Quali sono le LEGGI e le FORMULE più importanti della Fisica?

In questa pagina vedremo le formule e le leggi più importanti della Fisica. Ci sono una infinità di formule fisiche, ma poche sono davvero la base della Fisica! Pensate che il 95% delle formule le si possono ricavare da altre, queste che vedremo.

Il secondo principio della dinamica: formula madre della Fisica Classica

Il secondo principio della dinamica, noto anche come legge fondamentale della dinamica, è una legge di Newton, che mette in relazione accelerazione, massa e forza:

\vec{F} = m \cdotp \vec{a}

Newton quindi inventa le forze, inventa il modo di rappresentare delle forze con un vettore, una idea geniale!

Da questa legge si può studiare tutta la Fisica classica! Da questa, con l’uso dell’integrale, si può poi ricavare le leggi orarie di qualsiasi moto classico. E’ quindi la legge madre della Fisica Classica!

Che significa “Classica”? Significa la Fisica dei corpi che si muovono con velocità più piccole rispetto a quella della luce, e poi corpi di massa non troppo piccoli (quindi non subparticelle ad esempio).

Perché si dice Legge? Legge fisica significa una formula che non si può ricavare o dimostrare. La si scopre sperimentalmente principalmente.

La formula si legge da sinistra a destra con ordine: una forza viene applicata su un oggetto di massa m, tale forza si manifesta come un’accelerazione dell’oggetto nella direzione della forza applicata.

E non va letta da destra a sinistra! Questo perché la forza rappresenta la causa, mentre l’accelerazione è una conseguenza (viene dopo)!

Le equazioni di Maxwell: base dell’elettromagnetismo

Le equazioni di Maxwell, chiamate così in onore del fisico scozzese James Clerk Maxwell, sono un insieme di quattro equazioni differenziali che descrivono il comportamento fondamentale dei campi elettromagnetici. E’ il pilastro dell’elettromagnetismo. E’ la base dello studio dei circuiti elettrici, dei telefoni, delle radio, delle televisioni, di tutta la tecnologia di oggi! Queste credo siano le più visibili intorno a noi!

Ogni libro scrive le equazioni di Maxwell in modo diverso, questo perché assumono una forma diversa a seconda di dove si trovano, mi spiego meglio. All’interno di un materiale le equazioni di Maxwell sono A, nel vuoto sono B, localmente sono C, considerando anche la superficie di separazione sono D.

Quelle in un mezzo isotropo ed omogeneo ad esempio sono:

\vec{ \nabla } \cdotp \vec{E} = \frac{\rho}{\epsilon}

\vec{ \nabla } \land \vec{E} = - \frac{\partial \vec{B} }{\partial t}

\vec{ \nabla } \cdotp \vec{B} = 0

\vec{ \nabla } \cdotp \vec{B} = \mu \vec{J} + \epsilon \mu \frac{\partial \vec{E} }{\partial t }

Queste sono locali, poi possono essere integrate, anche se lì bisogna stare attenti su quale superficie si integra.

Equazione di Schrodinger

L’equazione di Schrödinger è l’equazione della meccanica quantistica madre. Come sia stata trovata rimane ancora un mistero. Forse se la sarà sognata di notte…

E’ importantissima nello studio dei materiali, nelle interpretazioni di fenomeni piccoli, nel nucleare, nei circuiti, nell’energia ecc.

Si scoprì che il secondo principio della dinamica non riusciva a spiegare il moto degli elettroni. Falliva perché l’elettrone si comporta anche come onda, quindi non esiste una traiettoria sicura e dritta che l’elettrone può fare, ma si deve parlare di probabilità. Schrodinger introduce la funzione d’onda, il cui quadrato dà la probabilità di trovare in un certo stato l’elettrone ad esempio.

L’equazione è molto complicata, e ha concetti che sono davvero anti-intuitivi. Di fatti Einstein non ci credeva e remava contro questa idea. L’equazione è la seguente:

i \hbar \frac{\partial}{\partial t} \psi = \hat{H} \psi

Sembra semplice, ma applicarla non è cosa semplice…mai. Escono fuori cose che non erano e non sono intuitive: ad esempio esce fuori che l’energia è quantizzata, che esistono energie proibite, degenerazioni e tanti altri casini.