81786 - FISICA RELATIVISTICA (M-Z)

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

Brevi richiami di meccanica. Grandezze relative e assolute. Riferimenti inerziali e non inerziali. L’equivalenza dei riferimenti inerziali, il principio di relatività galileiano. Le trasformazioni di Galilei. Le trasformazioni delle principali grandezze meccaniche e delle leggi del moto.

Brevi richiami di elettromagnetismo. L’interpretazione dell’elettromagnetismo nel contesto del concetto di etere. Le principali implicazioni: non validità del principio di relatività galileiano, la composizione della velocità della luce. L’interferometro di Michelson e l’esperimento di Michelson e Morley.

La proposta di Einstein: i postulati della teoria della relatività ristretta. La costruzione delle nuove trasformazioni: le trasformazioni di Lorentz. La dilatazione del tempo, la relatività della simultaneità, la contrazione delle lunghezze, la velocità limite, il principio di causalità. Addizione delle velocità, effetto doppler.

La formulazione geometrica della teoria della relatività ristretta. Componenti covarianti e controvarianti dei vettori. La distanza spazio-temporale degli eventi. Lo spazio-tempo ed i quadrivettori. Le trasformazioni di Lorentz come ‘rotazioni’ nello spazio-tempo. L’interpretazione geometrica degli effetti relativistici. Il principio di covarianza.

Meccanica relativistica. La costruzione della equazione del moto. Quantità di moto, energia e quadrimpulso. Potenza della forza, forze conservative, teorema della energia, l’inerzia della energia. Alcune applicazioni.

Elettrodinamica relativistica. Formulazione covariante delle equazioni di Maxwell. Le trasformazioni dei campi elettrici e magnetici. La formulazione dell’elettromagnetismo attraverso i potenziali, quadripotenziale. Invarianza di gauge dell’elettromagentismo.

Prove sperimentali. Vita media dei muoni cosmici e muoni negli acceleratori, effetto Sagnac, orologi in moto intorno alla terra, effetto Compton, energia di legame.

Testi/Bibliografia

Dispense del docente disponibili sulla piattaforma virtuale.

The Special Theory of Relativity, Vincenzo Barone, Ed. Bollati Boringhieri.

Metodi didattici

Lezioni frontali alla lavagna ed esercitazioni.

Modalità di verifica e valutazione dell'apprendimento

Informazioni generali sull'esame:

• l'esame consiste in una prova scritta e una prova orale;
• sono previsti sei appelli per anno accademico: tre nella sessione estiva, una in quella autunnale e due in quella invernale. Non sono previsti appelli straordinari;
• per poter sostenere le prove scritte e orali è necessario iscriversi attraverso la piattaforma AlmaEsami;
• le prove scritte sono effettuate solo su piattaforma online nel laboratorio informatico. Hanno una durata di 90 minuti e sono composte da circa 15 domande tra quesiti a risposta multipla e semplici problemi con risposta numerica, nell’ambito del programma di fisica nucleare e delle particelle elementari. Vengono assegnati mediamente 2 punti per ogni risposta corretta e si può accedere all’orale solo con una votazione maggiore o uguale a 18/30;
• il voto conseguito nella prova scritta vale per l’intero anno accademico. Gli studenti che vogliano migliorare il voto possono ripetere la prova scritta ma ciò comporterà l’annullamento dei voti precedenti (farà fede l'iscrizione in lista il giorno dello svolgimento della prova scritta);
• la prova orale può essere sostenuta in qualunque sessione successiva a partire da quella della prova scritta. La prova orale consiste in alcune domande sul programma svolto;
• il voto finale è indicativamente la media tra il voto dello scritto e quello dell’orale (30L=31/30);
• se si viene respinti all'orale, o si rifiuta il voto, il mantenimento del voto dello scritto è a giudizio della commissione. Si ricorda che, secondo il regolamento di ateneo, il rifiuto del voto deve essere accettato almeno una volta da parte del docente: dal secondo rifiuto è a discrezione del docente.

Strumenti a supporto della didattica

Materiale didattico fornito dal docente del corso e reso disponibile su VIRTUALE.

Orario di ricevimento

Consulta il sito web di Nicola Semprini Cesari