Tutto fisica

338 Pages·2017·3.919 MB·Italian

by  AAVV

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Studio Riepilogo Sintesi c
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SCHEMI E TAVOLE DI SINTESI, DISEGNI ESPLICATIVI
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e
SETTOREDIZIONARIEOPEREDIBASE
n
Capzoredattore:ValeriaCamaschella
Aratdirector:MarcoSantini

Caoordinamentoproduzione:AlbertoNava

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o Testi:IsabellaRiva;MarcoTadini(capitolisulmotoesulladinamica)
ar Realizzazioneeditoriale:StudioTre,Milano

g
e Copertina:MarcoSantini
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, ISBN978-88-418-6936-9
o
r
d ©IstitutoGeograficoDeAgostini,Novara1997,2004,2009
ni www.deagostini.it
e
primaedizioneelettronica,marzo2011
I
s Redazione:corsodellaVittoria91,28100Novara
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o Tuttiidirittisonoriservati.Nessunapartediquestovolumepuòessereriprodotta,
G memorizzataotrasmessainalcunaformaeconalcunmezzo,elettronico,meccanico,
e infotocopia,indiscooinaltromodo,compresicinema,radio,televisione,
o senzaautorizzazionescrittadell’Editore. Lecopieperusopersonaledellettore
g possonoessereeffettuateneilimitidel15%dietropagamentoallaSIAEdelcompenso
r previstodall’art.68,commi4e5,dellalegge22aprile1941n.633.
a
f Leriproduzionieffettuateperfinalitàdicarattereprofessionale,economicoocommerciale
ci ocomunqueperusodiversodaquellopersonalepossonoessereeffettuateaseguito
o dispecificaautorizzazionerilasciatadaAIDRO,CorsodiPortaRomana108,20122Milano,
D [email protected]
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L
afisicaèlascienzachestudiaifenomeninaturali
applicandosistematicamenteilmetodosperimentale,
conl’obbiettivodiinterpretare,medianteleggi,teorie
emodelli,leazionitramateriaedenergiae,inultima
analisi,lastrutturadell’universosugrandescalaealivello
deisuoicostituentimicroscopici.Iprogressidellafisica,
soprattuttoapartiredall’800,sisonotradottiin
fondamentalisviluppiinsvariatisettoriapplicativi:traipiù
significativifiguranoquellodellemacchinetermiche,
l’elettronicael’informatica,ilsettoreenergeticoenucleare,
l’astronautica.Alcuneimportantiscoperte,maturate
all’iniziodel‘900(comelameccanicaquantistica
elateoriadellarelatività),hannosegnatounasvoltatra
lafisicaclassica,interessataaifenomeniessenzialmente
macroscopici,elafisicamoderna,interessata
aifenomeniconnessialleproprietàmicroscopiche
dellamateria(atomieparticellesubatomiche).
ipldcdctucccadlTaaruchhhohlnaeeealaoctteeeeinnilltletiainaccoonlodsssuclrcoaoremtttriocefaoeuuurmiimamsetprmatdddepitipicasdaidiiiriafaaae;oamstedteeinneacrldnlil’llsitalaoolrenaa’oaebiieial,annmlmedapillra;andcteatfsireneetelohoeltesarfarunnanioepltpsltirimortf’ilminoiiuoreavcssemmeniintiiaactcldctdteàeeoeoua.guaaeetrnctzrGtincdglloacrilliacsoaeehiiilchcaituimetneeoielpiaoa;pusesmedirianrimaccnpdlgteqrnirieiqcoecotcdooiuefiausrcoeamepe,ssarlcaelnoelccrasnelelrdliaoe,rolnihiTtenveirilmialpcesadnasetvsgieitiiuepectifauimtltlcrnieesinrailssaboaaacsdoiitutficadtncrootmtidtlniaateeazatrcoooeaeazirlmtodoilmmirenags pacnneibnniicomzmoerlsncliecoiedemthodoaodtlesiureinpnitcdvppetde;iincaaaicloel;reoamrzmoitltascntli’i,ooioics,oovcrneoteat:aeteolilcesas, o in licenza a aurora genti, 87246, ordine Istituto Geografico De Agostini 864294.(cid:10)Copyright 2011 De Agostini, Novara
unitarialospazio,iltempo,l’energiaelagravitazione.
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Guida alla c onsultazione
