Flashcard di Fisica
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44 mazzi
- Unità e misura (Fisica)Schede di ripasso sulle unità e la misura: la portata e la scala della fisica (la fisica come scienza, gli ordini di grandezza, i modelli, le teorie e le leggi, e le scale di lunghezza, massa e tempo dell'universo); le unità e i campioni (le grandezze fisiche, le grandezze fondamentali rispetto a quelle derivate, le sette grandezze e unità fondamentali del SI, le definizioni moderne del secondo e del metro, e i prefissi metrici); la conversione delle unità mediante fattori di conversione; l'analisi dimensionale (i simboli delle dimensioni fondamentali L, M, T, I, theta, N e J, le grandezze adimensionali, la coerenza dimensionale e gli argomenti trascendenti); le stime e i calcoli di Fermi; le cifre significative (l'accuratezza rispetto alla precisione, l'incertezza rispetto alla discrepanza, l'incertezza percentuale, il conteggio delle cifre significative, e le regole per le operazioni aritmetiche e i numeri esatti); e la strategia in tre fasi per risolvere i problemi di fisica.
- Vettori (Fisica)Schede di ripasso sui vettori: scalari e vettori (modulo e direzione, notazione, spostamento, vettori uguali, paralleli, antiparalleli, ortogonali e opposti, moltiplicazione per uno scalare, risultanti, le proprietà commutativa, associativa e distributiva, le regole del parallelogramma e punta-coda, i versori e la sottrazione tra vettori); sistemi di coordinate e componenti (componenti vettoriali e scalari, i versori i, j e k, la forma in componenti, il modulo e l'angolo di direzione dalle componenti, le regole dei quadranti, le coordinate polari e gli assi destrorsi); l'algebra dei vettori (il metodo analitico per componenti, l'addizione, la sottrazione e la moltiplicazione per uno scalare componente per componente, l'uguaglianza, il vettore nullo e i versori a partire dal modulo); e i prodotti tra vettori (il prodotto scalare e il prodotto vettoriale, le loro proprietà, le identità dei versori, le forme in componenti e le applicazioni al lavoro e al momento torcente).
- Moto rettilineo (Fisica)Carte di ripasso sulla cinematica unidimensionale: la posizione e il sistema di riferimento; lo spostamento come variazione della posizione (valore finale meno iniziale), un vettore misurato in metri, e la sua distinzione dalla distanza percorsa; la velocità media come spostamento diviso per il tempo trascorso; la velocità istantanea come derivata temporale della posizione e pendenza del grafico posizione-tempo; la rapidità come grandezza scalare e la rapidità istantanea come modulo della velocità; l'accelerazione media e istantanea come tasso di variazione della velocità e pendenza del grafico velocità-tempo, con le convenzioni sui segni che collegano la direzione dell'accelerazione e della velocità all'accelerare o al rallentare; le equazioni cinematiche ad accelerazione costante e la notazione relativa; la caduta libera sotto la sola azione della gravità, con un'accelerazione g diretta verso il basso; e il calcolo della velocità e dello spostamento integrando l'accelerazione e la velocità nel tempo.
- Moto in due e tre dimensioni (Fisica)Schede di ripasso sulla cinematica in due e tre dimensioni: i vettori posizione, spostamento e velocità in notazione vettoriale unitaria e le loro forme in componenti; la velocità istantanea come derivata della posizione e sempre tangente alla traiettoria; il vettore accelerazione come derivata prima della velocità e derivata seconda della posizione; l'indipendenza del moto lungo assi perpendicolari e le equazioni del moto ad accelerazione costante applicate a ciascun asse; il moto di un proiettile con accelerazione orizzontale nulla e gravità diretta verso il basso, comprese le componenti del lancio, il tempo di volo, l'altezza massima, la gittata, il massimo a 45 gradi, gli angoli di lancio complementari e la traiettoria parabolica; il moto circolare uniforme e non uniforme, l'accelerazione centripeta espressa attraverso la velocità, il periodo e la frequenza angolare, e l'accelerazione tangenziale e totale; e il moto relativo, con le regole di addizione di posizione, velocità e accelerazione tra sistemi di riferimento e l'invarianza dell'accelerazione tra sistemi che si muovono a velocità relativa costante.
- Leggi del moto di Newton (Fisica)Schede di ripasso sulle leggi del moto di Newton: la forza come spinta o trazione vettoriale misurata in newton, le forze esterne, di contatto e di campo, le quattro forze fondamentali e la forza netta come somma vettoriale; il primo principio della dinamica di Newton, l'inerzia e la sua misura tramite la massa, i sistemi di riferimento inerziali e l'equilibrio in assenza di forza netta; il secondo principio di Newton in forma scalare e vettoriale, F_net = m a e la sua forma in quantità di moto F_net = dp/dt, con le proporzionalità tra forza, massa e accelerazione; la massa rispetto al peso, w = m g, e come il peso vari con la gravità locale mentre la massa no; il terzo principio di Newton e le coppie azione-reazione che agiscono su corpi diversi, inclusa la spinta; le forze comuni come la forza normale, la tensione, l'attrito, la forza di richiamo di una molla (legge di Hooke) e la distinzione tra forze reali e fittizie; e come disegnare e usare i diagrammi di corpo libero per applicare il secondo principio di Newton.
- Applicazioni delle leggi di Newton (Fisica)Schede di ripasso sull'applicazione delle leggi di Newton: la strategia sistematica di risoluzione dei problemi che consiste nello schematizzare la situazione, disegnare un diagramma di corpo libero delle forze esterne, applicare la seconda legge di Newton lungo ciascun asse coordinato e verificare il risultato; l'equilibrio statico e dinamico, la tensione in una corda priva di massa su una carrucola priva di attrito, il peso apparente e i problemi dell'ascensore, e gli oggetti collegati. L'attrito come forza di contatto che si oppone al moto relativo, l'attrito statico rispetto a quello cinetico, le leggi f_s <= mu_s N e f_k = mu_k N, i coefficienti di attrito adimensionali, l'indipendenza dall'area di contatto e le origini microscopiche dell'attrito. L'accelerazione e la forza centripete nel moto circolare uniforme, F_c = m v^2/r = m r omega^2, le curve sopraelevate ideali con theta = arctan(v^2/rg), i sistemi di riferimento inerziali e non inerziali, e le forze fittizie centrifuga e di Coriolis. E la forza di resistenza in un fluido, F_D = (1/2) C rho A v^2, il coefficiente di resistenza, la velocità limite v_T = sqrt(2mg/(rho C A)) e la legge di Stokes per piccoli oggetti lenti.
- Lavoro ed energia cinetica (Fisica)Schede di ripasso su lavoro ed energia cinetica: il lavoro come trasferimento di energia quando una forza agisce lungo uno spostamento, il lavoro infinitesimo dW = F.dr, il risultato per una forza costante W = Fd cos(theta), la regola della componente parallela, il lavoro come integrale di linea o area sotto la curva forza-spostamento, il segno del lavoro, il joule e il piede-libbra, e il lavoro compiuto dall'attrito, dalla gravità e da una molla, comprese le forze conservative e dissipative e il lavoro nullo lungo un percorso chiuso. L'energia cinetica K = (1/2)mv^2 come scalare non negativo che dipende dalla velocità e dal sistema di riferimento, la sua unità il joule, la forma in quantità di moto K = p^2/(2m), e l'energia cinetica traslazionale rispetto a quella rotazionale. Il teorema dell'energia cinetica W_net = K_f - K_i derivato dalla seconda legge di Newton, il suo uso per forze variabili e traiettorie curve senza attrito, e le conseguenze di un lavoro netto positivo, negativo o nullo. E la potenza come il tasso con cui si compie lavoro, la potenza media W/t, la potenza istantanea dW/dt = F.v, il watt e il cavallo vapore.
