Guida Completa: Fisica dai Vettori ai Campi Magnetici

Introduzione alla Fisica

Questo è il vostro formulario completo di fisica, creato da Martina Bruno. Contiene tutto quello che vi serve per affrontare con sicurezza esami e verifiche.

Utilizzate queste pagine come riferimento rapido durante lo studio e per ripassare prima delle interrogazioni. Ogni formula è accompagnata dalle unità di misura corrette e dalle spiegazioni essenziali.

Unità di Misura Fondamentali

Le unità di misura sono la base di ogni calcolo in fisica. Memorizzate quelle più importanti: metro $m$ per lunghezza, chilogrammo (kg) per massa, secondo $s$ per tempo.

Per le grandezze derivate, ricordate che velocità si misura in m/s, accelerazione in m/s², e forza in Newton $N = kg⋅m/s²$. L'energia si esprime in joule $J = N⋅m$ e la potenza in watt $W = J/s$.

Le grandezze elettriche hanno unità specifiche: ampere (A) per corrente, volt (V) per potenziale, coulomb (C) per carica. La densità si calcola sempre come massa/volume, quindi kg/m³.

Trucco per ricordare: Le unità derivate si ottengono sempre combinando quelle fondamentali secondo le formule fisiche!

Unità di Misura Avanzate

I campi elettrico e magnetico hanno unità complesse ma logiche: N/C per il campo elettrico e Tesla $T = N/A⋅m$ per quello magnetico. Il flusso magnetico si misura in weber $Wb = T⋅m²$.

La frequenza in hertz $Hz = 1/s$ e la resistenza elettrica in ohm $Ω = V/A$ sono fondamentali per i circuiti. La capacità si misura in farad $F = C/V$.

Per temperatura usate sempre kelvin (K), mentre pressione e tensione si misurano in pascal $Pa = N/m²$. Il calore specifico ha unità J/(kg⋅K).

Attenzione: Convertite sempre tutto nel Sistema Internazionale prima di calcolare!

Costanti Fisiche Fondamentali

Le costanti universali sono numeri fissi che userete in tantissimi problemi. La costante di gravitazione G = 6,67×10⁻¹¹ N⋅m²/kg² vi serve per la gravità.

Per l'elettromagnetismo ricordate: costante di Coulomb k₀ = 8,99×10⁹ N⋅m²/C², velocità della luce c = 299.792.458 m/s, carica elementare e = 1,602×10⁻¹⁹ C.

Le masse fondamentali sono: elettrone mₑ = 9,109×10⁻³¹ kg, protone mₚ = 1,673×10⁻²⁷ kg. L'accelerazione gravitazionale terrestre g = 9,81 m/s².

Consiglio: Imparate a memoria almeno g, c, e le costanti che il vostro prof usa più spesso!

Operazioni con i Vettori

I vettori hanno modulo, direzione e verso. Moltiplicando per uno scalare positivo cambia solo il modulo, con uno negativo anche il verso.

La somma vettoriale si fa con il metodo del parallelogramma o punta-coda. Il modulo risultante è |a⃗ + b⃗| = √(a² + b² + 2ab⋅cos α), dove α è l'angolo tra i vettori.

Il prodotto scalare è a⃗⋅b⃗ = ab⋅cos α. Quando i vettori sono perpendicolari $α = 90°$, il prodotto scalare è zero.

Ricordate: Il prodotto scalare dà un numero, quello vettoriale dà un vettore!

Le Forze in Fisica

La forza peso Fp = mg è sempre diretta verso il basso. La forza elastica Fe = -ks segue la legge di Hooke, con k costante elastica.

L'attrito può essere statico (Fa = μmg) o viscoso (Fa = -kv). La forza centripeta Fc = mv²/r mantiene i corpi in moto circolare.

Le forze elettriche seguono la legge di Coulomb: F = k₀(Q₁Q₂)/r². Le forze magnetiche agiscono su correnti $F = ilB$ o cariche in moto $F = qvB$.

Importante: Tutte le forze sono vettori, quindi fate sempre attenzione a direzione e verso!

Forze Speciali e Applicazioni

La forza di Lorentz Fq = qv⃗×B⃗ agisce su cariche elettriche in movimento in un campo magnetico. Il suo modulo è F = qvB⋅sin α.

Le forze aerodinamiche sono cruciali per il volo: portanza L = ½ρv²S⋅CL e resistenza D = ½ρv²S⋅CD. Qui ρ è la densità dell'aria, v la velocità, S la superficie alare.

I coefficienti CL e CD dipendono dalla forma dell'oggetto e dall'angolo di attacco. La portanza permette agli aerei di volare vincendo il peso.

Curiosità: Gli uccelli e gli aerei sfruttano gli stessi principi fisici per volare!

Moti Rettilinei e Circolari

Il moto rettilineo uniforme ha legge oraria s = vt + s₀. Nel moto uniformemente accelerato usate s = ½at² + v₀t + s₀ e v = at + v₀.

Per la caduta libera: y = y₀ + v₀t - ½gt² con g = 9,81 m/s². Il segno meno indica che g accelera verso il basso.

Nel moto circolare uniforme, velocità tangenziale v = ωr e accelerazione centripeta ac = v²/r = ω²r. Il periodo T = 2π/ω e la frequenza f = 1/T.

Per cariche in campo magnetico: raggio R = mv/(|q|B) e periodo T = 2πm/(|q|B). Il moto è circolare uniforme!

Trucco: Nei problemi di cinematica, disegnate sempre il grafico del moto!

Moti Armonici e Oscillazioni

Nel moto circolare accelerato usate ω = at + ω₀ e Δφ = ½at² + ω₀t, proprio come nella cinematica lineare.

Il moto armonico semplice ha legge s = r⋅cos(ωt), velocità v = -ωr⋅sin(ωt) e accelerazione a = -ω²s. L'accelerazione è sempre opposta allo spostamento.

Per le molle: ω = √(k/m), periodo T = 2π√(m/k). Per i pendoli: ω = √(g/l), periodo T = 2π√(l/g).

La velocità è massima al centro (vmax = ωr) e nulla agli estremi. L'accelerazione è massima agli estremi $amax = ω²r$ e nulla al centro.

Importante: Il periodo del pendolo dipende solo dalla lunghezza, non dalla massa!

Onde e Interferenza

Le onde hanno frequenza f = 1/T, lunghezza d'onda λ = v/f e velocità v = λf. Lungo una corda: v = √(FT/dL) con FT tensione e dL densità lineare.

La funzione d'onda è y = a⋅cos$2π(x/λ - t/T) + φ$. La fase φ determina la posizione iniziale dell'onda.

Nell'interferenza, onde in fase si sommano (interferenza costruttiva, Δφ = 2nπ), onde in opposizione si cancellano (interferenza distruttiva, Δφ = $2n+1$π).

Per la diffrazione della luce: frange luminose a sin αk = kλ/d, frange scure a sin αm = $m+½$λ/d. La lunghezza d'onda λ = dΔy/l.

Consiglio: Visualizzate sempre il comportamento delle onde con i grafici!