnato nella sua realizzazione. È forse proprio per la loro esperienza di ricercatori che questi uomini hanno avvertito la necessità di fornire a chi inizia lo studio della fisica le basi della conoscenza raggiunta in questo campo, introducendo le idee fondamentali, sia della relatività speciale che della meccanica quantistica e statistica, con lo spirito con cui se ne fa uso nella ricerca d’avanguardia. I complementi, i problemi, i numerosi esempi, tutti di interesse attuale, impegnano lo studente ad approfondire, ampliare e fissare gli argomenti trattati, apprendendo metodi di lavoro e acquistando la mentalità con cui il fisico utilizza quel potente mezzo che è la matematica. Il corso trova il suo completamento in un laboratorio antitradizionale che, utilizzando una strumentazione che si sviluppa via via attorno all’oscilloscopio, inizia con l’analisi del moto di particelle cariche in campi elettrici e magnetici per sfociare in esperienze di fisica quantistica e statistica, intese a evidenziarne la correlazione. Charkes Kittel, La fisica di Berkeley 1. Meccanica......Page 1 Tabella dei valori......Page 2 Colophon......Page 4 INDICE......Page 5 PRESENTAZIONE......Page 11 PREFAZIONE A «LA FISICA DI BERKELEY»......Page 13 PREFAZIONE AL VOLUME MECCANICA......Page 15 PER L'INSEGNANTE......Page 17 PER LO STUDENTE......Page 21 NOTAZIONI......Page 22 1.1 Il mondo naturale......Page 27 1.2 Geometria e fisica......Page 32 1.3 Valutazioni della curvatura dello spazio......Page 36 1.4 Geometria su piccola scala......Page 38 1.5 Invarianza......Page 40 Elenco dei film......Page 42 Complementi - Semplici problemi astronomici relativi al sistema solare......Page 43 2.2 Generalità e rappresentazione grafica dei vettori......Page 56 2.3 Uguaglianza fra vettori......Page 58 2.4 Somma di vettori......Page 59 2.6 Derivata di un vettore......Page 61 Esempio - Il moto circolare uniforme......Page 63 2.8 Prodotto scalare di due vettori......Page 68 2.9 Prodotto vettoriale......Page 72 2.10 Vettori in un sistema di coordinate cartesiane......Page 78 Esempi - Operazioni vettoriali elementari......Page 81 Ulteriori letture......Page 84 Problemi......Page 85 Complementi 2 - Reticoli cristallini e reticolo reciproco......Page 88 Nota matematica 2 - Notazione vettoriale cartesiana generalizzata......Page 90 Nota storica - J. W. Gibbs......Page 92 3.1 Le leggi newtoniane del moto......Page 93 Esempio - L'ultracentrifuga......Page 94 3.2 Sistemi di riferimento inerziali......Page 96 3.3 Accelerazione assoluta e accelerazione relativa......Page 102 3.4 Velocità assoluta e velocità relativa......Page 105 3.5 Trasformazione galileiana......Page 106 3.6 Conservazione della quantità di moto......Page 110 Esempio - Urto di una particella pesante con una leggera......Page 115 3.8 Forze fittizie......Page 117 Esempio - Forza centrifuga e accelerazione centripeta in un sistema in moto rotatorio uniforme......Page 118 Esempio - Esperienze in un ascensore in caduta libera......Page 119 Esempio - Il pendolo di Foucault......Page 120 3.9 Legge di Newton della gravitazione universale......Page 122 Esempio - Satellite in orbita circolare......Page 123 Elenco dei film......Page 124 Problemi......Page 125 Complementi - Velocità e accelerazione in sistemi di coordinate rotanti......Page 127 Esempio - Moto rettilineo uniforme in un sistema inerzia/e......Page 130 Esempio - Caduta libera da una torre......Page 131 Esempio - Correzione centrifuga a g......Page 132 Esempio - Direzione dei venti......Page 133 Nota matematica 2 - La velocità angolare come grandezza vettoriale......Page 134 Nota storica - Il secchio rotante - Punto di vista di Newton......Page 136 4.1 Forza su una particella carica - Sistema di unità di misura CGS di Gauss......Page 138 4.2 Particella carica in un campo elettrico uniforme e costante......Page 144 Esempio - Accelerazione longitudinale di un