- Energia potenziale e conservazione dell'energia (Fisica)Schede di ripasso sull'energia potenziale e sulla conservazione dell'energia: l'energia potenziale come energia immagazzinata in un sistema a causa della configurazione dei suoi oggetti interagenti, la regola secondo cui la variazione di energia potenziale è l'opposto del lavoro svolto dalla forza conservativa associata, la costante additiva arbitraria e la scelta di un riferimento zero, l'energia potenziale gravitazionale U = mgy vicino alla superficie terrestre, e l'energia potenziale elastica U = (1/2)kx^2 di una molla. Le forze conservative (lavoro indipendente dal percorso, lavoro nullo lungo un percorso chiuso) contrapposte alle forze dissipative non conservative come l'attrito e la resistenza dell'aria, il recupero di una forza conservativa dalla sua energia potenziale tramite F = -dU/dx o il gradiente, e il test del rotore. L'energia meccanica E = K + U, la sua conservazione quando solo le forze conservative compiono lavoro, W_nc = variazione di E quando ciò non accade, e la legge di conservazione dell'energia. I diagrammi dell'energia potenziale: la linea dell'energia totale, la condizione K = E - U >= 0, i punti di inversione, le regioni permesse e proibite, la forza come opposto della pendenza, i punti di equilibrio, gli equilibri stabili e instabili in base alla derivata seconda, la velocità massima in un minimo di potenziale, e la buca di potenziale infinita. E le fonti di energia: l'energia termica, chimica, radiante e nucleare, le fonti rinnovabili e non rinnovabili, le perdite di conversione, l'energia idroelettrica, eolica e solare, e la ripartizione mondiale dell'energia nel 2010.
- Quantità di moto e urti (Fisica)Schede di ripasso sulla quantità di moto e sugli urti: la quantità di moto p = mv come vettore orientato lungo la velocità, misurata in kg·m/s, che caratterizza la quantità di movimento di un corpo e dipende linearmente dalla massa e dalla velocità. L'impulso J come forza per tempo, le sue forme infinitesimale e integrale, il teorema dell'impulso J = delta p, la seconda legge di Newton nella forma F = dp/dt e la forza media in un urto. La conservazione della quantità di moto per un sistema chiuso e perché le coppie interne della terza legge di Newton si annullano mentre le forze esterne modificano la quantità di moto totale. I tipi di urti: la quantità di moto si conserva sempre, l'energia cinetica solo negli urti elastici, gli urti anelastici e perfettamente anelastici e le esplosioni. Gli urti in più dimensioni con conservazione lungo ciascuna direzione ed equazioni per componenti. Il centro di massa come posizione media ponderata della massa, r_CM e le sue forme per componenti e integrale, F_ext = M a_CM e la velocità costante del centro di massa di un sistema con forza esterna nulla. E la propulsione a razzo come sistema a massa variabile, la velocità di scarico, l'equazione di Tsiolkovsky delta v = u ln(m_0/m) e l'effetto della gravità durante il lancio.
- Rotazione attorno a un asse fisso (Fisica)Schede di ripasso sulla rotazione di un corpo rigido attorno a un asse fisso. Variabili di rotazione: la posizione angolare theta = s/r in radianti, lo spostamento angolare, la velocità angolare omega = d theta/dt e l'accelerazione angolare alpha = d omega/dt, con la convenzione di segno positivo in senso antiorario e la regola della mano destra per la direzione del vettore velocità angolare. Rotazione con accelerazione angolare costante: le quattro equazioni cinematiche della rotazione come analoghe dirette di quelle del moto lineare (theta per x, omega per v, alpha per a). Relazione tra grandezze angolari e di traslazione: la velocità tangenziale v_t = r omega, l'accelerazione tangenziale a_t = r alpha, l'accelerazione centripeta a_c = r omega^2 e l'accelerazione lineare totale. Momento d'inerzia ed energia cinetica rotazionale: K = (1/2) I omega^2, I = sum m r^2 come analogo della massa nella rotazione, e la sua dipendenza dall'asse e dalla distribuzione della massa. Calcolo dei momenti d'inerzia: l'integrale I = integral r^2 dm, il teorema degli assi paralleli (Huygens-Steiner) I = I_cm + m d^2, e i risultati classici per un'asta (rispetto al centro e a un'estremità), un disco e corpi composti. Il momento torcente tau = r x F, il suo modulo r F sin theta, il braccio della leva, il momento netto e il suo segno. La seconda legge di Newton per la rotazione, sum tau = I alpha, l'analogo di F = ma nella rotazione. E il lavoro e la potenza nel moto rotatorio, W = integral tau d theta, il teorema dell'energia cinetica, e P = tau omega.
- Momento angolare (Fisica)Schede di ripasso sul momento angolare e sul moto di rotolamento. Rotolamento senza strisciamento: il punto di contatto è istantaneamente fermo, v_CM = R omega, a_CM = R alpha e d_CM = R theta; l'accelerazione lungo un piano inclinato a_CM = m g sin(theta)/(m + I_CM/r^2), il limite di attrito statico necessario per evitare lo strisciamento, e la ripartizione dell'energia cinetica tra quella di traslazione (1/2) m v_CM^2 e quella di rotazione (1/2) I_CM omega^2, senza che l'attrito compia lavoro. Momento angolare di una particella: l = r x p, di modulo r p sin(theta), con direzione data dalla regola della mano destra, la forma con braccio di leva l = r_perp m v, e l'unità kg m^2/s. La forma rotazionale della seconda legge di Newton, sum tau = dl/dt, e per un sistema sum tau_ext = dL/dt. Momento angolare di un corpo rigido, L = I omega, diretto lungo l'asse di rotazione. Conservazione del momento angolare quando il momento torcente esterno netto è nullo: I omega = I' omega', l'effetto della pattinatrice, e l'aumento dell'energia cinetica di rotazione K'_rot = K_rot (I/I'). E la precessione di un giroscopio: il momento torcente gravitazionale tau = r M g sin(theta) perpendicolare a L, la velocità di precessione omega_p = r M g/(I omega), la nutazione, e la precessione della Terra lungo 26.000 anni.
