Prefazione all`edizione italiana

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Prefazione all’edizione italiana
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uesta seconda edizione italiana del testo di D.C. Giancoli non è
una semplice traduzione: consiste piuttosto in un adattamento
del testo alle esigenze dei corsi di Fisica che vengono svolti nell'Università italiana per corsi di laurea diversi da quello in Fisica, in
particolare per Scienze Biologiche, Scienze Naturali, Medicina e Farmacia.
Come docenti di questi corsi, abbiamo utilizzato la prima edizione
italiana dal primo anno di avvio delle lauree triennali, perché ne condividiamo l'impostazione di base: la scelta di una trattazione semplificata
al massimo dal punto di vista matematico e quindi teorico, ma estremamente ricca dal punto di vista delle esemplificazioni e delle applicazioni sia al campo biomedico, sia alla vita quotidiana; il linguaggio molto
semplice ma curato e, in generale, l'attenzione, esplicitamente manifestata dall'autore, alle difficoltà concettuali che gli studenti incontrano
nell'apprendimento della Fisica; il numero elevato di esercizi di vario livello di difficoltà, adatti ad essere risolti in aula o suggeriti agli studenti per esercitarsi nella risoluzione dei problemi.
L'esperienza d’insegnamento ci ha permesso non solo di verificare
la validità di questa impostazione, ma anche di individuare alcune modifiche che, a nostro avviso, avrebbero potuto rendere il testo ancora
più adatto alle esigenze degli studenti dei nostri corsi, tenuto conto
anche che nelle lauree triennali il numero di ore veramente modesto
assegnato alla Fisica costringe il docente a fare una selezione drastica
degli argomenti da trattare.
L'uscita della sesta edizione americana è stata l'occasione per provare a tradurre in pratica le nostre osservazioni. Ecco quindi le variazioni che sono state introdotte rispetto alla nuova versione americana e
i motivi di queste scelte:
• È stata effettuata una riduzione significativa dei capitoli riguardanti: il moto rotatorio (capitoli 5 e 8), la quantità di moto (capitolo 7), l'elasticità (capitolo 9), i circuiti elettrici (capitolo 19),
l'induzione elettromagnetica (capitolo 21) e i fenomeni legati alla
natura ondulatoria della luce (capitolo 24), perché nella nostra
esperienza sono argomenti ai quali non si riesce a dare molto spazio e/o che risultano particolarmente difficili per gli studenti; una
riduzione più modesta, in alcuni casi praticamente nulla, è stata
effettuata su altri capitoli per alleggerire ulteriormente il testo.
• È stata conservata la maggioranza delle applicazioni, che sono un
elemento caratterizzante lo stile del volume, escludendone solo
alcune che si riferivano a campi diversi da quello biomedico o che
affrontavano argomenti trattati in modo molto più approfondito
in corsi specifici e per i quali il contributo della Fisica non emergeva come particolarmente significativo.
• Infine si è scelto di uniformare il più possibile la notazione e la
terminologia a quella utilizzata nei testi di Fisica scritti in italiano; è stato eliminato l'uso delle unità di misura non metriche; è
stata mantenuta invece la rappresentazione dei vettori con la
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freccetta, giustamente proposta dalla nuova edizione americana,
per facilitare il riconoscimento delle grandezze vettoriali da parte
dello studente.
Nonostante tali scelte, il materiale contenuto in questa seconda edizione italiana è certamente molto. Il modo in cui sono organizzati i contenuti consente comunque di fare agevolmente scelte individuali degli
argomenti da privilegiare, in funzione sia degli interessi e delle esigenze
degli studenti sia delle preferenze personali del docente.
Un commento particolare meritano i capitoli del testo dal 26 al 33
dedicati alla Fisica Moderna. Molto probabilmente gran parte dei contenuti di questi capitoli non potranno essere trattati in un corso di base,
tuttavia ci è sembrato importante fornirne una traduzione integrale per
diversi motivi:
• in essi vengono presentati i concetti necessari per comprendere
metodi e strumenti attualmente di uso comune nella ricerca e
nella pratica diagnostica delle discipline biomediche e non solo
(per esempio: microscopi elettronici e a sonda, laser, risonanza
magnetica nucleare, radioattività);
• vengono illustrati aspetti della ricerca di frontiera in Fisica (per
esempio: microelettronica, particelle elementari, astrofisica) che
possono risultare più interessanti per gli studenti;
• questa parte del testo può essere utilizzata in corsi opzionali di
approfondimento;
• riteniamo comunque utile per gli studenti avere a disposizione un
manuale completo e aggiornato sui risultati più recenti della ricerca in Fisica, da utilizzare anche in seguito come strumento di
consultazione.
Per quanto riguarda l'organizzazione dei contenuti nonché le innovazioni introdotte dalla nuova edizione americana e rispettate da questa
edizione italiana, rimandiamo alla puntuale e accurata prefazione dell'autore, riportata nelle prossime pagine.
