Concetti Chiave
- Il campo è una funzione a tre variabili che media le forze tra corpi attraverso interazioni a distanza, influenzando le modificazioni dello spazio.
- Nel 1800, l'elettromagnetismo è stato unificato da Maxwell, combinando elettricità, magnetismo e ottica, con le onde elettromagnetiche che si propagano alla velocità della luce.
- La meccanica quantistica introduce il fotone come mediatore della forza elettrica, presentando la sua natura sia come onda che come particella.
- Le trasformazioni di Lorentz sostituiscono quelle galileiane, dimostrando che la velocità è una funzione complessa e introducendo concetti di dilatazione del tempo e contrazione delle lunghezze.
- L'equivalenza massa-energia stabilisce che la massa può essere convertita in energia e viceversa, evidenziando l'importanza di queste trasformazioni in fenomeni come le reazioni nucleari.
Il campo è una funzione a 3 variabili (coordinate spaziali).
L’idea di campo nasce per le interazioni a distanza→ risentono di modificazioni dello spazio. La forza esercitata da un corpo su un’altra forza è mediata dal campo.
Per definire il campo bisogna utilizzare una carica di prova (q) piccolissima E=f/q
E è visualizzato con le linee di flusso (faraday)
Elettromagnetismo e onde
Il campo apre, nel 1800, all’elettromagnetismo (Maxwell) che unisce in un unico fenomeno
-elettricità (elettrostatica)
-Ottica (luce)
Le onde elettromagnetiche, infatti, sono perturbazioni dinamiche del campo che si propagano come un onda, alla velocità della luce (c=300.000 km/s)
-Onde della luce
-Onde radio
-Raggi x, ultravioletti…
Meccanica quantistica e relatività
Con la meccanica quantistica il fotone, mediatore delle forza elettrica, ha una doppia natura
-Onda
-particella
La relatività ristretta nasce da
-principio di relatività (nato da Galileo): non è possibile definire un moto assoluto→ nella fisica si utilizzano sistemi di riferimento inerziale, in cui corpi si muovono di moto rettilineo uniforme uno rispetto all’altro (inerzia: resistenza a variare il prorpio stato di moto); mentre in assenza di forze tutti i corpi mantengono un moto rettilineo uniforme.
Trasformazioni galileiane e di Lorentz
Trasformazioni galileiane
-Equazioni di Maxwell dell’ettromagnetismo→ c= costante universale, velocità a cui si propagano le onde in TUTTI i sistemi di riferimento (cozzando con il principio di relatività)
→ le leggi della fisica si devono poter esprimere nello stesso modo in ogni sistema di riferimento inerziale, dovendo abbandonare il concetto di simultaneità, pensare alla durata e alla distanza come relativi all’osservatore
→Le trasformazioni galileiane, che non funzionano per c, devono essere sostituite dalle trasformazioni di Lorentz.
Quali sono le implicazioni della relatività?
Le trasformazioni di Loretntz implicano
-che la velocità non si ottiene da una semplice somma delle velocità, ma attraverso una funzione complessa dalla quale risulta che c= costante universale.
-Che c è la velocità limite non raggiungibile da corpi dotati di massa inerziale.
-dilatazione dei tempi: il tempo dipende dalla velocità del sistema di riferimento, il tempo è dilatato in un sistema in movimento rispetto a uno di quiete.
-contrazione delle lunghezze: la lunghezza dipende dalla velocità del sistema di riferimento, l'oggetto in movimento risulta più corto dell'oggetto fermo
→ lo spazio e il tempo sono un unico sistema di riferimento in cui l’evento ha 4 dimensioni e le trasformazioni di Loretnz sono rotazioni dello spazio (x,y,z,t). La successione temporale è definita solo da connessioni causali.
La relatività implica che, aumentando la velocità, aumenti anche la massa in modo da limitare la velocità di qualunque corpo a una velocità inferiore a quella della luce.
Il lavoro può aumentare sia la massa sia l’energia cinetica, avvicinandosi a c va ad aumentare la massa invece della velocità.
Equivalenza massa-energia
Da ciò si è derivata l’equivalenza massa-energia per cui
-la massa è convertibile in molta energia (reazioni nucleari, bombe atomiche, onde gravitazionali che per essere rilevabili devono coinvolgere molta energia, recentemente collisione di 2 buchi neri ha trasformato istantaneamente una massa enorme in energia)
-molta energia è convertibile in una piccola massa (creazione di coppie particella-antiparticella)
→l’universo è un campo di energia che, quando molto concentrata, forma la massa
Domande da interrogazione
- Qual è il concetto fondamentale alla base della funzione campo?
- Come si è evoluto il concetto di campo nel contesto dell'elettromagnetismo?
- Qual è la doppia natura del fotone secondo la meccanica quantistica?
- Qual è la differenza tra trasformazioni galileiane e trasformazioni di Lorentz?
- Cosa implica l'equivalenza massa-energia?
Il campo è una funzione a tre variabili che descrive le interazioni a distanza, mediando la forza esercitata da un corpo su un altro attraverso una carica di prova (q) piccolissima, come indicato dalla formula E=f/q.
Nel 1800, il campo ha aperto la strada all'elettromagnetismo, unendo elettricità, magnetismo e ottica in un unico fenomeno, come descritto dalle equazioni di Maxwell.
Il fotone, mediatore della forza elettrica, possiede una doppia natura: è sia un'onda che una particella, come evidenziato nella meccanica quantistica.
Le trasformazioni galileiane non sono valide per la velocità della luce (c), che è una costante universale; pertanto, devono essere sostituite dalle trasformazioni di Lorentz, che considerano la relatività del tempo e dello spazio.
L'equivalenza massa-energia stabilisce che la massa può essere convertita in energia e viceversa, come dimostrato in reazioni nucleari e nella creazione di coppie particella-antiparticella, evidenziando che l'universo è un campo di energia che forma massa quando è molto concentrata.
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