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Sintesiintroduttival alcapitolo Tabellariassuntiva
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Noteamargine Testoconleparole Lineaidealechedivideinduepartilapagina;
perlarapida eiconcettichiave nellapartesuperioresitrovanolerisposte
individuazione evidenziatiinnero indicateneitestdiverificaconlaletteraa;inquella
ememorizzazione inferiorelerispostesuggeriteconlaletterab
deitemiprincipali
Iltestoèarticolatoinmododafavorirelamemorizzazionerapidadellestrutture
portantidellafisicaedellesuediscipline.Isingolicapitolisonoapertida
uncappellointroduttivo,chefornisceunbrevequadrod’insiemedegliargomenti
trattati.Numerosidisegniesplicativietabelleeschemiriassuntiviaiutano
lapienacomprensionedeltestoelaricapitolazionedellamateria.Icapitolisono
conclusidaglossaridelleparoleedeiconcettidaricordare.Itestdiverifica
consentono,medianteilconfrontodellerispostealloropiede,dicontrollare
4
Riquadro Glossarioconiterminitecnici
diapprofondimento eiconcettidaricordare
Titolo concesso in licenza a aurora genti, 87246, ordine Istituto Geografico De Agostini 864294.(cid:10)Copyright 2011 De Agostini, Novara
Disegnoesplicativo Risposte Testdiautoverifica
dellapreparazione
autonomamenteilpropriolivellodipreparazione.Lefrequentinoteamargine
permettonolarapidaindividuazionedeitemiprincipalieagevolanolaloro
ricapitolazioneperilripasso.All’internodeltestosonoevidenziatiincarattere
neroledefinizioni,iconcettileespressionicheèparticolarmenteutilericordare.
Numerosiriquadridiapprofondimentotrattanotemiparticolarieforniscono
notizieaggiuntiveperintegraregliargomentidellatrattazioneprincipale.
5
Indice
Checos’èlafisica 9 6.3 Laleggedellagravitazione
universale 60
1 Ilmetodosperimentale 11 6.4 Ilmotodeiproiettili 65
1.1 Ilmetodosperimentale 11 6.5 Ilmotodeisatelliti 66
1.2 Grandezzefisiche
eunitàdimisura 14 7 Lavoro,energiaepotenza 68
1.3 Errorinellemisure 18 7.1 Illavoro 68
7.2 Formedienergia
esuetrasformazioni 70
LAMECCANICA
7.3 L’energiacinetica 72
2 Ivettori 22 7.4 L’energiapotenziale 73
2.1 Grandezzescalari 7.5 Lapotenza 75
egrandezzevettoriali 22
8 Leleggidiconservazione 77
2.2. Operazioniconivettori 23
8.1 Leleggidiconservazione 77
3 Imotirettilinei 26 8.2 Laleggediconservazione
3.1 Sistemadiriferimento dell’energia 78
ecoordinate 26 8.3 Laleggediconservazione
3.2 Ilmotorettilineouniforme 27 dellaquantitàdimoto 82
3.3 Ilmotorettilineo
9 L’equilibrioeilmoto
nonuniforme 30
rotatoriodeicorpi 88
4 Imoticurvilinei 34 9.1 Puntomateriale
4.1 Lavelocitàel’accelerazione ecorporigido 88
neimoticurvilinei 34 9.2 L’equilibrio 89
4.2 Ilmotocircolareuniforme 34 9.3 Equilibriostabile,
4.3 Ilmotoarmonico 38 instabile,indifferente
edenergiapotenziale 94
5 Leforzeeiprincipi
9.4 Ilmotorotatorio 95
delladinamica 40
5.1 Leforze 40 10 Lameccanicadeifluidi 99
5.2 Laprimalegge 10.1 Leproprietàdeifluidi 99
delladinamica 41 10.2 Ladinamicadeifluidi 103
5.3 Lasecondalegge 10.3 L’idrostatica 106
delladinamica 42 10.4 Lapressione
5.4 Laterzalegge atmosferica 108
delladinamica 47 T
5.5 Leproprietàdellamateria CALOREETERMODINAMICAi
t
eleforzedicoesione 48 o
11 Ilcaloreelatemperatura 112
5.6 Leforzediattrito 49 l
11.1 Iconcettidicalore o
5.7 Leforzeelastiche 51
editemperatura 1 12
5.8 Leforzeapparenti 54 c
11.2 Lamisura o
6 Lagravitazioneuniversale 57 dellatemperatura 1n13
6.1 Lafisicacelestedagli 11.3 Lamisuradelcalore c116
antichigreciaCopernico57 11.4 Lapropagazione e
