Lezioni di Physics

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Cariche e campi elettrici – La carica è di due tipi, si conserva e viene in "pacchetti" di numero intero di e = 1.6 × 10⁻¹⁹ C. Due cariche puntiformi si respingono o si attraggono con F = kq₁q₂/r² (k = 9 × 10⁹ N m² C⁻²). Forze e campi di più cariche si sommano come vettori (sovrapposizione). Il campo E = F/q₀ di una carica puntiforme vale kq/r², e le linee di campo lo disegnano. Un dipolo (±q a distanza 2a) ha momento p = q·2a; in un campo uniforme ha forza totale zero ma un momento torcente τ = pE sinθ. Il flusso elettrico è Φ = E·A, e la legge di Gauss dice che il flusso uscente da una superficie chiusa è q_interna/ε₀: con essa si trova subito E per un filo lungo (λ/2πε₀r), un piano (σ/2ε₀) e un guscio sferico sottile (kq/r² fuori, 0 dentro).
Corrente elettrica, differenza di potenziale e circuiti elettrici – La corrente elettrica è la quantità di carica che scorre in un secondo, I = Q/t, e si misura in ampere con un amperometro collegato in serie. La differenza di potenziale è il lavoro per spostare una carica unitaria tra due punti, V = W/Q, e si misura in volt con un voltmetro collegato in parallelo. La carica scorre solo in un circuito chiuso.
Forza su un filo con corrente, motore e induzione – Un filo percorso da corrente, dentro un campo magnetico, riceve una spinta. La spinta è massima quando il filo forma 90° con il campo ed è nulla quando è parallelo. La regola della mano sinistra di Fleming ne dà il verso. Un motore usa questa spinta per far ruotare una bobina; un generatore fa il contrario e produce corrente muovendo una bobina o un magnete.
Il moto: spazio, velocità, accelerazione e grafici – Un oggetto è in moto quando la sua posizione cambia nel tempo. La distanza percorsa è la lunghezza totale del percorso (uno scalare); lo spostamento è la distanza in linea retta tra partenza e arrivo, con una direzione (un vettore). Rapidità = distanza ÷ tempo; velocità = spostamento ÷ tempo. Accelerazione = variazione di velocità ÷ tempo. La pendenza di un grafico s–t dà la velocità, la pendenza di un grafico v–t dà l'accelerazione e l'area sotto un grafico v–t dà la distanza. Con accelerazione costante: v = u + at, s = ut + ½at², v² = u² + 2as.
Induzione elettromagnetica – Quando il flusso magnetico attraverso una bobina cambia, nella bobina nasce una f.e.m.: ε = −N dΦ/dt (Faraday). Il segno meno è la legge di Lenz: la corrente indotta si oppone sempre alla variazione che l'ha creata. Un'asta che si muove in un campo dà la f.e.m. cinetica ε = Blv. Una corrente che cambia genera una f.e.m. nella propria bobina (autoinduzione, L) e in una bobina vicina (mutua induzione, M).
Interferenza (doppia fenditura di Young) e diffrazione da fenditura singola – Due sorgenti coerenti (stessa frequenza e differenza di fase costante) creano una figura stabile di frange chiare e scure. In un punto dello schermo la differenza di cammino è Δ = yd/D: chiaro dove Δ = nλ, scuro dove Δ = (n + ½)λ. Tutte le frange hanno la stessa larghezza β = λD/d. Una fenditura singola di larghezza a dà diffrazione: un massimo centrale luminoso largo 2λD/a, con i primi minimi dove a sin θ = λ, e massimi laterali più deboli.
L'effetto Joule: il calore della corrente elettrica – Quando una corrente passa in un resistore, l'energia elettrica si trasforma in calore. Legge di Joule: H = I²Rt, quindi il calore cresce con il quadrato della corrente, con la resistenza e con il tempo. Stufe, ferri da stiro, tostapane, lampadine e fusibili usano questo effetto.
L'occhio umano: parti, accomodazione e difetti della vista – L'occhio è una macchina fotografica fatta di parti vive. La cornea e il cristallino piegano la luce e formano sulla retina un'immagine reale e capovolta. I muscoli ciliari cambiano lo spessore del cristallino, così vediamo nitidi sia gli oggetti lontani sia quelli vicini (accomodazione). Se il bulbo oculare è troppo lungo o troppo corto, o il cristallino si irrigidisce, l'immagine non cade sulla retina: la lente giusta degli occhiali la riporta al suo posto.
Moto rettilineo (fisica, biennio e triennio) – Per descrivere un moto scegliamo prima un sistema di riferimento: un'origine, un verso e un orologio. La posizione x cambia nel tempo t. La velocità v = dx/dt è la pendenza del grafico x–t; l'accelerazione a = dv/dt è la pendenza del grafico v–t, e l'area sotto il grafico v–t è lo spostamento. Con a costante: v = u + at, x = ut + ½at², v² = u² + 2as.
Onde elettromagnetiche – Un campo elettrico che cambia si comporta come una corrente, detta corrente di spostamento, e crea un campo magnetico. Un campo magnetico che cambia crea un campo elettrico. Insieme viaggiano come un'onda elettromagnetica (EM) a c = 3 × 10⁸ m/s, anche nel vuoto. E e B sono perpendicolari tra loro e alla direzione di propagazione, quindi le onde EM sono trasversali. Ordinate per lunghezza d'onda formano lo spettro: onde radio, microonde, infrarossi, luce visibile, ultravioletti, raggi X e raggi gamma.
Primo principio della termodinamica – L'energia interna U è l'energia totale delle molecole dentro un sistema. Cambia solo in due modi: con il calore Q (energia che passa a causa di una differenza di temperatura) e con il lavoro W (energia spostata da una forza, come un pistone che si muove). Primo principio: ΔQ = ΔU + ΔW. Il calore dato a un gas in parte ne aumenta l'energia interna e in parte gli permette di compiere lavoro. Il lavoro di un gas a pressione costante è PΔV. Per un gas ideale Cp − Cv = R.