Fisica

L'idea di questo libro nasce dall'emozione che ho provato nella lettura di una inaspettata e-mail. Un mio alunno quindicenne che aveva piacere di condividere con me un breve e visionario scritto, che aveva postato su un blog, descriveva i pensieri e i sentimenti relativi alla sua nascente storia d'amore attraverso delle metafore mutuate dalle mie lezioni di fisica. Tutta la faccenda mi ha intenerito molto ma, se da un lato mi ha costretta a un'attenta autocritica sulle iperboli che uso in didattica, dall'altro mi ha fatto riflettere sull'analogia tra la narrazione in fisica e quella delle vicende umane.

Attraverso il racconto incalzante di cinque secoli di scoperte e invenzioni, impariamo che la fisica non è una disciplina arcana e misteriosa, ma una parte fondamentale della nostra esistenza. Le storie raccontate in questo libro abbattono le pareti del laboratorio e ci mostrano il volto umano della fisica: lo scienziato non è più il sacerdote di una disciplina oscura e misteriosa, ma è anzitutto un abitante del suo tempo, che condivide le passioni, le debolezze e le contraddizioni dei suoi simili. Brillante e mai banale, il volume ci parla delle leggi di Newton prendendo spunto dalla Famiglia Addams, e ci spiega i dettagli più segreti della relatività ristretta partendo dal celebre film Ritorno al futuro. Pagina dopo pagina, scopriamo che la fisica è anche nelle invenzioni che hanno cambiato la qualità della nostra vita, dal microscopio ai supercomputer, passando per gli apparecchi a raggi X, il fax, il velcro e le bombe atomiche.

Il testo di “Fisica sperimentale”, alla seconda edizione, copre gli argomenti inerenti la meccanica del punto e dei sistemi di punti, la gravitazione universale, i fluidi ideali, la termodinamica, la corrente elettrica e relativi circuiti, e l’elettromagnetismo, con un taglio analitico adatto anche a studenti che non hanno necessità di utilizzare la formulazione differenziale, (come nei Corsi di Laurea di Biologia, Beni culturali, Scienze ambientali e Medicina) a differenza degli altri testi dell’autore singolarmente dedicati a meccanica, termodinamica, elettromagnetismo, onde. Lo stile del testo rispecchia il gusto didattico dell’autore, con un approccio sperimentale alla fisica ed all’apprendimento. Oltre agli argomenti di teoria nel testo sono contenuti degli esercizi d’esempio per le diverse tematiche presentate. Ogni definizione compare in grassetto, e viene poi riportata per comodità nell’indice degli argomenti a fondo libro; è presente anche un indice degli autori richiamati nel testo, un indice delle costanti ed un indice delle unità di misura.

Il libro risponde all'esigenza di introdurre gran parte dei concetti alla base della fisica classica in corsi unici della durata complessiva di 48 ore. Il volume è organizzato in 24 lezioni. Ciascuna lezione è corredata da esempi svolti ed esercizi utili come materiale supplementare per lo studente. L’ultima lezione contiene una raccolta di esercizi, per lo più svolti, che hanno lo scopo di abituare lo studente a gestire le difficoltà che tipicamente si incontrano alla prova scritta d’esame.

Può sembrare un libro di curiosità, invece è un libro di fisica. Ogni nostra esperienza quotidiana, ogni fenomeno comune, che spesso guardiamo senza passione, nasconde infatti segreti che alla luce delle leggi della fisica diventano improvvisamente comprensibili e molto più affascinanti di quanto avremmo mai sospettato. Helen Czerski ci coinvolge col sorriso in decine di storie comuni, dalle onde del mare ai cucchiaini da caffè, per raccontarci quanto può essere bella la fisica, che danza tutt'intorno a noi, se solo ci fermiamo a osservarla. Le più grandi teorie, le più complesse e affascinanti congetture, si nascondono infatti negli oggetti più insospettabili e comuni. I venti antartici possono essere spiegati con lo scoppio del popcorn nella padella; persino bere da una cannuccia può essere una buona lezione di fisica. Nel nostro bicchiere c'è un brulichio di molecole, un invisibile e turbolento sfrecciare e scontrarsi di infinite, minuscole biglie. È un gioco di pressione e temperatura nel quale si nasconde la legge dei gas, il comportamento dei liquidi e molto altro, e non ci si annoia mai. La fisica, insomma, fa parte della nostra vita di ogni giorno, basta saperla scovare per apprezzarla, soprattutto se in cattedra c'è Helen Czerski a raccontarcela col suo entusiasmo contagioso.

Quest’opera, in due volumi, è una raccolta di circa 300 esercizi che coprono i quattro grandi temi della Fisica Tecnica come impartita nei corsi di Ingegneria e Architettura: Termodinamica e Termocinetica (Vol. 1); Acustica e Illuminotecnica (Vol. 2). Sono esercizi graduati in ordine di complessità e orientati a lumeggiare sia gli aspetti fondamentali che quelli applicativi della materia, e pertanto destinati non solo agli studenti, ma anche ai professionisti del campo fisico-tecnico dell’ambiente costruito. Ma ciò che fa di questo libro un unicum nel suo genere è legato al fatto che tutti gli esercizi sono risolti con PTC Mathcad, un programma di calcolo matematico particolarmente versatile oggi in dotazione nei laboratori informatici di molti Dipartimenti universitari in Italia e nel mondo, e comunque scaricabile gratuitamente dal web in versione «light». Il testo degli esercizi è fruibile indipendentemente dalla conoscenza del programma, a meno di poche eccezioni spiegate all’occasione e comunque richiamate in un capitolo introduttivo. La peculiarità più rilevante del libro è la possibilità di attingere agli esercizi in forma «nativa», ossia come fogli di calcolo PTC Mathcad, scaricabili dal sito dell’Editore, contenuti all’interno del volume. Ciò consente al lettore interessato di ripercorrere l’esercizio in chiave critica, come nel caso in cui volesse esplorare qualche variante al problema: così sarebbe a suo carico il solo (nobile!) compito di stabilire il nuovo modello fisico-matematico, affidandone al programma l’onere computazionale. Il tutto con importanti benefici, in termini sia formativi e di approfondimento cognitivo, sia di acquisizione di uno strumento di calcolo all’altezza dei tempi che, affrancandolo dalla «mentalità della calcolatrice», lo avvii a ragionare «per algoritmi» e non più «per formule». Il volume è corredato da Appendici dove si riportano diagrammi, tabelle e dati di frequente consultazione oltre a pagine di approfondimento.