- Equilibrio statico ed elasticità (Fisica)Schede di ripasso sull'equilibrio statico dei corpi rigidi e su sforzo, deformazione ed elasticità. L'equilibrio statico richiede accelerazione lineare e accelerazione angolare nulle: la prima condizione annulla la somma vettoriale delle forze esterne (equilibrio di traslazione), la seconda annulla la somma dei momenti torcenti rispetto a un asse qualsiasi (equilibrio di rotazione), entrambe contemporaneamente. Per la rotazione attorno a un asse z fisso le sei equazioni scalari si riducono a tre, il modulo del momento torcente è r F sin(theta), il perno può essere scelto liberamente e il peso agisce nel centro di gravità. Risoluzione dei problemi di equilibrio: diagrammi di corpo libero con le forze nei loro punti di applicazione reali, scelta del perno per eliminare un'incognita, casi staticamente indeterminati e le forze normale, di attrito, di tensione e di cerniera coinvolte. Lo sforzo è la forza per unità di area e la deformazione è la deformazione frazionaria adimensionale; entro il limite lineare, sforzo = modulo elastico per deformazione, misurato in pascal. Sforzi e deformazioni di trazione, compressione, di volume (bulk) e di taglio definiscono il modulo di Young, il modulo di compressibilità e il modulo di taglio. L'elasticità, i limiti di proporzionalità ed elastico, la legge di Hooke, la regione plastica, la deformazione permanente e lo sforzo di rottura.
- Gravitazione (Fisica)Schede di ripasso sulla gravità newtoniana e sulle sue conseguenze. La legge di gravitazione universale di Newton fornisce una forza attrattiva inversamente proporzionale al quadrato F = G m1 m2 / r^2 lungo la retta che congiunge due masse, con la costante universale G misurata per la prima volta da Cavendish; i corpi a simmetria sferica agiscono come se tutta la loro massa fosse concentrata nel centro, e le forze risultanti si sommano per sovrapposizione. Gravitazione in prossimità della superficie terrestre: g = GM/r^2, peso W = mg, la caduta di tutte le masse con lo stesso ritmo e le piccole correzioni dovute all'altitudine, alla rotazione della Terra e al suo rigonfiamento equatoriale. Energia potenziale gravitazionale U = -GMm/r (nulla all'infinito), conservazione dell'energia meccanica totale, velocità di fuga sqrt(2GM/R) e legame gravitazionale. Orbite dei satelliti: velocità e periodo orbitali circolari, energia orbitale E = -GMm/2r, orbite geostazionarie e assenza di peso in caduta libera. Le tre leggi di Keplero sul moto dei pianeti (ellissi, aree uguali e la relazione tra periodo e semiasse maggiore) e il loro fondamento nel momento angolare e nella forza inversamente proporzionale al quadrato. Forze di marea, maree sizigiali e di quadratura, rotazione sincrona e il riscaldamento di Io. Infine la teoria della gravità di Einstein: il principio di equivalenza, la curvatura dello spaziotempo, il raggio di Schwarzschild e i buchi neri, le lenti gravitazionali e la dilatazione del tempo.
- Meccanica dei fluidi (Fisica)Schede di ripasso sulla meccanica dei fluidi in quiete e in movimento. La densità rho = m/V, la densità relativa e gli stati della materia. La pressione p = F/A come grandezza scalare che agisce ugualmente in tutte le direzioni e aumenta con la profondità secondo p = p0 + rho g h. La misura della pressione: pressione relativa e pressione assoluta, il pascal e altre unità, il barometro e il manometro. Il principio di Pascal e come i sistemi idraulici moltiplicano la forza senza produrre lavoro aggiuntivo. Il principio di Archimede e il galleggiamento: la spinta di Archimede è pari al peso del fluido spostato, e il galleggiamento, l'affondamento e il peso apparente derivano dalla densità. La dinamica dei fluidi: la portata, l'equazione di continuità, il flusso laminare e quello turbolento, e i fluidi ideali. L'equazione di Bernoulli come conservazione dell'energia lungo una linea di corrente, il principio di Bernoulli che lega velocità e pressione, e il trascinamento. Infine la viscosità, il numero di Reynolds, la legge di Poiseuille e la sua forte dipendenza dal raggio del tubo, e l'insorgenza della turbolenza.
- Oscillazioni (Fisica)Schede di ripasso sul moto oscillatorio. Il moto periodico, il periodo e la frequenza, e l'ampiezza. Il moto armonico semplice (MAS) come moto prodotto da una forza di richiamo che segue la legge di Hooke: la posizione x(t) = A cos(omega t + phi), la sua velocità e accelerazione, la frequenza angolare omega = sqrt(k/m) e il periodo T = 2 pi sqrt(m/k) che dipende solo dalla massa e dalla costante elastica. L'energia nel MAS: l'energia potenziale elastica e l'energia cinetica, l'energia totale conservata E = (1/2) k A^2 proporzionale al quadrato dell'ampiezza, e la velocità in qualsiasi posizione. Il MAS come proiezione di un moto circolare uniforme. I pendoli: il pendolo semplice con T = 2 pi sqrt(L/g), il pendolo fisico e il pendolo di torsione. Le oscillazioni smorzate: la forza di smorzamento proporzionale alla velocità, il decadimento esponenziale dell'ampiezza, e i regimi sottosmorzato, con smorzamento critico e sovrasmorzato. Le oscillazioni forzate: la frequenza propria, l'ampiezza a regime, e la risonanza quando la frequenza della forzante coincide con la frequenza propria.
- Onde (Fisica)Schede di ripasso sulle onde progressive e sulle onde stazionarie. Onde meccaniche in un mezzo rispetto alle onde elettromagnetiche e alle onde di materia. Ampiezza, lunghezza d'onda, periodo e frequenza, e le relazioni per la velocità dell'onda v = lambda/T = lambda*f. Onde trasversali rispetto a onde longitudinali (di compressione). La matematica delle onde: la funzione d'onda sinusoidale y = A sin(kx - omega t + phi), il numero d'onda k = 2 pi/lambda, la pulsazione omega = 2 pi/T, la fase e la costante di fase, la velocità e l'accelerazione trasversali di un elemento del mezzo, e l'equazione d'onda lineare. Velocità di un'onda su una corda tesa v = sqrt(F_T/mu) e la forma generale elasticità su inerzia. Energia e potenza di un'onda: P = (1/2) mu A^2 omega^2 v, la dipendenza dal quadrato dell'ampiezza e dal quadrato della frequenza, l'intensità I = P/A e la legge dell'inverso del quadrato per una sorgente puntiforme. Interferenza e sovrapposizione: interferenza costruttiva e distruttiva e l'ampiezza risultante 2A cos(phi/2). Onde stazionarie e risonanza: nodi e ventri, la funzione dell'onda stazionaria y = 2A sin(kx) cos(omega t), le lunghezze d'onda permesse lambda_n = 2L/n e le frequenze di risonanza f_n = n f_1 su una corda fissata a entrambe le estremità, armoniche, suoni armonici, modi normali e risonanza.
- Suono (Fisica)Schede di ripasso sul suono come perturbazione longitudinale della materia che si propaga verso l'esterno attraverso un mezzo. Compressioni e rarefazioni, le variazioni sinusoidali di pressione e spostamento e il loro sfasamento di un quarto di ciclo, e la relazione della velocità dell'onda v = omega/k = lambda*f. La velocità del suono: circa 331 m/s nell'aria secca a 0 C, 343 m/s a 20 C, la sua dipendenza dalla temperatura assoluta v = 331*sqrt(T/273 K), e le forme v = sqrt(Y/rho) in una barra solida e v = sqrt(gamma R T/M) in un gas ideale. L'intensità sonora I = P/A, la caduta con l'inverso del quadrato, la relazione dell'ampiezza di pressione, la soglia dell'udito 10^-12 W/m^2, e la scala dei decibel beta = 10 log10(I/I0). Onde sonore stazionarie e modi normali: nodi e ventri, tubi aperti a entrambe le estremità (tutte le armoniche, lambda_1 = 2L) rispetto a chiusi a un'estremità (solo le armoniche dispari, lambda_1 = 4L), fondamentali, armonici superiori e armoniche. Sorgenti di suono musicale e timbro, la correzione di estremità, i battimenti e la frequenza di battimento |f1 - f2|, l'effetto Doppler per sorgente in movimento e osservatore in movimento, e le onde d'urto, il numero di Mach, il boom sonico, e il semiangolo del cono d'urto sin(theta) = 1/M.