I Curatori
Bologna, giugno 2007
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Prefazione all’edizione americana*
Vedere il mondo con gli occhi della Fisica
Questo libro è scritto per gli studenti, per fornire loro una comprensione approfondita dei concetti fondamentali della fisica in tutti i suoi
aspetti, dalla meccanica alla fisica moderna. Il suo scopo è spiegare la
fisica in una forma leggibile e interessante, accessibile e chiara, prevedendo le necessità e le difficoltà degli studenti senza per questo scadere in un’eccessiva semplificazione. Un secondo obiettivo del libro è
mostrare agli studenti, per mezzo di interessanti applicazioni, l’utilità
che può avere la fisica nella vita e nel loro futuro professionale; il terzo
è trasmettere un metodo efficace per impostare e risolvere i problemi.
Il testo è adatto in special modo agli studenti che stiano seguendo
un corso di fisica basato sull’uso dell’algebra e della trigonometria, ma
non dell’analisi matematica. Molti di questi studenti sono iscritti a corsi
di laurea in biologia o medicina oppure in architettura, in materie tecnologiche o in scienze della Terra e dell’ambiente. Molte delle applicazioni della fisica in questi campi mirano a rispondere alla domanda che
più comunemente viene posta dagli studenti: “Perché si deve studiare la
fisica?” La risposta è che la fisica è fondamentale per la piena comprensione degli ambiti di studio sopra citati e in questo libro è possibile
avere un’idea del modo in cui essa svolge questo ruolo. La fisica è presente in tutti gli aspetti della nostra vita quotidiana; lo scopo di questo
libro è aiutare gli studenti a vedere il mondo con gli occhi della fisica.
Ecco alcune delle nuove caratteristiche di questa sesta edizione**:
(1) esercizi inseriti nel testo perché gli studenti possano controllare via
via il proprio apprendimento; (2) nuovi paragrafi nella struttura degli
Esempi svolti, denominati Approccio; (3) nuovi Esempi che seguono
passo per passo la Guida alla risoluzione dei problemi; (4) nuovi sviluppi della fisica, come il capitolo 33, rigorosamente aggiornato sulla cosmologia e l’astrofisica in base agli ultimi risultati dell'attuale “Rivoluzione cosmologica” e (5) nuove applicazioni, come, ad esempio, le descrizioni dettagliate in termini fisici delle macchine fotografiche digitali
e la trattazione estesa degli apparecchi elettrici e dei relativi problemi
di sicurezza. Questi e altri nuovi aspetti sono illustrati di seguito.
La Fisica: come capirla
Abbiamo evitato il tradizionale approccio asciutto e dogmatico che
prevede di trattare prima gli argomenti in modo formale e astratto e
solo dopo di metterli in relazione con l’esperienza personale degli studenti. L’approccio seguito è stato invece quello di sottolineare prima di
tutto che la fisica è una descrizione della realtà e di introdurre ogni argomento con osservazioni ed esperienze concrete alle quali gli studenti
possano fare riferimento diretto. Solo dopo si è passati alla generalizzazione e alla trattazione più formale dell’argomento. Questo non solo
* Ndr: Riportiamo il testo della prefazione scritta dall’autore per la sesta edizione americana. Segnaliamo che in essa sono stati eliminati i riferimenti alle parti che, per i motivi
esposti nella prefazione all’edizione italiana, non compaiono in questo volume.
** Ndr: Questa seconda edizione italiana è stata condotta sulla sesta edizione americana.
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rende la materia più interessante e più facile da comprendere, ma è più
vicino al modo in cui la fisica viene effettivamente praticata.
Si è cercato di limitare la lunghezza dei primi capitoli: per prima
cosa bisogna apprendere i concetti fondamentali; molti aspetti possono
seguire più tardi, quando gli studenti sono più preparati. Se non si sovraccaricano gli studenti con troppi dettagli, soprattutto all’inizio, è
possibile che trovino la fisica interessante, divertente e utile, e che coloro che ne erano spaventati possano ricredersi.
Le leggi fondamentali della fisica sono state evidenziate con un fondino colorato e con una nota a margine in lettere maiuscole racchiuse
da un riquadro. A tutte le equazioni importanti è stato assegnato un
numero in modo da distinguerle da quelle di uso meno comune. Per
rendere più chiaro quali equazioni sono generali e quali no, sono stati
indicati tra parentesi quadre, vicino all’equazione, i limiti di applicabilità, come per esempio:
x = x0 + v0 t + 12 at 2
[accelerazione costante]
La matematica può rappresentare per lo studente un ostacolo alla comprensione, perciò abbiamo fatto in modo da riportare sempre tutti i
passaggi matematici necessari per derivare un’equazione. Importanti
strumenti matematici, come la somma di vettori e le formule trigonometriche, sono spiegati nel testo la prima volta che vengono richiamati,
in modo che compaiano nel loro contesto piuttosto che in un arido capitolo introduttivo. L’Appendice alla fine del volume contiene un ripasso di algebra e geometria. Dappertutto sono usate le unità di misura del
Sistema Internazionale (SI). Altre unità di misura metriche sono definite a titolo di informazione.
Il capitolo 1 non è fatto per essere saltato. È fondamentale per i fisici comprendere che ogni misura è affetta da un’incertezza e acquisire
dimestichezza con le cifre significative. Molto importante è anche saper
convertire le unità di misura ed essere capaci di effettuare stime rapide.
