29209 - FISICA MODERNA M

Conoscenze e abilità da conseguire

Al termine del corso, lo studente ha nuove conoscenze di fisica classica e di fisica moderna (relatività ristretta e meccanica quantistica). E' in grado di: - comprendere la relatività dello spazio e del tempo, la dinamica relativistica e l'equivalenza massa-energia; - comprendere le onde nei solidi, nei gas e le onde elettromagnetiche; - comprendere la natura probabilistica del mondo microscopico, il dualismo onda-corpuscolo, la natura particellare della luce (ivi compreso l'effetto fotoelettrico, la radiazione di corpo nero, gli spettri di emissione degli elementi) e i principali processi che avvengono nella fusione e nella fissione dei nuclei. E' in grado di: -comprendere e -applicare principi di risparmio energetico basati sulla natura quantistica di alcuni dispositivi.

Contenuti

Onde meccaniche

Oscillazioni armoniche libere, smorzate e forzate. Risonanza. Propagazione per onde di perturbazioni fisiche. Onde elastiche nei fluidi e nei solidi. Equazione di D'Alembert. Energia, riflessione e trasmissione. Sovrapposizione di onde. Battimenti. Velocità di fase e di gruppo. Onde stazionarie. Onde piane e sferiche. Onde elettromagnetiche. Carattere trasversale delle onde elettromagnetiche. Energia e impulso: vettore di Poynting. Spettro delle onde elettromagnetiche e luce. Diffusione e assorbimento della luce. Propagazione della luce in mezzi trasparenti. Riflessione e rifrazione. Interferenza di onde e coerenza. Diffrazione e Principio di Huygens. Polarizzazione.

Teoria della relatività ristretta

 
Limiti della meccanica classica. Velocità limite. Esperimenti fondamentali in Relatività: spazio, tempo e sistemi di riferimento. Simultaneità. Dilatazione del tempo; paradosso dei gemelli. Contrazione delle lunghezze. Trasformazioni di Lorentz. Energia. Forza, accelerazione e massa. Equivalenza massa-energia. Cenni di relatività generale. Concetti di relatività in uso quotidiano.

Introduzione alla fisica quantistica

Successi delle teorie classiche. Elementi di crisi: corpo nero, effetto fotoelettrico. Onde elettromagnetiche come particelle; particelle come onde. Esperienze di interferenza e diffrazione di fotoni e di elettroni. Dualismo onda-corpuscolo. Concetti base della meccanica quantistica: interpretazione probabilistica, equazione delle onde elettromagnetiche ed equazione di Schroedinger, funzione d'onda e stato quantistico, principio di indeterminazione. Principio di corrispondenza. Stati liberi e stati legati: pacchetti d'onda e analisi di Fourier. Equazione di Schroedinger con potenziale, studio di alcuni casi unidimensionali. Buche e barriere di potenziale. Effetto tunnel. Livelli di fermi, conduttori, semiconduttori ed isolanti. L'equazione di Schroedinger in tre dimensioni. L'atomo di Idrogeno: livelli e numeri quantici. Radiazione elettromagnetica. Spettri di emissione e di assorbimento. Principio di funzionamento del laser. Lo spin; esperienze di Stern e Gerlach. Cenni sulle interazioni fondamentali. Cenni di Fisica nucleare: struttura e sistematica dei nuclei, radioattività, fissione e fusione nucleare. L'energia nucleare solare.

 

Testi/Bibliografia

D. C. Giancoli, FISICA CON FISICA MODERNA, Seconda edizione. Case Editrice Ambrosiana. 

 

Metodi didattici

Le lezioni saranno svolte alla lavagna, con il supporto di slides e video. Le trasparenze verranno distribuite in anticipo.

Modalità di verifica e valutazione dell'apprendimento

La verifica sarà effettuata mediante prova orale, con un minimo di 4 domande e/o semplici esercizi.

Strumenti a supporto della didattica

Slides mostrate a lezione ed esercizi con soluzioni.

Orario di ricevimento

Consulta il sito web di Angelo Carbone