Fisica

In questo testo sono raccolti alcuni testi di compiti di esame, in particolare problemi di meccanica, che vengono risolti e commentati. L'obiettivo è quello di far acquisire allo studente un corretto approccio metodologico alla risoluzione dei problemi, per questo ogni paragrafo contiene un'introduzione che fornisce un succinto e chiaro richiamo alle formule fondamentali.

La fisica dei quanti nasce dall’esigenza di spiegare dei fenomeni naturali non interpretabili da quella che oggi chiamiamo la fisica classica di fine ‘800. La crisi esplose quando i fisici cominciarono a studiare la struttura intima della materia: l’atomo e i suoi costituenti. La meccanica quantistica, sviluppata tra il 1920 e il 1930 da grandi e visionari scienziati, costituisce uno strumento potente per spiegare la fisica del microcosmo e non solo, poiché comportò anche una rivoluzione per il nostro stesso modo di pensare, dal punto di vista scientifico e filosofico. Il libro raccoglie delle lezioni che Antonio Ereditato ha tenuto al centro di ricerche Biogem nel 2022, per «studenti principianti ma curiosi». Il corso tocca tutti questi aspetti, cercando di limitare il formalismo e gli aspetti matematici, ma insistendo invece sulla fenomenologia della teoria, sulle evidenze sperimentali e sul percorso storico. Come recita un motto riguardo alla scuola di Copenaghen, “Zitto e calcola!”, la meccanica quantistica, è un mezzo affidabile ed efficiente per la comprensione quantitativa della natura.

Risoluzione guidata degli esercizi di Elettromagnetismo ed Onde ripresi dai testi classici “Mazzoldi, Nigro e Voci, Elementi di Fisica e Fisica, Elettromagnetismo e onde” . Per la risoluzione degli esercizi, il presente testo utilizza i risultati ottenuti dalla teoria dell’elettromagnetismo e delle onde.

La presente opera è dedicata a una esposizione ampia della meccanica analitica, essenzialmente orientata verso la costruzione delle soluzioni dei problemi fondamentali che la teoria stessa presenta. La meccanica analitica costituisce uno dei corpi di dottrina meccanici senza dubbio più importanti, anche perché vi si collegano da una parte settori ingegneristici vitali; dall'altra storia natural-filosofiche di fondo, come la meccanica quantistica, la relatività e le statistiche classiche e quantiche. La seconda parte è dedicata essenzialmente alla riduzione di rango di un sistema canonico ed esistenza di classi di soluzioni particolari; ai principi variazionali e alle loro fondamentali conseguenze classiche, relativistiche e quantistiche; indi alla teoria della stabilità e vibrazioni, infine alla dinamica impulsiva. Si appoggia, naturalmente, alla prima parte, del quale è il seguito.

Il principale contributo di questo volume è quello di fornire agli studenti dei corsi di laurea triennali, ma anche magistrali in ingegneria industriale, un valido supporto per lo studio della Dinamica dei Sistemi Meccanici, che è basato su un approccio metodologico rigoroso e orientato alle applicazioni. Pertanto, non sostituisce i libri di testo, che contengono i principi fondamentali della meccanica, ma al contrario, favorisce l'integrazione delle conoscenze teoriche con quelle della pratica ingegneristica. Inoltre, le tematiche trattate sono indispensabili per la determinazione delle sollecitazioni nella progettazione di un qualsivoglia sistema meccanico, quindi le metodiche proposte possono essere di supporto anche agli uffici di progettazione, sia aziendali, che di studi professionali. In particolare, il volume è organizzato in tre capitoli che riguardano applicazioni inerenti rispettivamente, la cinetostatica, la meccanica relativa e la dinamica diretta di sistemi meccanici, le quali sono completamente svolte in forma simbolica confrontando i risultati ottenuti, sia con il metodo Newtoniano, che con quello energetico. Un esempio numerico conclude ciascuna applicazione con l'analisi e l'interpretazione fisica dei risultati ottenuti, i quali sono presentati in forma numerica e/o grafica attraverso poligoni in scala, oppure diagrammi e simulazioni dinamiche del sistema meccanico.

Il libro esamina l'idea di atomo e di particella attraverso una ricostruzione storico-concettuale che risale indietro fino all'atomismo proposto da Leucippo e Democrito e al dibattito antico e medievale. Indaga poi le teorie corpuscolariste dell'età moderna, fino ai primi modelli di atomo, per arrivare alla concezione di particella impiegata oggi nel Modello standard delle particelle elementari e ai problemi che tale nozione sembra avere nelle teorie fisiche contemporanee. Il testo, grazie al suo taglio sia storico che filosofico – e in alcuni passaggi anche fisico –, permette al lettore di comprendere l'evoluzione di questo concetto così importante per l'attuale descrizione della realtà.