protone......Page 146 Esempio - Accelerazione trasversale......Page 147 4.3 Particella carica in un campo elettrico alternato uniforme......Page 149 4.4 Particella carica in un campo magnetico costante......Page 150 4.5 Dimensioni......Page 153 4.6 Focalizzazione magnetica a 180°......Page 155 4.7 Il principio di funzionamento del ciclotrone......Page 156 Problemi......Page 159 Complementi 1 - Protone in presenza di un campo elettrico e di un campo magnetico incrociati......Page 162 Complementi 2 - Trasformazioni del sistema di riferimento......Page 163 Nota matematica - I numeri complessi......Page 168 Problemi sui numeri complessi......Page 178 Nota storica - L'invenzione del ciclotrone......Page 179 5.1 Leggi di conservazione nel mondo fisico......Page 183 5.2 Definizioni e concetti......Page 184 5.3 Conservazione dell'energia......Page 188 5.4 Lavoro......Page 189 5.5 Energia cinetica......Page 191 Esempio - Caduta libera......Page 192 Esempio - Forza elastica di richiamo......Page 193 5.6 Potenza......Page 195 5.7 Forze conservatrici......Page 196 5.8 Energia potenziale......Page 199 5.9 Energia potenziale in un campo elettrico......Page 203 Esempi - Campo e potenziale elettrostatico - Differenza di potenziale - Statvolt - Volt......Page 204 Esempio - L'elettron-volt......Page 205 Esempio - Forza elastica di richiamo......Page 207 Esempio - Potenziale gravitazionale vicino alla superficie della terra......Page 208 Problemi......Page 211 Note storiche - La scoperta di Cerere e Nettuno......Page 214 6.1 Conservazione della quantità di moto......Page 216 Esempio - Urto di particelle che si uniscono......Page 218 Esempio - Urto di particelle con eccitazioni interne......Page 222 Esempio - Deflessione di una particella pesante da parte di una particella leggera......Page 223 Esempio - Il problema del veicolo spaziale......Page 225 6.3 Conservazione del momento della quantità di moto......Page 228 Esempio - Momenti delle forze interne......Page 230 Esempio - Diffusione di un protone da parte di un nucleo pesante......Page 233 6.4 Invarianza per rotazione......Page 234 Esempio - Accelerazione angolare che accompagna la contrazione......Page 235 6.5 La forma della galassia......Page 236 6.6 Momento della quantità di moto del sistema solare......Page 238 Elenco dei film......Page 240 Problemi......Page 241 Complementi - Scontro di una meteorite con l'atmosfera......Page 243 7. L'OSCILLATORE ARMONICO......Page 245 7.1 Il pendolo semplice......Page 246 Esempio - Effetti non lineari......Page 251 7.2 Massa sospesa a una molla......Page 253 Esempio - Energia cinetica e potenziale media......Page 254 7.3 Il circuito LC......Page 256 7.4 Attrito......Page 257 7.5 Oscillatore armonico smorzato......Page 261 Esempio - Potenza dissipata......Page 263 7.6 Fattore di qualità Q......Page 264 7.7 Oscillatore armonico forzato......Page 265 Esempio - Esempio numerico relativo all'oscillatore armonico......Page 272 7.8 Principio di sovrapposizione......Page 273 Problemi......Page 274 Complementi 1 - Soluzione esatta del problema del pendolo semplice......Page 278 Complementi 2 - Oscillatore anarmonico......Page 280 Complementi 3 - Modulazione dei parametri di un oscillatore (amplificazione parametrica)......Page 282 Nota matematica- I numeri complessi e l'oscillatore armonico forzato......Page 284 8. DINAMICA ELEMENTARE DEI CORPI RIGIDI......Page 286 8.1 Equazione del moto di un corpo rotante......Page 289 Esempio - Momento della quantità di moto J non parallelo a ω......Page 293 Esempio - Momento d'inerzia di uno strato sferico......Page 295 Esempio - Teorema di Huygens-Steiner......Page 296 8.2 Energia cinetica di rotazione......Page 300 Esempio - Sfera che rotola......Page 301 8.3 Equazione di Eulero......Page 304 Esempio - Trottola simmetrica......Page 305 8.4 Precessione dello spin in un campo magnetico costante......Page 308 8.5 Giroscopio