- Temperatura e calore (Fisica)Schede di ripasso su temperatura, calore e trasferimento di calore. La temperatura come ciò che misura un termometro e come misura dell'energia cinetica traslazionale media, l'equilibrio termico e il principio zero della termodinamica. Le scale Celsius, Fahrenheit e Kelvin, i loro punti fissi, le formule di conversione e lo zero assoluto (0 K = -273.15 C). La dilatazione termica: lineare (delta L = alpha L delta T), superficiale (delta A = 2 alpha A delta T) e volumica (delta V = beta V delta T con beta = 3 alpha), lo stress termico e il massimo di densità dell'acqua intorno a 4 C. Il calore, la caloria e l'equivalente meccanico del calore (1 kcal = 4186 J), il calore specifico e Q = mc delta T, e la calorimetria (Q_cold + Q_hot = 0). I cambiamenti di fase: fusione, vaporizzazione e sublimazione, la dipendenza dalla pressione dei punti di fusione ed ebollizione, i calori latenti di fusione e vaporizzazione (acqua 334 kJ/kg e 2256 kJ/kg), i diagrammi di fase, il punto triplo e il punto critico. I tre meccanismi di trasferimento del calore: la conduzione (P = kA(T_h - T_c)/d e il fattore R), la convezione (forzata e naturale) e l'irraggiamento tramite la legge di Stefan-Boltzmann P = sigma A e T^4.
- La teoria cinetica dei gas (Fisica)Schede di ripasso sulla teoria cinetica dei gas. La legge dei gas ideali in forma molecolare (pV = N k_B T) e molare (pV = nRT), la costante di Boltzmann, il numero di Avogadro, la costante universale dei gas R = N_A k_B, le moli e la massa molare, e le leggi empiriche di Boyle, Charles e Amontons. Le condizioni normali di temperatura e pressione, il volume molare di 22,4 L e l'equazione di van der Waals per i gas reali. Il modello molecolare: le ipotesi della teoria cinetica, la pressione dovuta agli urti sulle pareti (pV = (1/3) N m (v^2)avg), l'energia cinetica di traslazione media K_avg = (3/2) k_B T, la velocità quadratica media v_rms = sqrt(3 k_B T / m) = sqrt(3 R T / M), l'energia interna di un gas monoatomico (3/2) nRT, la legge delle pressioni parziali di Dalton, e il libero cammino medio e il tempo libero medio. La capacità termica e l'equipartizione: C_V a volume costante, i gradi di libertà, il teorema di equipartizione, C_V = (d/2) R per i gas monoatomici (3/2 R), biatomici (5/2 R) e poliatomici (3R), la legge di Dulong-Petit per i solidi (3R), e i gradi di libertà attivati dalla temperatura. La distribuzione delle velocità molecolari di Maxwell-Boltzmann, le velocità più probabile, media e quadratica media e il loro ordine (v_p < v_avg < v_rms), e come la distribuzione si sposta con la temperatura e la massa molecolare.
- Il primo principio della termodinamica (Fisica)Schede di ripasso sul primo principio della termodinamica. Sistemi termodinamici: sistema, confine e ambiente circostante; sistemi aperti, chiusi e isolati; equilibrio termico e principio zero; equazioni di stato f(p, V, T) = 0 e pV - nRT = 0; variabili estensive e intensive; e diagrammi pV. Lavoro, calore ed energia interna: dW = p dV, W come integrale di p dV e area sotto una curva pV, il segno del lavoro nell'espansione e nella compressione, la dipendenza del lavoro dal percorso e il lavoro nelle trasformazioni isoterma (nRT ln(V2/V1)), isobara (p(V2 - V1)) e isocora (nullo); l'energia interna come energia molecolare totale, E_int = (3/2) nRT per un gas ideale monoatomico, e il processo quasi statico. Il primo principio stesso: Delta E_int = Q - W, le convenzioni di segno per Q e W, la forma differenziale dE_int = dQ - dW, l'energia interna come funzione di stato indipendente dal percorso, e i casi isotermo, ciclico e del sistema isolato. Trasformazioni termodinamiche: isoterma, adiabatica, isobara, isocora, ciclica e non quasi statica, con Q = W per un ciclo. Capacità termiche di un gas ideale: C_V e C_p, Q = n C_V Delta T e Q = n C_p Delta T, dE_int = n C_V dT, la relazione di Mayer C_p = C_V + R, i valori monoatomico, biatomico e poliatomico, e C_V = (d/2) R. Trasformazioni adiabatiche: Q = 0, Delta E_int = -W, pV^gamma = costante, TV^(gamma-1) = costante, l'indice adiabatico gamma = C_p/C_V > 1, la pendenza adiabatica più ripida, l'espansione libera a temperatura costante, e la detonazione del motore.
- Il secondo principio della termodinamica (Fisica)Schede di ripasso sul secondo principio della termodinamica. Trasformazioni reversibili e irreversibili: la definizione di ciascuna, perché quasi tutti i processi reali sono irreversibili, i requisiti quasi statico e privo di dissipazione per la reversibilità, l'espansione libera e il flusso spontaneo di calore come processi irreversibili, e l'origine microscopica dell'irreversibilità. Macchine termiche: la sostanza di lavoro, le sorgenti calda e fredda, la variazione nulla di energia interna su un ciclo, il lavoro netto W = Q_h - Q_c, e il rendimento termico e = W/Q_h = 1 - Q_c/Q_h. Frigoriferi e pompe di calore come macchine termiche invertite: Q_h = Q_c + W, i coefficienti di prestazione K_R e K_P, e perché un coefficiente di prestazione può superare 1. Enunciati del secondo principio: gli enunciati di Kelvin e di Clausius, l'impossibilità di una macchina termica perfetta o di un frigorifero perfetto, e l'equivalenza dei due enunciati. Il ciclo di Carnot: le sue quattro fasi reversibili (due isoterme, due adiabatiche), la macchina di Carnot, Q_c/Q_h = T_c/T_h, il rendimento e = 1 - T_c/T_h, il teorema di Carnot, l'uguale rendimento di tutte le macchine reversibili, e i coefficienti di prestazione di Carnot. Entropia: delta-S = Q/T per una fase isoterma reversibile, la forma integrale, l'entropia come funzione di stato, la variazione netta nulla di entropia su un ciclo reversibile, l'unità joule per kelvin, l'entropia di cambiamento di fase, e l'enunciato entropico secondo cui l'entropia totale non diminuisce mai. L'entropia su scala microscopica: l'entropia come disordine, il secondo principio statistico, delta-S = nR ln(V2/V1) per un'espansione isoterma, il terzo principio, e l'avvicinamento all'ordine perfetto allo zero assoluto.