La termodinamica dell’ingegneria chimica si differenzia dalla termodinamica classica in quanto ha come ambito di indagine le miscele. Infatti, l’ingegnere chimico principalmente trasforma o separa la materia: in entrambi i casi sono coinvolte miscele. Pur essendo nata come strumento di lavoro per l’ingegnere chimico, la termodinamica dell’ingegneria chimica ha poi trovato applicazioni in altri ambiti dell’ingegneria e delle scienze applicate che affrontano problematiche che coinvolgono miscele, quali la bioingegneria, l’ingegneria e la scienza ambientale, l’ingegneria della sicurezza, l’ingegneria energetica, l’ingegneria e la scienza dei materiali. Questo testo riassume i fondamenti della termodinamica dell’ingegneria chimica per studenti universitari. Prima di affrontare questa materia, gli studenti dovrebbero conoscere i fondamenti di fisica generale, fisica tecnica, chimica, analisi matematica e geometria.

Quest’opera, in due volumi separabili, è una raccolta di circa 300 esercizi che coprono i quattro grandi temi della Fisica Tecnica come impartita nei corsi di Ingegneria e Architettura: Termodinamica e Termocinetica (Vol. 1); Acustica e Illuminotecnica (Vol. 2). Sono esercizi graduati in ordine di complessità e orientati a lumeggiare sia gli aspetti fondamentali che quelli applicativi della materia, e pertanto destinati non solo agli studenti, ma anche ai professionisti del campo fisico-tecnico dell’ambiente costruito. Ma ciò che fa di questo libro un unicum nel suo genere è legato al fatto che tutti gli esercizi sono risolti con PTC Mathcad, un programma di calcolo matematico particolarmente versatile oggi in dotazione nei laboratori informatici di molti Dipartimenti universitari in Italia e nel mondo, e comunque scaricabile gratuitamente dal web in versione «light». Il testo degli esercizi è fruibile indipendentemente dalla conoscenza del programma, a meno di poche eccezioni spiegate all’occasione e comunque richiamate in un capitolo introduttivo. La peculiarità più rilevante del libro è la possibilità di attingere agli esercizi contenuti all’interno del volume in forma «nativa», ossia come fogli di calcolo PTC Mathcad, scaricabili dal sito dell’editore. Ciò consente al lettore interessato di ripercorrere l’esercizio in chiave critica, come nel caso in cui volesse esplorare qualche variante al problema: così sarebbe a suo carico il solo (nobile!) compito di stabilire il nuovo modello fisico-matematico, affidandone al programma l’onere computazionale. Il tutto con importanti benefici, in termini sia formativi e di approfondimento cognitivo, sia di acquisizione di uno strumento di calcolo all’altezza dei tempi, che, affrancandolo dalla «mentalità della calcolatrice», lo avvii a ragionare «per algoritmi» e non più «per formule». Il volume è corredato da Appendici dove si riportano diagrammi, tabelle e dati di frequente consultazione, oltre a pagine di approfondimento.

Domenico Laterza apre uno scorcio su un mondo di numeri, pensieri, ipotesi sul cosmo, sulla realtà a due, tre e quattro dimensioni. Seguiamolo nei ragionamenti e nelle teorie che prendono vita dall'osservazione della realtà stessa e dallo studio della fisica: ci stupiremo di come il cosmo e tutti noi siamo interconnessi a più livelli.

Il testo introduce il coding nella fisica, guida il lettore a una conoscenza operativa di Python3 e non richiede particolari prerequisiti. I temi trattati, a partire dalla cinematica fino alla meccanica quantistica, comprendono gli argomenti fondamentali della materia. L'approccio alla simulazione numerica dei fenomeni risulta graduale e include le leggi di Keplero, gli esperimenti di Rutherford e di Millikan, il caos deterministico, lo sviluppo delle epidemie. Nei programmi si privilegiano la semplicità e la chiarezza algoritmica. «Fisica con Python» è particolarmente consigliato nel triennio della scuola superiore ma è anche utile a chiunque voglia avvicinarsi alla modellizzazione matematica con il computer.

Ricerche sulle difficoltà diffuse di capire la fisica quantistica, le indicano come dovute fondamentalmente a stereotipi mentali e linguistici, e a idee sbagliate della scienza. Su tale base, il testo espone i presupposti indispensabili per evitare i travisamenti più frequenti, e precisa il significato che la fisica quantistica riveste rispetto alle concezioni della conoscenza e della realtà in generale. Sigfrido Boffi ha scritto di esso che è "una rassegna degli argomenti principali che gli studenti di fisica affrontano nei loro corsi di meccanica quantistica, e una riflessione sui pregiudizi dei quali liberarsi per evitare di fraintendere quella parte fondamentale della fisica attuale che è la meccanica quantistica. Di qui infatti viene il motivo portante di qualunque analisi scientifica in cui siano inseriti i concetti di realtà, di teoria, e della relazione tra realtà e teoria".

Il volume raccoglie in una tetralogia le quattro opere più incisive dell'autore, nel campo delle scienze di confine. Le opere in questione, nell'ordine, sono: Fisica dell'informazione, L'esperimento di Afshar, Esperimenti sulle disuguaglianze di Bell e 1/137. La costante di struttura fine.