L’opera, divisa in due volumi, contiene gli argomenti previsti per i corsi di Fisica 1 e 2 della laurea triennale. L’approccio didattico particolarmente attento alle applicazioni, rende il volume uno strumento particolarmente idoneo per gli studenti di Ingegneria (in modo particolare Biomedica e Informatica), Architettura, Informatica e dei corsi delle Lauree Scientifiche dove si richieda un livello matematico che comprenda il calcolo differenziale. Questo secondo volume presenta la parte di programma relativa a Elettromagnetismo e Ottica. L'attuale edizione offre allo studente numerosi esercizi, con cui consolidare quanto appreso sia nel testo cartaceo sia nella piattaforma MyLab.

Il mondo dell'antimateria è così vicino al nostro che è praticamente impossibile distinguerlo dal mondo della materia. Si tratta di una vicinanza paradossale in quanto l'incontro tra questi due mondi porterebbe a una conflagrazione di estrema violenza e alla completa eliminazione di almeno uno dei due: incontrando l'antimateria, la materia si annichilirebbe quasi istantaneamente in uno scatenamento di energia che in una frazione di secondo raggiungerebbe una temperatura di circa un miliardo di gradi. Questo scenario catastrofico, e fortunatamente irreale, permette di chiarire il fatto che l'antimateria può esistere nelle nostre vicinanze solo in scarsissime quantità e che l'asimmetria materia antimateria è alla base della nostra stessa sopravvivenza. Eppure, agli albori dell'universo doveva esserci una pari quantità di materia e di antimateria: dov'è andata a finire tutta l'antimateria presente all'inizio dell'universo? Perché la natura si è presa la briga di creare un mondo specchio che oggi brilla per la sua assenza? Per cercare di rispondere a queste domande, Gabriel Chardin ripercorre qui la storia dell'universo, in particolare della sua tumultuosa giovinezza, e conduce il lettore alla ricerca dei mondi di antimateria, partendo dal Sistema solare per risalire verso le galassie e le sue altre grandi strutture.

Kurt Fischer racconta di aver scoperto la relatività da ragazzo, grazie ai libri della biblioteca della sua città natale. Quei libri, però, erano stati anche fonte di frustrazione: alcuni erano troppo semplici e superficiali, altri offuscavano il significato fisico della teoria in un intrico di simboli matematici incomprensibili. Relatività per tutti nasce dal desiderio di colmare questo divario con un libro capace di spiegare in modo chiaro la teoria einsteiniana senza rinunciare a una trattazione rigorosa: pochi concetti fondamentali – luce, energia, massa, spazio e tempo – sono usati per ripercorrere l’approccio fisico-geometrico adottato da Einstein.

Il testo offre una trattazione completa della meccanica e della termodinamica; la sua struttura ne permette l'adattamento a diversi Corsi di studio. Con la nuova stesura del testo è cambiato l'ordine di presentazione di alcuni argomenti, sono stati introdotti il capitolo 10, sulla propagazione delle onde meccaniche, e il capitolo 11, in cui sono confluite tutte le considerazioni di meccanica relativistica. È stato inoltre realizzato il nuovo capitolo 12, in cui si forniscono elementi di meccanica analitica e di meccanica quantistica. Novità della terza edizione: una nuova veste grafica; aggiunta di nuove immagini e figure disegnate in quadricromia; aggiunta di un nuovo capitolo; un Riepilogo dei concetti principali posto alla fine di ogni capitolo; un elenco di Quesiti, mediante i quali lo studente può mettere alla prova il proprio grado di apprendimento; raccolta di Problemi proposti a fine capitolo, la cui soluzione è riportata nell'Appendice D.

Questo testo concilia l'esigenza di un corso metodologico e formativo con l'integrazione della Fisica nel curriculum di studi biosanitari. I capitoli che riportano i concetti fondamentali della Fisica, con alcune applicazioni medico-biologiche, si alternano ai capitoli dedicati interamente alle applicazioni di tali concetti in campo biomedico e con alcuni accenni in campo ambientale. Queste applicazioni sono svolte con l'obiettivo di fornire esempi di una trattazione scientificamente rigorosa, in una forma schematica ed essenziale, di complessi problemi medici e biologici. Si analizzano tutti gli argomenti della Fisica classica, con cenni di Fisica atomica, molecolare e nucleare. L'ultimo capitolo descrive la radioattività naturale e le radiazioni ionizzanti impiegate nelle strutture sanitarie con le conseguenti misure di radioprotezione da adottare. Il testo rappresenta uno strumento flessibile sia per il docente, che può organizzare un programma del corso con la scelta di argomenti e di applicazioni ritenute più opportune, sia per lo studente, che può impiegare il testo come un utile manuale di riferimento per altri corsi e per la sua carriera futura.