I cenni storici introdotti all’inizio del capitolo 1 hanno lo scopo di ampliare la comprensione personale del mondo, ma non è necessario che
siano svolti in classe.
Le numerose applicazioni vengono in alcuni casi presentate solo
come esempi dei principi fisici trattati, in altri sono spiegate in profondità. Sono state scelte con cura e integrate nel testo in modo da non interferire con i concetti della fisica, ma da renderli più chiari. Per
semplificare l’individuazione delle applicazioni è stata posta a margine
la dicitura «FISICA APPLICATA».
Il colore è usato come supporto pedagogico per evidenziare la fisica. Per esempio, vettori diversi vengono rappresentati con colori differenti (vedi la tavola sull’uso dei colori).
Le immagini di apertura dei capitoli sono state scelte in modo che
la didascalia che le accompagna sia una specie di riassunto del capitolo.
Alcuni dei nuovi aspetti di fisica e pedagogia di questa sesta edizione sono:
• Rivoluzione cosmologica: Con l’aiuto dei maggiori esperti in cosmologia e astrofisica sono presentati gli ultimi risultati e interpretazioni dell’attuale “Età dell’oro della cosmologia”.
• Maggiore chiarezza: Allo scopo di migliorare la chiarezza della
presentazione, nessun argomento e nessun paragrafo di questo
libro è stato trascurato nella revisione: sono stati effettuati molti
interventi migliorativi di portata più o meno importante. L’intenzione era quella di eliminare frasi e proposizioni che potevano
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rallentare il ragionamento principale: limitarsi all’essenziale innanzitutto, fornire le elaborazioni dopo.
Rappresentazione dei vettori con freccette: I simboli per le grandezze vettoriali nel testo e nelle figure ora recano sopra una piccola freccia, in modo da assomigliare a quelli scritti a mano dai
professori a lezione. Ad esempio, v per la velocità, F per la forza.
Esercizi: Sono ora proposti alcuni esercizi nel corso del testo perché gli studenti possano controllare via via l’apprendimento. Le
risposte si trovano a fine capitolo.
Esempi passo per passo: Sono stati introdotti dopo ciascuna
Guida alla risoluzione dei problemi, come spiegato più avanti.
Esempi concettuali: Non sono una nuova caratteristica, ma ne
sono stati inseriti alcuni nuovi.
Esempi modificati: Sono resi espliciti più passaggi matematici e
sono stati aggiunti molti nuovi esempi, come illustrato in dettaglio nel seguito.
Impaginazione: È stata posta ancora più attenzione che nell’edizione precedente all’impostazione delle pagine. Si è cercato di
mantenere passaggi matematici e corrispondenti ragionamenti
su pagine affiancate, per evitare che gli studenti debbano continuamente voltare pagina avanti e indietro.
Sottotitoli: Molti dei paragrafi all’interno di un capitolo sono
stati ulteriormente divisi in sottoparagrafi, presentando così gli
argomenti spezzati in porzioni più trattabili, che concedono agli
studenti delle «pause» per tirare il fiato.
Note a margine: Attenzione. Le note a margine in azzurro mettono in evidenza i principali argomenti trattati, come una specie
di sottolineatura e un aiuto per ritrovare gli argomenti durante il
ripasso, oppure indicano le applicazioni e i suggerimenti per la risoluzione dei problemi. Un nuovo tipo di nota, «ATTENZIONE», segnala i possibili errori concettuali in cui spesso si incorre, e che
vengono spiegati nel testo adiacente.
Eliminazioni: Per evitare che il libro risulti troppo lungo e per ridurre il carico di studio relativo agli argomenti più complessi, la
trattazione di molti argomenti è stata accorciata o sveltita e, in alcuni casi, eliminata.