- Cariche e campi elettrici (Fisica)Schede di ripasso sulla carica elettrica e sul campo elettrico. La carica elettrica: i suoi due tipi, le cariche dello stesso segno si respingono e quelle di segno opposto si attraggono, l'unità coulomb, la carica elementare e = 1,602 x 10^-19 C, la quantizzazione, la conservazione, e i costituenti carichi dell'atomo, oltre a ciò che rende uno ione positivo o negativo. Conduttori e isolanti: gli elettroni di conduzione e il libero flusso di carica, perché la carica in eccesso si distribuisce su un conduttore, perché la carica resta ferma su un isolante, la polarizzazione, perché un oggetto carico attrae uno neutro, la carica per induzione, e la messa a terra. La legge di Coulomb: F = k q1 q2 / r^2, le sue proporzionalità, la permittività del vuoto epsilon_0 = 8,85 x 10^-12, la costante di Coulomb k = 8,99 x 10^9, la linea d'azione, la terza legge di Newton, e la sovrapposizione. Il campo elettrico: E come forza per unità di carica positiva con F = QE, l'unità newton su coulomb, il campo di una carica puntiforme, la sua direzione, la sua indipendenza dalla carica di prova, e la sovrapposizione. Le distribuzioni continue di carica: le densità di carica lineare, superficiale e volumetrica, il campo per integrazione, e il campo uniforme sigma / (2 epsilon_0) di un piano carico infinito. Le linee di campo elettrico: la tangenza, dove iniziano e terminano, la densità e il numero delle linee, perché non si incrociano mai, e che sono solo una visualizzazione. I dipoli elettrici: la definizione, il momento di dipolo p = q d, l'unità coulomb-metro, la forza netta nulla e il momento torcente tau = p x E in un campo uniforme, la tendenza all'allineamento, e i dipoli permanenti rispetto a quelli indotti.
- Il teorema di Gauss (Fisica)Schede di ripasso sul flusso elettrico e sul teorema di Gauss. Il flusso elettrico: che cosa misura, la sua definizione come il prodotto scalare del campo elettrico per un vettore area, il simbolo Phi, l'unità N*m^2/C, la sua natura scalare, il vettore area di superfici piane e chiuse, la forma E*A*cos(theta) per un campo uniforme, quando il flusso è massimo o nullo, la forma con integrale di superficie per un campo non uniforme, la convenzione dei segni uscente positivo / entrante negativo, e perché il flusso netto attraverso una superficie che non racchiude alcuna carica è nullo. Il teorema di Gauss: l'enunciato secondo cui il flusso netto è uguale alla carica racchiusa divisa per epsilon_0, la sua forma integrale, il significato di q_enc, la superficie gaussiana, il fatto che E è il campo totale di tutte le cariche, perché le cariche esterne danno un flusso netto nullo, perché il flusso è indipendente dalla forma della superficie, l'equivalenza con la legge di Coulomb, il risultato della sfera attorno a una carica puntiforme, e il ruolo della sovrapposizione. L'applicazione del teorema di Gauss: l'identificazione della simmetria, l'adattamento della superficie gaussiana a essa, i casi di simmetria sferica, cilindrica e piana, e i risultati del campo per una sfera all'interno e all'esterno, una linea infinita E = lambda/(2*pi*epsilon_0*r), un piano infinito E = sigma/(2*epsilon_0), lastre parallele, e un guscio sferico. I conduttori in equilibrio elettrostatico: la definizione, gli elettroni di conduzione, perché il campo interno è nullo, perché la carica in eccesso si dispone sulla superficie esterna, il campo perpendicolare appena all'esterno E = sigma/epsilon_0, l'induzione in una cavità, la concentrazione di carica sulle punte, e la schermatura elettrostatica.
- Il potenziale elettrico (Fisica)Schede di ripasso sull'energia potenziale elettrica, sul potenziale elettrico e sulle loro applicazioni. Energia potenziale elettrica: il fatto che la forza di Coulomb è conservativa e indipendente dal percorso, il simbolo U e la sua unità il joule, W = -delta U, il riferimento nullo all'infinito, il risultato a due cariche U = k*q*Q/r, la costante di Coulomb e l'integrale di linea nullo su un percorso chiuso. Potenziale elettrico e differenza di potenziale: V = U/q, il simbolo V, l'indipendenza dalla carica di prova, il volt come J/C, delta V = delta U/q, V_B - V_A, la tensione, delta U = q*delta V, E = -delta V/delta s in un campo uniforme, 1 N/C = 1 V/m, e l'elettronvolt. Calcoli del potenziale: V = k*q/r per una carica puntiforme, il decadimento come 1/r rispetto a 1/r^2, la natura scalare e la sovrapposizione algebrica del potenziale, il dipolo elettrico e il suo momento p = q*d, la forma integrale per una distribuzione continua, e il potenziale di dipolo nel campo lontano. Campo dal potenziale: E = -dV/ds, la direzione di massima pendenza, E = -grad V, le componenti in derivate parziali, e il metodo dello scalare prima. Superfici equipotenziali e conduttori: la definizione e le linee, la perpendicolarità alle linee di campo, il lavoro nullo lungo una superficie, un conduttore come equipotenziale, la messa a terra, e la concentrazione di carica ai piccoli raggi di curvatura. Applicazioni: il generatore di Van de Graaff, la xerografia e il fotoconduttore, le stampanti laser e a getto d'inchiostro, e il precipitatore elettrostatico.
- Capacità (Fisica)Schede di ripasso su condensatori e capacità. Condensatori e capacità: cos'è un condensatore e cosa immagazzina, la sua struttura a due conduttori, la definizione C = Q/V, il farad e il suo nome, l'intervallo pratico di valori, la dipendenza dalla geometria, il rapporto costante Q/V, il risultato per il condensatore a facce piane parallele C = eps0*A/d, la permittività del vuoto, il campo E = sigma/eps0, e le formule per la capacità sferica, della sfera isolata e cilindrica. Condensatori in serie e in parallelo: la regola della somma dei reciproci in serie, l'uguaglianza della carica in serie, il risultato inferiore alla più piccola, la somma delle tensioni in serie, la regola della somma in parallelo, l'uguaglianza della tensione in parallelo, il risultato superiore alla più grande, la somma delle cariche in parallelo, e la riduzione della rete. Energia immagazzinata: l'immagazzinamento nel campo, le tre forme di energia U = 1/2 C V^2, U = Q^2/2C, U = 1/2 Q V, la persistenza dell'energia dopo la disconnessione, la densità di energia u = 1/2 eps0 E^2, e il defibrillatore. Condensatore con dielettrico: cos'è un dielettrico, la costante dielettrica kappa, kappa = 1 nel vuoto e kappa > 1 altrimenti, C = kappa*C_0, le riduzioni di tensione ed energia a carica costante in un condensatore scollegato, la rigidità dielettrica, e il cerca-tracce (rilevatore di montanti). Modello molecolare di un dielettrico: molecole polari e non polari, allineamento e dipoli indotti, carica superficiale indotta, il campo indotto opposto, E = E_0/kappa, e la rottura dielettrica.