6.2 LetreleggidiKeplero 58 delcalore s119
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12 Icambiamentidistato 124 18 Ilmagnetismo 198 G
12.1 Statidiaggregazione 18.1 Proprietàmagnetiche o
dellamateria dellamateria 198 ut
ecambiamentidistato 124 18.2 Ilcampomagnetico 201 stit
12.2 Lafusione 18.3 Legametraforzeelettriche e I
elasolidificazione 126 eforzemagnetiche 202 din
12.3 Lavaporizzazione 128 18.4 Intensitàdelcampo o r
12.4 Laliquefazione magnetico 206 6,
12.5 eLalascuobnlimdeanzsioanzeione 113331 18.5 LaforzadiLorentz 208 7 2 4
13 L12a.6teoIrliapucnintoettircipalodeigas 113353 19 Le’ilnedeuqzuioanzeioenliedtitrMomaxawgenleltica211 nti, 8
13.1 Igasperfetti 135 19.1 Lascopertadell’induzione g e
1133..23 LLdeaeiltegegaogsriiadceiingeatisca 113379 1199..23 eLIllaegteft.nreoe.mmra.atoignrndeeotetilcteaattrico 221121 a u r o r a
dicorrentealternata 213 a
14 L1144a..12termILteseorimsdtrtiaoensdmafimoniratimecmraamiczohiodeniniamici 111444445 1199..45 LeIellaecl’taaletmurgotpgomeoinaddguinLzeietoincnzoeele 215n lic e n z a
14.3 Ilprimoprincipio equazionidiMaxwell 2o1 i8
dellatermodinamica 149 s
s
14.4 Ilsecondoprincipio e
dellatermodinamica 151 LEONDE n c
o
14.5 L’entropia 155 20 Ifenomeniondulcatori 222
o
L’ELETTROMAGNETISMO 2200..12 DCTieatfrianotizlteiorniseticehteipidionde222
15 L’elettricitàstatica 160 delleonde 224
15.1 Naturadell’elettricità 160 20.3 Comportamento
15.2 Elettrizzazione delleonde 226
diuncorpo 161
21 Ilsuono 232
15.3 Lacaricaelettrica 166
15.4 LaleggediCoulomb 167 21.1 Leondesonore 232
21.2 Comepercepiamo
16 Ilcampoelettrico 170 ilsuono 234
16.1 Ilconcetto
21.3 Caratteridistintivi
dicampoelettrico 170
delsuono 235
16.2 Ilpotenzialeelettrico 171
21.4 Comportamento
16.3 Comeimmagazzinare
delleondesonore 237
caricheelettriche 174
22 Leondeelettromagnetiche 242
17 Lacorrenteelettrica 177
22.1 Proprietàdelleonde
17.1 Checos’è
lacorrenteelettrica 177 elettromagnetiche 242
17.2 Generatoriditensione 178 22.2 Lospettrodelleonde
17.3 Icircuitielettrici 180 elettromagnetiche 245
17.4 L’effettoJoule 189 22.3 Iraggi(cid:4)eiraggiX 246
17.5 Lacorrenteneiliquidi 22.4 Leradiazioniultraviolette,
eneigas 190 visibilieinfrarosse 247
7
22.5 Lemicroonde 25 Ilnucleoeleparticelle
eleonderadio 249 elementari 296
25.1 Composizione
23 Laluce 254
delnucleoatomico 296
23.1 Caratteristichedellaluce254
23.2 Lariflessione 25.2 Laradioattività 301
elarifrazionedellaluce257 25.3 Lafissione
23.3 Lelentieglistrumenti elafusionenucleari 306
ottici 263o ti T 25.4 Leparticelleelementari 310
23.4 Ladiffrazione c o l 26 Larelatività 318
23.5 eL’el’finfettetrofeDreonpzpealecrn o 269 26.1 Checos’èlarelatività 318
s 26.2 Isistemidiriferimento
elospoosstamento
c ilv ernsio ilrosso 269 26.3 iLnaerrzeilaaltiivitàristretta 331291
e
n 26.4 Larelativitàgenerale 328
z LAFISICAMODERNA
a
a a 24 Lameccanicaquantistica Appendice
o r u el’atomo 274 Calcoliperlafisica 332
g a r 24.1 Versolameccanica 1.Illimiteeladerivata
n e quantistica 274 diunafunzione 332
8 ,it 24.2 L’atomo 280 2.Ilgradiente,ladivergenza
2 7 24.3 Ondediprobabilità 286 eilrotore 333
4
d r o , 6 2244..45 LE’matisosmiooneaepiaùsesolertbtrimoneinto288 34..LLeefmuantzriiocniisenoecoseno 333345
e n i difotoni 291 Principalicostantifondamentali336
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Che cos’è la fisica
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e La fisica(dal greco ph´ysis= natura) è la scienza che studia
D i fenomeni naturali (a esclusione di quelli che comportano

