- Docente: Luisa Cifarelli
- Crediti formativi: 6
- SSD: FIS/01
- Lingua di insegnamento: Italiano
- Moduli: Luisa Cifarelli (Modulo 1) Andrea Alici (Modulo 2)
- Modalità didattica: Convenzionale - Lezioni in presenza (Modulo 1) Convenzionale - Lezioni in presenza (Modulo 2)
- Campus: Bologna
- Corso: Laurea in Fisica (cod. 9244)
Conoscenze e abilità da conseguire
Al termine del corso, lo studente conosce le leggi fondamentali della relatività ristretta, la loro applicazione alla meccanica e all'elettromagnetismo, ha acquisito familiarità con alcuni necessari strumenti matematici ed è in grado di risolvere semplici problemi. E infine a conoscenza di alcuni fondamentali esperimenti che necessitano una descrizione relativistica e, in particolare, quelli che hanno condotto alla formulazione e poi supportato la teoria.
Contenuti
FISICA RELATIVISTICA
Preambolo storico e introduzione
- Le principali tappe dello sviluppo della teoria della relatività ristretta (o teoria della relatività speciale)
- Il principio della relatività di Galilei. Legge d'inerzia. Sistemi di riferimento inerziali. Trasformazione di Galilei
- La velocità della luce stellare
- Leggi del moto di Newton. Invarianza dellla seconda legge del moto per trasformazione Galileiana
- L'aberrazione della luce stellare
- La costanza della velocità della luce stellare
- Misure della velocità della luce in laboratorio
- L'etere e i tentativi di misura del suo trascinamento
- Equazioni di Maxwell ed equazione d'onda
- Esperimento di Michelson e Morley (approfondimento)
- Ipotesi di Lorentz e Poincaré sulla contrazione dello spazio e dilatazione del tempo
- Massa dell'elettrone a velocità relativistiche. Esperimenti di Kaufmann, Bucherer, Guye
- Invarianza delle equazioni di Maxwell e trasformazioni di Lorentz (approfondimento)
- Einstein e la formulazione della teoria della relatività ristretta
Cinematica relativistica
- Sistemi di riferimento inerziali
- Sincronizzazione degli orologi e relatività della simultaneità
- Relatività del tempo e dello spazio
- Trasformazione di Lorentz delle coordinate: dilatazione del tempo, contrazione delle lunghezze
- Trasformazione della velocità: fattore gamma di Lorentz, velocità c come limite superiore
- Trasformazione dell'accelerazione e accelerazione propria
Fenomeni ottici e relatività
- Aberrazione della luce
- Esperimento di Fizeau
- Effetto Doppler
- Radiazione di sincrotrone
- La forza esercitata dalla luce
Dinamica relativistica
- Formalismo relativistico per impulso, massa ed energia
- Relazione tra impulso ed energia
- Approssimazioni classiche
- Particelle con massa nulla
- Conservazione dell'impulso e dell'energia
- Equivalenza tra massa ed energia
- Trasformazione dell'impulso e dell'energia
- Sistema di riferimento a impulso nullo e trasformazione dell'impulso e dell'energia totale per un sistema di particelle
- Urto tra due particelle identiche e test sperimentali della relatività
- Trasformazione della forza
- Moto di una particella carica in un campo elettrico e in un campo magnetico per effetto di una forza costante
Fenomeni elettromagnetici e relatività
- Invarianza della carica elettrica
- Trasformazioni del campo elettrico e del campo magnetico
- Campi prodotti da una carica elettrica in movimento
- Forza esercitata su una carica in movimento da una corrente elettrica
Il mondo di Minkowski
- Causalità, passato, presente, futuro
- Diagramma di Minkowski per una trasformazione di Lorentz, per la dilatazione del tempo e la contrazione delle lunghezze
- Un diagramma di Minkowski per l'effetto Doppler
- Quadrivettori: formalismo quadrivettoriale per posizione, velocità, accelerazione, energia-impulso, forza
- L'equazione del moto quadrivettoriale
- Equazioni di Maxwell tramite quadripotenziale e quadricorrente. Tensore del campo elettromagnetico. Formulazione covariante
Applicazioni e prove sperimentali della relatività
- Vita media dei muoni cosmici
- Effetto Sagnac
- Orologi in moto intorno alla Terra
- Il treno di Einstein
- Il paradosso dei gemelli
- Effetto Compton
- Acceleratori di particelle
- Energia di legame nucleare
Testi/Bibliografia
-- The Special Theory of Relativity – Foundations, Theory, Verification, Applications
Costas Christodoulides(Springer, 2016)
-- Special Relativity
Valerio Faraone
(Springer 2014)
-- Introduction to the Basic Concepts of Modern Physics – Special Relativity, Quantum and Statistical Physics
Carlo Maria Becchi, Massimo D'Elia
(Springer, 2016 - Third Edition)
-- Relativity Matters
Johann Rafelski
(Springer 2017)
Metodi didattici
Lezioni frontali (40 ore) ed esercitazioni (12 ore)
Modalità di verifica e valutazione dell'apprendimento
Prova scritta e orale
Strumenti a supporto della didattica
Slides e video proiettore
Orario di ricevimento
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