Introduzione alla fisica sperimentale: elettromagnetismo, ottica, fisica moderna

Politecnico di Milano via Coursera

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Introduction

### Course Review: Introduzione alla fisica sperimentale: elettromagnetismo, ottica, fisica moderna #### Overview The course "Introduzione alla fisica sperimentale: elettromagnetismo, ottica, fisica moderna" is a comprehensive introduction to the fundamental principles of experimental physics, specifically focusing on electromagnetism, optics, and modern physics. Offered on Coursera, this course serves as a gateway for learners seeking to deepen their understanding of physics through a methodical exploration of fundamental concepts and experimental methods. #### Course Content The syllabus is structured comprehensively, allowing learners to build a solid foundation week by week: 1. **Electric Field**: The course begins with an exploration of electric fields, emphasizing electrostatics and magnetostatics. It highlights the fundamental relationship between charges and the forces they exert, framing the discussion around constant fields, which enables a clear and analytical differentiation between electric and magnetic phenomena. 2. **Current and Magnetic Field**: This section delves into electric current and its effects, from thermal effects (like Joule heating in conductors) to biological impacts in muscle contraction. The course thoroughly examines magnetic fields generated by electric currents, further clarifying how these fields interact with moving charges. 3. **Optics**: Transitioning to non-static scenarios, the course describes how variable electric and magnetic fields give rise to electromagnetic waves. The study of optics is handled in detail, focusing on the behavior of radiation as it interacts with matter, distinguishing between geometrical optics and wave optics based on the wavelength of radiation. 4. **Modern Physics**: The finale of the course introduces modern physics concepts that challenge classical interpretations, including relativistic physics, quantum mechanics, and atomic physics. This segment encourages learners to appreciate the evolution of physical theories and their relevance in explaining and predicting natural phenomena. #### Teaching Approach One of the notable strengths of this course is its emphasis on the experimental aspect of physics. The instructors effectively use a combination of theoretical explanations and practical examples, making complex concepts accessible. The structured weekly breakdown allows learners to digest information without feeling overwhelmed, promoting a gradual and solid understanding of the material. #### Recommendations This course is highly recommended for several reasons: - **Accessibility**: Tailored for those with a basic understanding of physics, it is suitable for undergraduate students or anyone interested in revisiting foundational physics concepts. - **Practical Knowledge**: The course doesn't just present theoretical knowledge; it emphasizes understanding through experimental methods, essential for anyone pursuing a career in the sciences or engineering. - **Comprehensive Curriculum**: By covering a broad swath of topics, from classical electromagnetism to modern physics, learners gain a well-rounded perspective on the field. - **Flexibility**: Being online, the course offers the flexibility to learn at your own pace, making it ideal for those balancing other commitments. #### Conclusion "Introduzione alla fisica sperimentale: elettromagnetismo, ottica, fisica moderna" stands out as an exemplary course on Coursera for anyone eager to explore the fundamentals of physics through a hands-on and experimental lens. Its meticulous approach to both the theoretical and practical aspects of the topics discussed makes it a worthy investment in your educational journey. Whether you are a student, a working professional, or simply a physics enthusiast, this course is highly recommended for enriching your understanding of experimental physics.

Syllabus

Campo elettrico

Nello studio della meccanica si introducono dei fenomeni che la stessa meccanica non spiega, ad esempio la forza d’attrito o la forza elastica; per una loro spiegazione a livello fondamentale è necessario approfondire un altro aspetto della fisica, l’elettromagnetismo, in particolare l’elettrostatica e la magnetostatica. Il termine statica si riferisce al fatto che tali fenomeni verranno analizzati solamente in condizioni di campo costante, ossia distribuzioni costanti di carica per il campo elettrico e correnti costanti per il campo magnetico; questo consente di separare analiticamente l'elettromagnetismo nelle due formulazioni, descrivendo due fenomenologie che sembrano differenti e non correlate, cosa non permessa per campi variabili nel tempo.

Corrente elettrica e campo magnetico

La corrente elettrica è costituita da un flusso ordinato di cariche elettriche, ed i suoi effetti sono noti e presenti in diversi ambiti: dall'effetto termico (in cui il passaggio di corrente in un conduttore ne produce il riscaldamento per effetto Joule) all'effetto biologico (l’applicazione di una corrente elettrica causa la contrazione delle fibre muscolari) passando per l'effetto magnetico (un circuito percorso da corrente elettrica crea un campo magnetico, che è in grado di sviluppare una forza magnetica su cariche in moto). Come per il campo elettrico, anche per il campo magnetico vengono poi analizzate alcune configurazioni di sorgenti (in questo caso le correnti elettriche, per il campo elettrico erano le cariche) che determinano il campo ed altre che il campo lo subiscono.

Ottica

Quando i campi elettrico o magnetico non sono più statici, le interazioni che nascono sono variabili nel tempo e portano alla nascita delle onde elettromagnetiche, o radiazione. Non ha quindi più senso parlare separatamente di campo elettrico e magnetico, ma piuttosto di un campo elettromagnetico. L’ottica è la disciplina che studia la propagazione della radiazione (non solo quella visibile) e il suo comportamento nell’interazione con la materia: tale comportamento dipende dalla relazione tra la lunghezza d’onda della radiazione e la dimensione caratteristica degli ostacoli incontrati, e si può suddividere in ottica geometrica o ottica ondulatoria.

Fisica Moderna

La fisica classica rende conto dell’osservazione quotidiana dei fenomeni legata ai nostri sensi, da cui le sue branche: la meccanica (la fisica del moto), la gravitazione (la fisica planetaria), la termodinamica (la fisica del calore), l’acustica (la fisica del suono), l’elettromagnetismo (la fisica della radiazione), l’ottica (la fisica della luce). A partire dal secolo scorso (da cui il nome di fisica moderna) alcune osservazioni portano a rivedere alcuni concetti, in particolare con la fisica relativistica nel caso di moti particolarmente veloci, con la fisica quantistica quando si osservano fenomeni su scale dimensionali molto piccole, e con la fisica atomica che penetra nell’intimo della materia e analizza i suoi costituenti fondamentali.