- Corrente e resistenza (Fisica)Schede di ripasso sulla corrente elettrica, la resistenza e i superconduttori. Corrente elettrica: la corrente come tasso di flusso di carica, I = dQ/dt, l'ampere e l'origine del suo nome, la necessità di un circuito completo, la corrente convenzionale, i portatori elettronici nei metalli, i portatori nelle soluzioni ioniche, e la velocità di deriva. Modello della conduzione nei metalli: il mare di elettroni liberi, il percorso a zigzag della deriva, la velocità del segnale rispetto alla velocità di deriva, I = nqAv_d, la corrente come grandezza scalare, la densità di corrente J come vettore, J = nqv_d, E = rho J, e perché i buoni conduttori elettrici conducono bene anche il calore. Resistività e resistenza: la resistività rho, il suo reciproco la conducibilità, l'ohm-metro, la distinzione tra conduttore, isolante e semiconduttore, R = V/I, R = rho L/A, l'ohm, la dipendenza dalla temperatura rho = rho_0[1 + alpha(T - T_0)], e il coefficiente di temperatura alpha. Legge di Ohm: V = IR, l'esperimento di Ohm, il suo carattere empirico, i dispositivi ohmici e non ohmici, e il diodo. Energia e potenza elettrica: P = IV, P = I^2 R, P = V^2/R, il watt, il riscaldamento resistivo, E = Pt, e il chilowattora. Superconduttori: resistenza nulla al di sotto di una temperatura critica, la scoperta di Onnes, il mercurio, l'effetto Meissner, il Tipo I e il Tipo II, l'YBCO, la teoria BCS e le coppie di Cooper, le correnti persistenti, i magneti per risonanza magnetica, gli SQUIDs, e l'effetto Josephson.
- Circuiti in Corrente Continua (Fisica)Carte di ripasso sui circuiti in corrente continua. Forza elettromotrice: emf come lavoro per unità di carica, il simbolo epsilon, il volt, la conversione di energia, la tensione ai morsetti, la resistenza interna r, V_terminal = emf - I r, I = emf/(R + r), e le batterie ideali rispetto a quelle reali. Resistori in serie e in parallelo: la stessa corrente in serie, R_S come somma, la tensione della sorgente come somma delle cadute di tensione, la stessa tensione in parallelo, 1/R_P come somma dei reciproci, le correnti di ramo la cui somma dà la corrente totale, e i circuiti combinati. Le leggi di Kirchhoff: i nodi, la legge dei nodi derivata dalla conservazione della carica, la legge delle maglie derivata dalla conservazione dell'energia, e le convenzioni sui segni per resistori e generatori di fem. Strumenti di misura elettrica: l'amperometro in serie, il voltmetro in parallelo, il galvanometro, la sua conversione in amperometro o voltmetro, e i modelli analogici, digitali e l'ohmmetro. Circuiti RC: la carica e la scarica di un condensatore, la costante di tempo tau = RC, i valori del 63,2% e del 36,8%, e un condensatore completamente carico come circuito aperto. Impianto elettrico domestico e sicurezza: i rischi termici e di folgorazione, i cortocircuiti, P = I^2 R_w, i fusibili e gli interruttori automatici, i conduttori di fase, neutro e terra, la messa a terra, e l'interruttore differenziale (GFCI).
- Forze e Campi Magnetici (Fisica)Carte di ripasso su forze e campi magnetici. Magneti e campo terrestre: i due poli, attrazione e repulsione, l'assenza di monopoli magnetici, la Terra come magnete a barra, il comportamento della bussola, le inversioni di campo, e le scoperte storiche di Oersted, Ampere, Arago e Faraday. Il campo magnetico: la sua definizione tramite la forza su una carica in movimento, F = qv x B, F = qvB sin(theta), il tesla e il gauss, la regola della mano destra, e le linee di campo. Moto di una particella carica: traiettorie circolari ed elicoidali, perché la forza magnetica non compie lavoro, r = mv/(qB), il periodo T = 2 pi m/(qB), il passo, le bottiglie magnetiche, e le fasce di Van Allen. Forza su un conduttore percorso da corrente: RHR-2, F = IL x B, F = BIL sin(theta), e la forza netta nulla su una spira chiusa. Forza e momento torcente su una spira di corrente: il momento di dipolo magnetico mu = NIA, tau = mu x B, tau = IAB sin(theta), l'energia potenziale U = -mu . B, i motori elettrici, e il commutatore. L'effetto Hall: l'esperimento di Hall, la tensione di Hall, l'equilibrio delle forze, la velocità di deriva, i selettori di velocità, e l'identificazione dei portatori di carica. Applicazioni: lo spettrometro di massa e il ciclotrone.
- Sorgenti dei campi magnetici (Fisica)Carte di ripasso sulle sorgenti dei campi magnetici. La legge di Biot-Savart: il campo di un elemento di corrente, la permeabilità del vuoto, la regola della mano destra per la direzione, e il campo di un arco circolare e di una spira completa. Il campo magnetico di un filo rettilineo sottile: B = mu_0 I/(2 pi R), linee di campo circolari concentriche, e la regola della mano destra. La forza tra due correnti parallele: attrazione e repulsione, la definizione storica dell'ampere, e l'effetto pinch. Il campo magnetico di una spira di corrente: il momento di dipolo magnetico, il campo sull'asse, e la decrescita del dipolo con il cubo inverso della distanza. La legge di Ampère: l'integrale di linea di B, la corrente concatenata, la spira amperiana, quando usarla al posto della legge di Biot-Savart, e il campo all'interno e all'esterno di un filo spesso. Solenoidi e toroidi: il campo interno uniforme di un solenoide, il campo esterno nullo, e il campo del toroide. Il magnetismo nella materia: momenti di dipolo atomici, paramagnetismo, diamagnetismo, ferromagnetismo, domini magnetici, isteresi, suscettività e permeabilità.
- Induzione Elettromagnetica (Fisica)Carte di ripasso sull'induzione elettromagnetica. Legge di Faraday: flusso magnetico e il weber, la fem indotta come tasso negativo di variazione del flusso, e la forma per una bobina a N spire. Legge di Lenz: la corrente indotta si oppone alla variazione del flusso, il segno negativo, la repulsione tra poli uguali di un magnete che si avvicina, e il fondamento basato sulla conservazione dell'energia. Fem di movimento: epsilon = Blv, la corrente indotta e la forza frenante su un'asta in movimento, e l'equilibrio tra potenza meccanica ed elettrica. Campi elettrici indotti: la forma dell'integrale di linea della legge di Faraday, il carattere non conservativo privo di potenziale associato, e il campo attorno a un percorso circolare. Correnti parassite: smorzamento magnetico, piastre fessurate, metal detector, frenatura a correnti parassite, e piani cottura a induzione. Generatori elettrici e forza controelettromotrice: la fem di una bobina rotante, la fem di picco, la conversione di energia motore contro generatore, e come la forza controelettromotrice determina la corrente di un motore. Applicazioni: testine di lettura dei dischi rigidi, magnetoresistenza gigante, strisce magnetiche, tavolette grafiche, frenata rigenerativa, e stimolazione magnetica transcranica.