Nuovi argomenti di Fisica e principali revisioni
Ecco un elenco dei principali cambiamenti e delle principali aggiunte
(ma ve ne sono molte altre):
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Maggiore uso delle simmetrie, anche nella soluzione dei problemi
Analisi dimensionale, facoltativa (cap. 1)
Più grafici nella cinematica (cap. 2)
Rendimento dei motori (capp. 6 e 15)
Teorema dell’energia cinetica e conservazione dell’energia:
nuovo sottoparagrafo (cap. 6), sviluppato anche in termodinamica (cap. 15) e nell’elettricità (cap. 17)
• Forza esercitata sulla palla da tennis dalla racchetta (cap. 7)
• Ali dell’aeroplano, palline «tagliate», barche a vela e altre applicazioni del principio di Bernoulli: migliorate e rese più chiare con
nuovo materiale (cap. 10)
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• Distinzione fra l’interferenza delle onde nello spazio e nel tempo
(battimenti) (cap. 11)
• Effetto Doppler per la luce (ora cap. 12 e anche cap. 33)
• Primo principio della termodinamica riscritto ed esteso, collegato
meglio al teorema dell’energia cinetica e alla conservazione dell’energia (cap. 15)
• Separazione della carica negli isolanti (cap. 16)
• Legge di Gauss, facoltativa (cap. 16)
• Forza elettrica e direzione del campo, ora messe in risalto (capp. 16,
17)
• Potenziale elettrico ora messo meglio in relazione al lavoro e con
più dettagli (cap. 17)
• Effetto dielettrico su un condensatore con e senza connessione al
generatore, più altri dettagli (cap. 17)
• Derivazione della capacità di un condensatore a piastre parallele,
facoltativo (cap. 17)
• Pericoli nell’uso di apparecchi elettrici, messa a terra, sicurezza,
interruttori di corrente: ampliati (capp. 17, 18, 19, 20, 21)
• Corrente elettrica, concezioni errate (cap. 18)
• Tensione ai morsetti e f.e.m. riorganizzata, con più dettagli (cap. 19)
• Materiali magnetici, trattazione accorciata (cap. 20)
• Regole della mano destra riassunte in una tabella (cap. 20)
• Leggi di Faraday e di Lenz, trattazione ampliata (cap. 21)
• Circuiti AC e corrente di spostamento, trattazione accorciata
(cap. 21)
• Pressione di radiazione e quantità di moto delle onde EM (cap. 22)
• Dove ci si vede in uno specchio; dove si vede veramente l’immagine prodotta da una lente (cap. 23)
• La fisica delle macchine fotografiche digitali e CCD (cap. 25)
• Massa relativistica, trattazione rivista (cap. 26)
• Risultati rivoluzionari in cosmologia: forma ed età dell’Universo,
WMAP, SDSS, materia oscura ed energia oscura (cap. 33)
Risoluzione dei problemi con un approccio nuovo
La capacità di risolvere i problemi è una competenza valida di per sé,
ma è anche un modo efficace per comprendere più a fondo la fisica.
Ecco alcuni metodi che questo libro adotta per aiutare gli studenti a diventare bravi risolutori di problemi.
• Guide alla risoluzione dei problemi: In numero di 20 circa, si
trovano in tutto il libro. Ognuna di esse descrive un approccio
passo per passo per risolvere i problemi, valido in generale o in
relazione a un argomento specifico. Gli studenti più brillanti possono considerare superflue queste guide (e saltarle), ma è probabile che molti altri le trovino utili. Fra le Guide alla risoluzione
dei problemi, quella generale si trova al paragrafo 4-9, cioè dopo
che gli studenti si sono già confrontati con la risoluzione di alcuni
problemi, così che siano motivati a leggerla con maggiore attenzione. Il paragrafo 4-9 può essere affrontato anche prima, se lo si
desidera. Le Guide non devono essere considerate una ricetta,
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ma un suggerimento, e perciò in alcuni casi sono state inserite
dopo gli Esempi, per servire come riassunto da utilizzare in seguito, per esercizi analoghi.
• Esempi: Gli Esempi svolti, ognuno riportato con un titolo in
modo da poter essere individuato più facilmente, si dividono in
quattro categorie:
(1) Per la maggioranza si tratta di semplici esempi svolti, utili per
impratichirsi nella risoluzione di problemi. Ne sono stati aggiunti di nuovi, alcuni di quelli vecchi sono stati eliminati e
molti altri sono stati corretti per maggiore chiarezza, con l’introduzione di più passaggi matematici, di più spiegazioni sul
«perché si fa così» e del nuovo paragrafo Approccio, che stimola una discussione sul ragionamento di risoluzione. L’obiettivo è di «pensare ad alta voce» con gli studenti, portandoli a sviluppare l’intuizione. Il livello di difficoltà degli
esempi proposti per ogni argomento cresce gradualmente,
fino ai più complicati che assomigliano ai problemi di livello III proposti a fine capitolo. Molti Esempi introducono importanti applicazioni in vari campi della vita di tutti i giorni.
(2) Esempi «passo per passo»: L’esempio proposto in genere
dopo le Guide alla Risoluzione dei Problemi viene risolto seguendo passo per passo lo schema della Guida stessa, appunto per mostrare agli studenti come va utilizzata. Queste
soluzioni sono lunghe e articolate: possono risultare ridondanti, e quindi sono proposte solo in un esempio per tipo.
(3) Esempi di «Stima»: Rappresentano circa il 10% del totale;
intendono sviluppare l’abilità di effettuare stime dell’ordine
di grandezza, anche quando i dati sono insufficienti e non ci si
aspetterebbe di poter ottenere qualche risultato. Vedi, per
esempio, nel paragrafo 1-7, gli Esempi da 1-6 a 1-9.
(4) Esempi concettuali: Ognuno consiste in una breve domanda
di tipo «socratico», che vuole stimolare lo studente a cercare
la risposta prima di leggerla.
• Paragrafo APPROCCIO: Tutti gli Esempi svolti riportano ora un
breve paragrafo introduttivo precedente alla Soluzione, che indica
l’approccio scelto e i passi da compiere per risolvere il problema.
• NOTA: Molti esempi contengono anche una Nota dopo la soluzione, che a volte mette in evidenza caratteristiche salienti della
soluzione trovata, a volte ricorda possibili applicazioni, a volte
fornisce un approccio alternativo per risolvere il problema.