elementare......Page 310 Problemi......Page 313 9. FORZE INVERSAMENTE PROPORZIONALI AL QUADRATO DELLA DISTANZA......Page 315 9.1 Forza tra una massa puntiforme e uno strato sferico......Page 317 9.2 Forza tra una massa puntiforme e una sfera piena......Page 321 9.3 Energia propria gravitazionale ed elettrostatica......Page 322 Esempio - Energia gravitazionale di una sfera uniforme......Page 323 9.4 Lunghezze e numeri fondamentali......Page 325 9.6 Orbite......Page 328 Esempio - Vibrazione di una molecola biatomica......Page 332 Esempio - Orbita circolare......Page 342 9.7 Le leggi di Keplero......Page 344 Problemi......Page 347 Complementi 1 - Teorema del viriale......Page 352 Esempio - La temperatura interna del sole......Page 355 Esempio - La condensazione delle galassie......Page 356 Complementi 2 - Calcolo numerico di un'orbita......Page 359 10.1 c - Costante fondamentale della natura......Page 364 10.2 Misura di c......Page 365 10.3 Effetto Doppler......Page 377 Esempio - Lo spostamento verso il rosso......Page 380 10.4 La velocità della luce nei sistemi inerziali in moto relativo......Page 384 Problemi......Page 395 Complementi - Emissione senza rinculo di raggi gamma......Page 398 11. TRASFORMAZIONI DI LORENTZ DELLE LUNGHEZZE E DEL TEMPO......Page 399 11.1 Trasformazioni di Lorentz......Page 400 Esempio - Aberrazione della luce......Page 404 Esempio - Composizione delle velocità......Page 405 Esempio - Composizione delle velocità......Page 407 11.2 Misura di lunghezze perpendicolari alla velocità relativa......Page 408 11.3 Contrazione delle lunghezze......Page 409 11.4 Dilatazione del tempo negli orologi in moto......Page 413 Esempio - Vita media dei mesoni π⁺......Page 414 Esempio - Effetto doppler longitudinale......Page 418 11.5 Orologi accelerati......Page 420 Problemi......Page 421 Nota matematica - Spazio-tempo......Page 423 Nota storica - La simultaneità nella relatività ristretta......Page 431 12. DINAMICA RELATIVISTICA: QUANTITÀ DI MOTO ED ENERGIA......Page 435 12.1 Conservazione della quantità di moto......Page 436 12.2 Energia relativistica......Page 441 12.3 Trasformazione della quantità di moto e dell'energia......Page 442 Esempio - Urto Anelastico......Page 443 12.4 Equivalenza tra massa ed energia......Page 445 Esempi - Conversioni di massa in energia......Page 446 Esempio - Energia nelle stelle......Page 447 12.5 Lavoro ed energia......Page 448 12.6 Particelle con massa e riposo nulla......Page 452 12.7 Trasformazione della derivata della quantità di moto rispetto al tempo......Page 455 12.8 Costanza della carica......Page 456 Problemi......Page 457 Nota storica - La relazione tra massa ed energia......Page 458 13. SEMPLICI PROBLEMI DI DINAMICA RELATIVISTICA......Page 460 13.1 Accelerazione di una particella carica in un campo elettrico costante longitudinale......Page 461 Esempio - Accelerazione in un campo elettrico trasversale......Page 463 13.2 Particella carica in un campo magnetico......Page 464 13.3 Sistema del centro di massa ed energia di soglia......Page 467 Esempio - Energia disponibile in una particella in moto......Page 468 13.4 Equazione relativistica del razzo......Page 471 Problemi......Page 472 Nota storica - Il sincrotrone......Page 474 14.1 Massa inerziale e massa gravitazionale......Page 478 14.2 Massa gravitazionale dei fotoni......Page 481 Esempio - Deviazione dei fotoni dovuta al sole......Page 484 Problemi......Page 486 Nota storica - I pendoli di Newton......Page 487 15.1 Particelle stabili e instabili......Page 488 15.2 Masse......Page 497 15.3 Carica......Page 500 15.4 Vita media......Page 503 15.5 Altre caratteristiche......Page 506 15.6 Le quattro forze fondamentali della natura......Page 507 Nota storica 1 - Diffusione di Rutherford e l'atomo nucleare......Page 508 Nota storica 2 - Le camere a bolle......Page 514 INDICE ANALITICO......Page 517 Tabella dei valori......Page 527