o trasformazionichimichedellamateriaeiprocessibiologici),
cif al fine di descriverli misurandone le proprietà (o grandez-
ar ze)estabilendotraquesterelazionimatematiche(leggi).
g Per raggiungere questo scopo, la fisica si avvale di un me- Ilmetodo
o todo di indagine detto metodo sperimentale, cioè basato sperimentale
e
sull’esperimentoriproducibile(comuneadaltrescienzeco-
G
melachimicaelabiologia,detteappuntosperimentali).
ot Il metodo sperimentale, delineato da Galileo Galilei (1564-
uti1642),consentediinterpretarelecausedeifenomeniattra-
tsverso ipotesi che, se confermate nella loro validità dai ri-
I sultatidegliesperimenti,sonoriconosciutecometeorie.
GelisviluppidellafisicadaGalileofinoallafinedell’800han- Lafisicaclassica
nonipdermesso di edificare i fondamenti della cosiddetta fisi-
caclarssica: le leggi e i principi che descrivono il moto dei
o
corpi e le cause (forze) che lo determinano, definiti dalla
,
meccanic6a (in particolare, per opera di I.Newton, 1642-
1727),l’inq4uadramentodeifenomenielettromagneticiattra-
2
verso la teori7a dell’elettromagnetismo, elaborata da J.C.
Maxwell (1831-818 79), le leggi relative ai fenomeni legati al
caloreeleleggid,ietll’ottica.
Con l’avvento del XnX secolo inizia il periodo detto dellafi- Lafisicamoderna
e
sicamoderna. L’imposgtazione concettuale della fisica clas-

sicasubisceprofondemodificazioni,conseguentidaunla-
a
toall’elaborazione,peroperradiA.Einstein(1879-1955),del-
o
la teoriadellarelatività (cherapporta correzioni alla mec-
u
canica classica quando intervengono velocità prossime a
a
quella della luce) e dall’altro alla aformulazione della mec-
canicaquantistica,cheinterpretaif eanomenialivelloatomi-
co in base alla nozione di quantidizenergia, introdotta da
M.Planck(1858-1947):nellavisionequnantisticalacausalità
e
dcoentedromcinuiisitliccao,mppiolarstatrmoednetollediteuonriseistfeismiccahielf isciclaosspiuchòee,sssee--
re perfettamente determinato a partire dallensiue condizio-

niiniziali,lasciailpostoallaprobabilità. o
Recentementelafisicahaallargatoulteriormentesilssuome- Isistemicaotici
todo di indagine a sistemi prima trascurati o al di fueori dei
suoi confini ufficiali, come, per esempio, i sistemi ccanotici
(che qui non verranno trattati), sistemi dal comportamenoto
nonprevedibilechesiincontranoinfisica(ifluidi),maanc-
cheinbiologiaedeconomia. ol
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