• Esempi aggiuntivi: Alcuni argomenti di fisica, per risultare chiari,
hanno bisogno di essere presentati in contesti diversi, ma troppi
esempi tutti insieme possano risultare un sovraccarico per alcuni
studenti. In questi casi il sottotitolo Esempio aggiuntivo segnala
agli studenti che in prima lettura l’esempio può essere saltato.
Quando poi gli studenti prenderanno in considerazione una seconda lettura del capitolo, tali parti aggiuntive offriranno la possibilità di imparare a risolvere un più ampio spettro di problemi.
• Gli Esercizi inseriti all’interno del testo, dopo un Esempio o
dopo lo sviluppo di un’equazione, danno agli studenti l’opportunità di verificare se hanno capito abbastanza da rispondere a una
domanda semplice o da eseguire un calcolo. Le risposte sono riportate in fondo all’ultima pagina del capitolo.
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• I Problemi a fine capitolo sono stati accresciuti in quantità e qualità. Alcuni di quelli vecchi sono stati rimpiazzati o riscritti per
maggiore chiarezza e/o hanno valori numerici diversi rispetto all’edizione precedente. Ogni capitolo contiene un gran numero di
problemi raggruppati per paragrafo e classificati approssimativamente secondo la difficoltà: al livello I i problemi sono semplici,
fatti per prendere confidenza con l’argomento; al livello II sono
problemi «normali» che richiedono un po’ più di impegno e in
genere contengono la combinazione di due diversi concetti; al livello III sono quelli più complessi, i problemi da «credito extra»,
che sfidano anche gli studenti più brillanti. Il raggruppamento
per paragrafo aiuta gli insegnanti a scegliere quale argomento vogliono sottolineare e indica che questi problemi si riferiscono a
quanto affrontato fino a quel punto: può essere che si debba fare
riferimento anche alla materia trattata in precedenza.
• I Problemi generali non riportano l’indicazione del livello; sono
raggruppati alla fine del capitolo e rappresentano circa il 30% di
tutti i problemi. Non sono necessariamente più difficili, ma è più
probabile che richiamino concetti relativi a capitoli precedenti.
Sono utili per gli insegnanti che vogliano assegnare agli studenti
qualche problema senza indicare il paragrafo a cui si riferiscono e
il livello di difficoltà.
• I Quesiti, anch’essi alla fine del capitolo, sono domande concettuali. Aiutano gli studenti ad applicare principi e concetti e contribuiscono così ad approfondire meglio il loro apprendimento (o
a far capire loro che debbono studiare di più).
Assegnazione dei Problemi
Si consiglia agli insegnanti di assegnare un numero consistente di problemi del I e II livello e un piccolo numeri di problemi generali, e riservare i problemi di livello III come «credito extra» per stimolare gli
studenti più brillanti. Benché la maggior parte dei problemi di livello I
sembri facile, essi aiutano ad acquisire fiducia in sé stessi, una componente importante dell’apprendimento, specialmente nella fisica. In
fondo al libro sono fornite le risposte ai problemi di numero dispari.
Organizzazione
Il profilo generale di questa nuova edizione mantiene un’ordine tradizionale di presentazione degli argomenti: meccanica (capp. da 1 a 9);
fluidi, vibrazioni, onde e suono (capp. da 10 a 12), seguiti dalla teoria
cinetica e dalla termodinamica (capp. da 13 a 15), elettricità e magnetismo (capp. da 16 a 22), luce e ottica (capp. da 23 a 25) e fisica moderna
(capp. 26 e 33). Il libro affronta praticamente tutti gli argomenti trattati nei corsi introduttivi di fisica.
La tradizione di cominciare con la meccanica è ragionevole, in
quanto questa disciplina è stata sviluppata storicamente per prima e da
essa dipende tanta parte del resto della fisica. All’interno della meccanica gli argomenti possono essere ordinati in vari modi e questo libro
consente un’ampia flessibilità. Si può, ad esempio, trattare la statica
dopo la dinamica, anche perché molti studenti hanno difficoltà a capire
il concetto di forza disgiunto dal moto. Inoltre, la statica è un caso particolare della dinamica: noi studiamo la statica per sapere come evitare
che le strutture diventino dinamiche, cioè crollino. La statica, tuttavia
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(cap. 9), può essere trattata anche prima della dinamica dopo una breve
introduzione sui vettori. Un’altra scelta riguarda la luce, che è stata
posta dopo l’elettricità e il magnetismo e dopo le onde elettromagnetiche: la luce potrebbe essere trattata invece immediatamente dopo i capitoli sulle onde (cap. 11). La relatività ristretta (cap.26) potrebbe
essere trattata insieme alla meccanica, ad esempio dopo il capitolo 7.
Non bisogna dare necessariamente la stessa importanza a tutti i capitoli: ad esempio, il capitolo 4 e il capitolo 21 possono richiedere da 1
a 2 settimane ciascuno per essere completati, mentre i capitoli 12 e 22
possono richiedere anche solo due o tre giorni. Dato che il capitolo 11
tratta esaurientemente le onde stazionarie, il capitolo 12 può essere lasciato da leggere agli studenti per conto loro se non c’è abbastanza
tempo disponibile in classe.
