Concetti Chiave
- Il concetto di campo si riferisce a una funzione a tre variabili spaziali che media le interazioni a distanza tra corpi attraverso linee di flusso.
- L'elettromagnetismo, unificato da Maxwell, combina elettricità, magnetismo e ottica, con onde elettromagnetiche che si propagano alla velocità della luce.
- La relatività ristretta, basata sul principio di relatività di Galileo, sostituisce le trasformazioni galileiane con quelle di Lorentz, implicando la costanza della velocità della luce.
- Le trasformazioni di Lorentz introducono concetti di dilatazione del tempo e contrazione delle lunghezze, influenzando la percezione di tempo e spazio relativi al sistema di riferimento.
- L'equivalenza massa-energia implica che la massa può essere convertita in energia e viceversa, con applicazioni in reazioni nucleari e fenomeni cosmici come la collisione di buchi neri.
Campo
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)
Il campo apre, nel 1800, all’elettromagnetismo (Maxwell) che unisce in un unico fenomeno
-elettricità (elettrostatica)
-Magnetismo
-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…
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
-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.
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 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.
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 del campo e come viene visualizzato?
- Come l'elettromagnetismo ha unificato diversi fenomeni fisici nel 1800?
- Qual è la doppia natura del fotone secondo la meccanica quantistica?
- Quali sono le implicazioni delle trasformazioni di Lorentz nella relatività ristretta?
- Come si manifesta l'equivalenza massa-energia nella fisica moderna?
Il concetto di campo nasce per spiegare le interazioni a distanza, mediando la forza esercitata da un corpo su un altro. Viene visualizzato con le linee di flusso, come proposto da Faraday.
L'elettromagnetismo, grazie alle equazioni di Maxwell, ha unificato elettricità, magnetismo e ottica in un unico fenomeno, spiegando le onde elettromagnetiche come perturbazioni del campo che si propagano alla velocità della luce.
Nella meccanica quantistica, il fotone, mediatore della forza elettrica, ha una doppia natura, comportandosi sia come onda che come particella.
Le trasformazioni di Lorentz implicano che la velocità della luce è una costante universale e non raggiungibile da corpi con massa inerziale, portando a fenomeni come la dilatazione dei tempi e la contrazione delle lunghezze.
L'equivalenza massa-energia implica che la massa può essere convertita in energia e viceversa, come dimostrato nelle reazioni nucleari e nella creazione di coppie particella-antiparticella, evidenziando che l'universo è un campo di energia.
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