- Induttanza (Fisica)Carte di richiamo sull'induttanza. Induttanza mutua: l'henry, la definizione M = N Phi / I, la sua simmetria e dipendenza dalla geometria, e la fem indotta epsilon = -M dI/dt. Autoinduttanza: Phi = LI, la fem autoindotta -L dI/dt, la sua polarità secondo la legge di Lenz, l'induttore come elemento di circuito, e la formula del solenoide. Energia in un campo magnetico: U = (1/2) L I^2, la densità di energia B^2/(2 mu0), e la potenza dell'induttore. Circuiti RL: la crescita e il decadimento asintotico della corrente, la costante di tempo L/R, la regola del 63%, e le condizioni iniziale e di regime stazionario. Oscillazioni LC: omega = 1/sqrt(LC), lo scambio di energia elettrica e magnetica, le soluzioni di carica e corrente e la loro sfasatura di 90 gradi, e l'analogia massa-molla. Circuiti RLC serie: oscillazioni smorzate, l'equazione differenziale che le governa, e i regimi sottosmorzato, con smorzamento critico e sovrasmorzato.
- Circuiti in corrente alternata (Fisica)Carte di ripasso sui circuiti in corrente alternata. Sorgenti di corrente alternata: corrente continua contro corrente alternata, le forme v = V0 sin(omega t) e i = I0 sin(omega t), la notazione valore di picco contro valore istantaneo, e i valori di rete negli Stati Uniti e in Europa. Circuiti CA semplici: il resistore in fase, la corrente in anticipo del condensatore e la corrente in ritardo di pi/2 dell'induttore, la reattanza capacitiva XC = 1/(omega C), la reattanza induttiva XL = omega L, la loro dipendenza dalla frequenza, e i fasori. Circuiti RLC in serie: l'impedenza Z = sqrt(R^2 + (XL - XC)^2), la legge di Ohm in corrente alternata I0 = V0/Z, l'angolo di fase, e le tensioni sugli elementi. Potenza: corrente e tensione efficaci (rms), le formule della potenza media, il fattore di potenza cos(phi), e perché solo i resistori dissipano potenza. Risonanza: XL = XC, omega0 = 1/sqrt(LC), impedenza minima, corrente e potenza massime, e il fattore di merito. Trasformatori: i rapporti di spire di tensione e corrente, l'innalzamento e l'abbassamento di tensione, la conservazione della potenza, e la trasmissione ad alta tensione.
- Onde elettromagnetiche (Fisica)Carte di ripasso sulle onde elettromagnetiche. Equazioni di Maxwell: la corrente di spostamento che completa la legge di Ampere, le quattro leggi (Gauss, Gauss per il magnetismo, Faraday, Ampere-Maxwell), come i campi variabili si generano a vicenda, la previsione di onde alla velocità della luce e la conferma di Hertz. Onde piane: campi trasversali perpendicolari tra loro e alla direzione di propagazione, E/B = c, l'equazione d'onda, c = 1/sqrt(epsilon0 mu0) e la direzione di E cross B. Energia: densità di energia, il vettore di Poynting, l'intensità e la relazione tra le ampiezze dei campi E0 = c B0. Quantità di moto e pressione di radiazione: p = U/c, la pressione su un assorbitore rispetto a un riflettore, le code delle comete e le vele solari. Lo spettro elettromagnetico: c = f lambda, e le bande radio, microonde, infrarosso, visibile, ultravioletto, raggi X e raggi gamma.
- La natura della luce (Fisica)Carte di ripasso sulla natura della luce. La propagazione della luce: la velocità della luce nel vuoto, la sua invarianza per tutti gli osservatori, l'indice di rifrazione n = c/v e il modello dei raggi. La legge della riflessione: l'angolo di riflessione è uguale all'angolo di incidenza, la riflessione speculare rispetto a quella diffusa, i riflettori d'angolo e i retroriflettori. La rifrazione e la legge di Snell: la deviazione verso la normale o in allontanamento da essa, e gli indici rappresentativi di aria, acqua e diamante. La riflessione totale interna: l'angolo critico theta_c = arcsin(n2/n1) e le fibre ottiche. La dispersione: la scomposizione della luce bianca in uno spettro, l'indice dipendente dalla lunghezza d'onda, i prismi e gli arcobaleni. Il principio di Huygens: le onde elementari, i fronti d'onda, la rifrazione e la diffrazione. La polarizzazione: la legge di Malus, i filtri polarizzatori, l'angolo di Brewster, la birifrangenza, l'attività ottica e i display a cristalli liquidi.
- Ottica Geometrica e Formazione delle Immagini (Fisica)Carte di ripasso sull'ottica geometrica e la formazione delle immagini. Specchi piani: immagini virtuali della stessa dimensione, diritte, situate tanto dietro lo specchio quanto l'oggetto è davanti, e la distinzione tra immagine reale e immagine virtuale. Specchi sferici: geometria concava e convessa, centro di curvatura, vertice, asse ottico, punto focale, f = R/2, l'equazione dello specchio 1/d_o + 1/d_i = 1/f, ingrandimento m = -d_i/d_o, e convenzioni sui segni. Immagini formate per rifrazione: profondità apparente h_i = (n2/n1) h_o e l'equazione per una singola superficie sferica. Lenti sottili: comportamento convergente e divergente, l'equazione delle lenti sottili, l'equazione del costruttore di lenti, tracciamento dei raggi, e tipi di immagini. L'occhio: cornea e cristallino, accomodazione, punto prossimo e punto remoto, potere ottico in diottrie, e correzione della miopia e dell'ipermetropia. La macchina fotografica, la lente d'ingrandimento semplice e l'ingrandimento angolare, e microscopi e telescopi composti.
- Interferenza (Fisica)Carte di ripasso sull'interferenza ondulatoria della luce. L'esperimento della doppia fenditura di Young: coerenza contro incoerenza, interferenza costruttiva e distruttiva, frange, e le prove storiche della natura ondulatoria della luce. La matematica dell'interferenza: differenza di cammino ottico delta-l = d sin(theta), frange chiare a d sin(theta) = m*lambda, frange scure a d sin(theta) = (m + 1/2)*lambda, ordine m, e la posizione della frangia y_m = m*lambda*D/d. Interferenza a fenditure multiple: massimi principali, gli N minus 2 massimi secondari, l'ampiezza del massimo secondario 1/N e l'intensità 1/N^2, e il reticolo di diffrazione. Interferenza nelle pellicole sottili: lo sfasamento di 180-degree alla riflessione su un mezzo a indice piu alto, la lunghezza d'onda nel film lambda_n = lambda/n, e le condizioni di interferenza costruttiva e distruttiva nella pellicola di sapone. L'interferometro di Michelson: lo splitter di fascio, la relazione di spostamento delle frange 2*delta-d = m*lambda_0, la lamina compensatrice, e il suo impiego nella misura di precisione.
- Diffrazione (Fisica)Carte di ripasso sulla diffrazione della luce. Diffrazione da fenditura singola: il massimo centrale luminoso e i massimi secondari più deboli, la condizione di frangia scura a sin(theta) = m*lambda, e perché una fenditura più stretta allarga la figura. Intensità nella diffrazione da fenditura singola: la derivazione tramite fasori, I = I0 (sin(beta)/beta)^2 con beta = (pi a sin(theta))/lambda, e i deboli massimi secondari a 0.045 e 0.016. Diffrazione da doppia fenditura come figura di interferenza sotto un inviluppo di diffrazione a fenditura singola, e ordini mancanti. Reticoli di diffrazione: d sin(theta) = m*lambda, massimi principali netti, e spettroscopia. Aperture circolari e risoluzione: il criterio di Rayleigh theta = 1.22 lambda/D, la risoluzione del microscopio x = 0.61 lambda/NA, e il limite di diffrazione. Diffrazione dei raggi X e legge di Bragg m*lambda = 2d sin(theta). Olografia: registrazione di ampiezza e fase tramite l'interferenza della luce laser.