Il libro contiene più materiale di quanto possa essere trattato nella
maggior parte dei corsi annuali, ma offre una notevole flessibilità nella
scelta degli argomenti. I paragrafi contrassegnati con un asterisco (*)
possono essere considerati facoltativi, in quanto contengono una fisica
un po’ più avanzata (forse materia non usuale nei corsi ordinari) e/o interessanti applicazioni. Questi paragrafi non contengono materiale necessario per i capitoli successivi, se non per qualche paragrafo facoltativo. Ciò non implica che tutti i paragrafi senza asterisco debbano essere svolti; rimane ancora una considerevole flessibilità di scelta. Per un
corso breve, tutto il materiale con asterisco può essere saltato, così
come la maggior parte dei capitoli 10, 12, 19, 22, 28, 29, 32, e 33 e forse
anche alcune parti dei capitoli 7, 8, 9, 15, 21, 24, 25 e 31. Gli argomenti
non svolti in classe possono rappresentare una risorsa per gli studenti
nella continuazione degli studi.
Nuove Applicazioni
Una caratteristica importante di questo libro è sempre stata, e continua
a essere, il notevole spazio riservato alle applicazioni della fisica alla
biologia e alla medicina, e ad altri settori scientifici e tecnologici, nonché alla vita di tutti i giorni. Le applicazioni sono interessanti di per sé,
e inoltre rispondono alla consueta domanda degli studenti: “Perché
dobbiamo studiare la fisica?”. Ne sono state aggiunte di nuove, alcune
delle quali sono elencate qui di seguito (vedi anche l’indice generale).
• Macchine fotografiche digitali, CCD (cap. 25)
• Pericoli nell’uso di apparecchi elettrici, norme di sicurezza, vari
tipi di interruttori di corrente e interruttori di circuito (capp. 17,
18, 19, 20, 21)
• Le più alte vette del mondo (conversione di unità di misura, cap. 1)
• Applicazioni dei condensatori (cap. 17)
• Palline «tagliate» (cap. 10)
• Accensione di un’automobile con i cavi (cap. 19)
• Circuiti RC nei pacemaker (cap. 19)
• Voltmetri digitali (cap. 19)
Ringraziamenti
Più di 60 professori di fisica hanno dato un contributo di idee e di osservazioni sui diversi aspetti del testo (organizzazione, contenuti, figure), e hanno dato suggerimenti per nuovi Esempi e Problemi. I nomi
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dei revisori di questa sesta edizione sono riportati qui sotto. Con ognuno di essi ho un debito di gratitudine:
Zaven Altounian (McGill University)
David Amadio (Cypress Falls Senior High School)
Andrew Bacher (Indiana University)
Rama Bansil (Boston University)
Mitchell C. Begelman (University of Colorado)
Cornelius Bennhold (George Washington University)
Mike Berger (Indiana University)
George W. Brandenburg (Harvard University)
Robert Coakley (University of Southern Maine)
Renee D. Diehl (Penn State University)
Kathryn Dimiduk (University of New Mexico)
Leroy W. Dubeck (Temple University)
Andrew Duffy (Boston University)
John J. Dykla (Loyola University Chicago)
John Essick (Reed College)
David Faust (Mt. Hood Community College)
Gerald Feldman (George Washington University)
Frank A. Ferrone (Drexel University)
Alex Filippenko (University of California, Berkeley)
Richard Firestone (Lawrence Berkeley Lab)
Theodore Gotis (Oakton Community College)
J. Erik Hendrickson (University of Wisconsin,
Eau Claire)
Laurent Hodges (Iowa State University)
Brian Houser (Eastern Washington University)
Brad Johnson (Western Washington University)
Randall S. Jones (Loyola College of Maryland)
Joseph A. Keane (St. Thomas Aquinas College)
Arthur Kosowsky (Rutgers University)
Amitabh Lath (Rutgers University)
Paul L. Lee (California State University, Northridge)
Jerome R. Long (Virginia Tech)
Mark Lucas (Ohio University)
Dan MacIsaac (Northern Arizona University)
William W. McNairy (Duke University)
Laszlo Mihaly (SUNY Stony Brook)
Peter J. Mohr (NIST)
Lisa K. Morris (Washington State University)
Paul Morris (Abilene Christian University)
Hon-Kie Ng (Florida State University)
Mark Oreglia (University of Chicago)
Lyman Page (Princeton University)
Bruce Partridge (Haverford College)
R. Daryl Pedigo (University of Washington)
Robert Pelcovits (Brown University)
Alan Pepper (Campbell School, Adelaide, Australia)
Kevin T. Pitts (University of Illinois)
Steven Pollock (University of Colorado, Boulder)
W. Steve Quon (Ventura College)
Michele Rallis (Ohio State University)
James J. Rhyne (University of Missouri, Columbia)
Paul L. Richards (University of California, Berkeley)
Dennis Rioux (University of Wisconsin, Oshkosh)
Robert Ross (University of Detroit, Mercy)
Roy S. Rubins (University of Texas, Arlington)
Wolfgang Rueckner (Harvard University Extension)
Randall J. Scalise (Southern Methodist University)