- Relatività (Fisica)Carte di ripasso sulla relatività ristretta. I due postulati di Einstein: le leggi della fisica sono le stesse in tutti i sistemi di riferimento inerziali, e la luce si propaga alla stessa velocità c in tutti i sistemi di riferimento inerziali, indipendentemente dal moto della sorgente o dell'osservatore. Relatività della simultaneità. Dilatazione del tempo Delta t = gamma * Delta tau, tempo proprio, e fattore di Lorentz gamma = 1/sqrt(1 - v^2/c^2). Il paradosso dei gemelli. Contrazione delle lunghezze L = L0*sqrt(1 - v^2/c^2) lungo la direzione del moto. La trasformazione di Lorentz, l'intervallo spaziotemporale invariante, e i coni di luce. Addizione relativistica delle velocità. L'effetto Doppler relativistico, lo spostamento verso il rosso e lo spostamento verso il blu. Quantità di moto relativistica p = gamma*m*u. Energia relativistica E = gamma*m*c^2, energia a riposo E0 = m*c^2, energia cinetica K = (gamma - 1)*m*c^2, la relazione energia-impulso E^2 = (pc)^2 + (mc^2)^2, e l'equivalenza massa-energia.
- Fotoni e Onde di Materia (Fisica)Carte di ripasso sulla nascita della fisica quantistica. La radiazione del corpo nero, la legge di Stefan-Boltzmann P = sigma*A*T^4, la legge dello spostamento di Wien, la catastrofe ultravioletta e la quantizzazione di Planck E_n = n*h*f. L'effetto fotoelettrico e la spiegazione fotonica di Einstein, l'equazione fotoelettrica K_max = h*f - phi, la funzione lavoro e la frequenza di soglia. L'effetto Compton e la quantità di moto del fotone p = h/lambda. Il modello di Bohr dell'atomo di idrogeno, la formula di Rydberg, il momento angolare quantizzato, il raggio di Bohr e i livelli energetici E_n = -13.6 eV/n^2. Le onde di materia di De Broglie lambda = h/p e l'esperimento di Davisson-Germer. La dualità onda-particella e il principio di indeterminazione di Heisenberg Delta x * Delta p >= h-bar/2.
- Meccanica Quantistica (Fisica)Carte di ripasso sulla meccanica quantistica non relativistica. La funzione d'onda e l'interpretazione di Born |Psi|^2 come densità di probabilità, la normalizzazione, i valori attesi, e gli operatori di posizione e quantità di moto. Il principio di indeterminazione di Heisenberg nelle sue forme posizione-quantità di moto ed energia-tempo. Le equazioni di Schrödinger dipendente e indipendente dal tempo, gli stati stazionari e la separazione delle variabili. La particella quantistica in una scatola con energie quantizzate E_n = n^2 pi^2 h-bar^2/(2mL^2) ed energia di punto zero. L'oscillatore armonico quantistico con livelli equispaziati E_n = (n + 1/2) h-bar omega. L'effetto tunnel quantistico attraverso barriere di potenziale, la probabilità di trasmissione, e applicazioni che vanno dal decadimento alfa al microscopio a effetto tunnel.
- Struttura Atomica (Fisica)Carte di ripasso sulla struttura quantistica degli atomi. L'atomo di idrogeno e i suoi tre numeri quantici n, l, and m, l'energia quantizzata E_n = -13.6 eV/n^2, il momento angolare orbitale L = sqrt(l(l+1)) h-bar, la quantizzazione spaziale e la notazione spettroscopica s, p, d, f. Il momento di dipolo magnetico orbitale, il magnetone di Bohr e l'effetto Zeeman. Lo spin dell'elettrone con s = 1/2, l'esperimento di Stern-Gerlach, il principio di esclusione di Pauli e la costruzione della tavola periodica. Spettri atomici e regole di selezione, raggi X caratteristici e legge di Moseley, bremsstrahlung (radiazione di frenamento), e la fisica dei laser, inclusa l'emissione stimolata, l'inversione di popolazione e i mezzi attivi.
- Fisica della materia condensata (Fisica)Schede di ripasso sulla fisica della materia condensata. Legame molecolare tramite forze ioniche, covalenti e di van der Waals, l'energetica della formazione di NaCl e H2, e gli spettri molecolari di rotazione e vibrazione. Legame nei solidi cristallini, la costante di Madelung e l'energia di dissociazione. Il modello a elettroni liberi dei metalli, l'energia di Fermi, il fattore di Fermi e la densità degli stati. La teoria delle bande, le bande di valenza e di conduzione, e i gap di energia che distinguono conduttori, isolanti e semiconduttori. Drogaggio, materiale di tipo n e di tipo p, lacune, la giunzione p-n, diodi e transistor. Superconduttività, l'effetto Meissner, campi critici, coppie di Cooper e teoria BCS, e superconduttori ad alta temperatura.
- Fisica Nucleare (Fisica)Carte di ripasso sulla fisica nucleare. Proprietà dei nuclei: protoni, neutroni, nucleoni, numero atomico e numero di massa, isotopi, l'unità di massa atomica, il raggio e la densità nucleari, e la forza nucleare forte. Energia di legame nucleare, il difetto di massa, l'energia di legame per nucleone e la stabilità del ferro-56. Decadimento radioattivo, la legge del decadimento e la costante di decadimento, il tempo di dimezzamento, l'attività, il becquerel e il curie, e la datazione al carbonio-14. Decadimento alfa, beta e gamma con le relative variazioni di Z e A e il loro potere penetrante. Fissione nucleare, reazioni a catena, massa critica e il modello a goccia liquida. Fusione nucleare, la catena protone-protone nel Sole e la reazione deuterio-trizio. Applicazioni mediche ed effetti biologici: tecnezio-99m, l'imaging PET, il gray, il rad, l'efficacia biologica relativa e il sievert.
- Fisica delle particelle e cosmologia (Fisica)Schede di ripasso sulla fisica delle particelle e la cosmologia. Le quattro forze fondamentali, i loro raggi d'azione e le intensità relative. Fermioni e bosoni; i sei quark e le loro cariche frazionarie; adroni, mesoni e barioni; i sei leptoni; i portatori di forza (fotone, gluoni, bosoni W e Z, gravitone) e il bosone di Higgs; antiparticelle e annichilazione. Leggi di conservazione: numero barionico, i tre numeri leptonici, la stranezza e le oscillazioni dei neutrini. Quark: spin, carica di colore, confinamento, gluoni e le prove dalla diffusione anelastica profonda. Acceleratori di particelle (Van de Graaff, acceleratore lineare, ciclotrone, sincrotrone, fasci in collisione, l'LHC) e rivelatori. Il modello standard: teoria elettrodebole, elettrodinamica quantistica, cromodinamica quantistica, diagrammi di Feynman, particelle virtuali e teorie di grande unificazione. Cosmologia: legge di Hubble, la costante di Hubble, il Big Bang come spazio in espansione, spostamento verso il rosso cosmologico, l'età dell'universo, le epoche dell'universo primordiale, la nucleosintesi primordiale, il fondo cosmico a microonde, e l'energia oscura e la materia oscura.