Arthur G. Schmidt (Northwestern University)
Cindy Schwarz (Vassar College)
Bartlett M. Sheinberg (Houston Community College)
J. L. Shinpaugh (East Carolina University)
Ross L. Spencer (Brigham Young University)
Mark Sprague (East Carolina University)
Michael G. Strauss (University of Oklahoma)
Chun Fu Su (Mississippi State University)
Ronald G. Taback (Youngstown State University)
Leo H. Takahashi (Pennsylvania State University,
Beaver)
Raymond C. Turner (Clemson University)
Robert C. Webb (Texas A&M University)
Arthur Wiggins (Oakland Community College)
Stanley Wojcicki (Stanford University)
Edward L. Wright (University of California,
Los Angeles)
Andrzej Zieminski (Indiana University)
Desidero ringraziare anche quei colleghi fisici che hanno collaborato
alla revisione delle precedenti edizioni:
David B. Aaron (South Dakota State University)
Narahari Achar (Memphis State University)
William T. Achor (Western Maryland College)
Arthur Alt (College of Great Falls)
John Anderson (University of Pittsburgh)
Subhash Antani (Edgewood College)
Atam P. Arya (West Virginia University)
Sirus Aryainejad (Eastern Illinois University)
Charles R. Bacon (Ferris State University)
Arthur Ballato (Brookhaven National Laboratory)
David E. Bannon (Chemeketa Community College)
Gene Barnes (California State University, Sacramento)
Isaac Bass
Jacob Becher (Old Dominion University)
Paul A. Bender (Washington State University)
Michael S. Berger (Indiana University)
Donald E. Bowen (Stephen F. Austin University)
Joseph Boyle (Miami-Dade Community College)
Peter Brancazio (Brooklyn College, CUNY)
Michael E. Browne (University of Idaho)
Michael Broyles (Collin County Community College)
Anthony Buffa (California Polytechnic State
University)
David Bushnell (Northern Illinois University)
Neal M. Cason (University of Notre Dame)
H. R. Chandrasekhar (University of Missouri)
Ram D. Chaudhari (SUNY, Oswego)
K. Kelvin Cheng (Texas Tech University)
Lowell O. Christensen (American River College)
Mark W. Plano Clark (Doane College)
Irvine G. Clator (UNC, Wilmington)
Albert C. Claus (Loyola University of Chicago)
Scott Cohen (Portland State University)
Lawrence Coleman (University of California, Davis)
Lattie Collins (East Tennessee State University)
Sally Daniels (Oakland University)
Jack E. Denson (Mississippi State University)
Waren Deshotels (Marquette University)
romane 18-07-2007 12:42 Pagina xxv
ISBN 88-8-1336-5
Eric Dietz (California State University, Chico)
Frank Drake (University of California, Santa Cruz)
Paul Draper (University of Texas, Arlington)
Miles J. Dresser (Washington State University)
Ryan Droste (The College of Charleston)
F. Eugene Dunnam (University of Florida)
Len Feuerhelm (Oklahoma Christian University)
Donald Foster (Wichita State University)
Gregory E. Francis (Montana State University)
Philip Gash (California State University, Chico)
J. David Gavenda (University of Texas, Austin)
Simon George (California State University,
Long Beach)
James Gerhart (University of Washington)
Bernard Gerstman (Florida International University)
Charles Glashausser (Rutgers University)
Grant W. Hart (Brigham Young University)
Hershel J. Hausman (Ohio State University)
Melissa Hill (Marquette University)
Mark Hillery (Hunter College)
Hans Hochheimer (Colorado State University)
Joseph M. Hoffman (Frostburg State University)
Peter Hoffman-Pinther (University of Houston,
Downtown)
Alex Holloway (University of Nebraska, Omaha)
Fred W. Inman (Mankato State University)
M. Azad Islan (SUNY, Potsdam)
James P. Jacobs (University of Montana)
Larry D. Johnson (Northeast Louisiana University)
Gordon Jones (Mississippi State University)
Rex Joyner (Indiana Institute of Technology)
Sina David Kaviani (El Camino College)
Kirby W. Kemper (Florida State University)
Sanford Kern (Colorado State University)
James E. Kettler (Ohio University, Eastern Campus)
James R. Kirk (Edinboro University of Pennsylvania)
Alok Kuman (SUNY, Oswego)
Sung Kyu Kim (Macalester College)
Amer Lahamer (Berea College)
Clement Y. Lam (North Harris College)
David Lamp (Texas Tech University)
Peter Landry (McGill University)
Michael Lieber (University of Arkansas)
Bryan H. Long (Columbia State College)
Michael C. LoPresto (Henry Ford Community College)
James Madsen (University of Wisconsin, River Falls)
Ponn Mahes (Winthrop University)
Robert H. March (University of Wisconsin, Madison)
David Markowitz (University of Connecticut)
Daniel J. McLaughlin (University of Hartford)
E. R. Menzel (Texas Tech University)
Robert Messina
David Mills (College of the Redwoods)
George K. Miner (University of Dayton)
Victor Montemeyer (Middle Tennessee State University)
Marina Morrow (Lansing Community College)
Prefazione all’edizione americanaMMMMxxv
Ed Nelson (University of Iowa)
Dennis Nemeschansky (USC)
Gregor Novak (Indiana University/Purdue University)
Roy J. Peterson (University of Colorado, Boulder)
Frederick M. Phelps (Central Michigan University)
Brian L. Pickering (Laney College)
T. A. K. Pillai (University of Wisconsin, La Crosse)
John Polo (Edinboro University of Pennsylvania)
Michael Ram (University of Buffalo)
John Reading (Texas A&M University)
David Reid (Eastern Michigan University)
Charles Richardson (University of Arkansas)
William Riley (Ohio State University)
Larry Rowan (University of North Carolina)
D. Lee Rutledge (Oklahoma State University)
Hajime Sakai (University of Massachusetts, Amherst)
Thomas Sayetta (East Carolina University)
Neil Schiller (Ocean County College)
Ann Schmiedekamp (Pennsylvania State University,
Ogontz)
Juergen Schroeer (Illinois State University)
Mark Semon (Bates College)
James P. Sheerin (Eastern Michigan University)
Eric Sheldon (University of Massachusetts, Lowell)
K. Y. Shen (California State University, Long Beach)
Marc Sher (College of William and Mary)
Joseph Shinar (Iowa State University)
Thomas W. Sills (Wilbur Wright College)
Anthony A. Siluidi (Kent State University)
Michael A. Simon (Housatonic Community College)
Upindranath Singh (Embry-Riddle)
Michael I. Sobel (Brooklyn College)
Donald Sparks (Los Angeles Pierce College)
Thor F. Stromberg (New Mexico State University)
James F. Sullivan (University of Cincinnati)
Kenneth Swinney (Bevill State Community College)
Harold E. Taylor (Stockton State University)
John E. Teggins (Auburn University at Montgomery)
Colin Terry (Ventura College)
Michael Thoennessen (Michigan State University)
Kwok Yeung Tsang (Georgia Institute of Technology)
Jagdish K. Tuli (Brookhaven National Laboratory)
Paul Urone (CSU, Sacramento)
Linn D. Van Woerkom (Ohio State University)
S. L. Varghese (University of South Alabama)
Jearl Walker (Cleveland State University)
Robert A. Walking (University of Southern Maine)
Jai-Ching Wang (Alabama A&M University)
Thomas A. Weber (Iowa State University)
John C. Wells (Tennessee Technological)
Gareth Williams (San Jose State University)
Wendall S. Williams (Case Western Reserve University)
Jerry Wilson (Metropolitan State College at Denver)
Lowell Wood (University of Houston)
David Wright (Tidewater Community College)
Peter Zimmerman (Louisiana State University)
Ringrazio in maniera particolare i professori Bob Davis ed Erik Hendrikson per il prezioso apporto e specialmente per aver risolto tutti i
Problemi e prodotto il Manuale delle soluzioni di tutti i Problemi e i
Quesiti, come pure per aver provveduto alla risposte ai problemi di numero dispari che si trovano alla fine del libro. Grazie anche al gruppo
che essi hanno diretto (Proff. David Currot, Bryan Long e Richard
romane 18-07-2007 12:42 Pagina xxvi
xxviMMMMPrefazione all’edizione americana
ISBN 88-8-1336-5
Louie): anch’essi hanno trattato i Problemi e i Quesiti, controllandosi a
vicenda.
Sono grato ai professori Robert Coakley, Lisa Morris, Kathryn Dimiduk, Robert Percovits, Raymond Turner, Cornelius Bennhold, Gerard Feldman, Alan Pepper, Michael Strauss e Zaven Altouian, che
hanno ispirato molti degli Esempi, Quesiti, Problemi e importanti chiarimenti.
Il capitolo 33 sulla cosmologia e l’astrofisica ha assorbito molto più
tempo di ogni altro capitolo a causa dei recentissimi e ancora in corso
risultati “rivoluzionari” che io volevo presentare. Ho avuto la fortuna
di ricevere il generoso apporto di alcuni dei massimi esperti del ramo,
coi quali ho un debito di gratitudine: Paul Richards e Alex Flippenko
(U.C.Berkeley), Lyman Page (Princeton e WMAP), Edward Wright
(U.C.L.A. e WMAP), Mitchel Begelman (U.Colorado), Bruce Partridge (Haverford College), Arthur Kosowsky (Rutgers) e Michael Strauss
(Princeton e SDSS).
Desidero ringraziare in special modo i professori Howard Shugart,
Chris Mc Kee e molti altri del Physics Department dell’Università della
California (Berkeley) per le utili discussioni e per l’ospitalità. Grazie
anche al Prof. Tito Arecchi e agli altri ricercatori dell’Istituto Nazionale di Ottica di Firenze.
Infine sono sommamente grato alle molte persone della Prentice
Hall con cui ho lavorato a questo progetto, in particolare Paul Corey,
Erik Fahlgren, Andrew Sobel, Chirag Takkar, John Challice e soprattutto a Karen Karlin e Susan Fisher, altamente professionali e meravigliosamente solerti. La responsabilità finale di tutti gli errori spetta a
me. Saranno benvenuti commenti, correzioni e suggerimenti per migliorare la prossima ristampa a vantaggio degli studenti.
D.C.G.