27212 - FISICA GENERALE 1

Scheda insegnamento

Anno Accademico 2017/2018

Conoscenze e abilità da conseguire

Al termine del corso, lo studente conosce le leggi fondamentali della meccanica classica e della termodinamica e le metodologie che portano alla soluzione di problemi che riguardano fenomeni meccanici e termici. In particolare, lo studente è in grado di: - definire le grandezze utilizzate per descrivere i fenomeni meccanici e termodinamici fondamentali, e le loro unità di misura; - interpretare le leggi che governano tali fenomeni; - risolvere problemi concernenti fenomeni di natura meccanica e termica.

Programma/Contenuti

Modulo 1

INTRODUZIONE AL CORSO

La fisica come scienza sperimentale. Le grandezze fisiche e la loro misura. Il Sistema Internazionale di unità di misura. Analisi dimensionale.

CINEMATICA

Sistemi di coordinate (cartesiane, cilindriche, sferiche). Vettori e scalari. Operazioni: prodotto tra uno scalare ed un vettore, somma e differenza di vettori, prodotto scalare, prodotto vettoriale. Integrale di linea di un campo vettoriale. Gradiente di un campo scalare. Vettore posizione. Equazione oraria del moto. Vettore spostamento. Velocità media e velocità istantanea. Accelerazione media e accelerazione istantanea. Moto uniforme, moto uniformemente accelerato e moto armonico. Condizioni iniziali.

DINAMICA DEL PUNTO MATERIALE

Prima legge di Newton. Sistemi inerziali e invarianza galileiana. Definizione operativa di forza. La seconda legge di Newton e la massa. Terza legge di Newton. Forza peso. Tensioni e reazioni vincolari. Forze di attrito. Forze elastiche. Il moto circolare uniforme e la forza centripeta. Forze fittizie in sistemi non inerziali.

DINAMICA DEI SISTEMI DI PARTICELLE

Quantità di moto. Sistemi di particelle. Urti in una, due e tre dimensioni. Urti elestici e anelastici. Sistemi isolati e conservazione della quantità di moto. Invarianza delle leggi fisiche e principi di conservazione (cenni). Sistemi a massa variabile. Il centro di massa e le sue proprietà. Il corpo rigido. Moto traslatorio e moto rotatorio. Cinematica del moto rotatorio: velocità angolare e accelerazione angolare. Relazioni tra variabili lineari e variabili angolari. Momento torcente. Momento di inerzia. Teorema di Huygens-Steiner. Statica del corpo rigido. Dinamica del corpo rigido con asse fisso. Moto rototraslatorio. Momento angolare. Sistemi isolati e conservazione del momento angolare. Moto della trottola.

ENERGIA

Definizione di lavoro. Energia cinetica. Teorema dell'energia cinetica. Energia cinetica nel moto rotatorio. Forze conservative. Energia potenziale. Conservazione dell'energia meccanica nei sistemi isolati.

GRAVITAZIONE

Legge di gravitazione universale. La costante G. I teoremi dei gusci sferici. Energia potenziale gravitazionale. Velocità di fuga. Energia propria gravitazionale di una sfera. Gravitazione vicino alla superficie terrestre. Gravimetri.

OSCILLAZIONI

Oscillatore armonico. Moto armonico semplice. Energia di una particella nel moto armonico semplice. Moto armonico smorzato. Oscillazioni forzate. Risonanza.

FLUIDI

Definizione di fluido. Pressione. Legge di Stevino: applicazione ad un liquido e a un gas. Pressione atmosferica. Principi di Pascal e di Archimede. Moto stazionario di un fluido. Equazione di continuità. Portata di un condotto. Teorema di Bernoulli. Viscosità. Legge di Hagen-Poiseuille.

 

Modulo 2

TERMODINAMICA

Definizione di sistema termodinamico. Temperatura. Gas ideale. Gas reali: equazione di van der Waals. Cenni di teoria cinetica. Interpretazione microscopica di pressione e temperatura. Distribuzione delle velocità molecolari in un gas ideale. Energia interna di un sistema termodinamico. Quantità di calore. Calorimetria. Calori specifici e calori molari. Primo principio della termodinamica. Modalità di trasmissione del calore. La conduzione e la legge di Fourier. L'irraggiamento e la legge di Stefan-Boltzmann. Applicazioni del primo principio a trasformazioni isocore, isobare e isoterme. Trasformazioni adiabatiche. Trasformazioni cicliche. Secondo principio della termodinamica: postulati di Clausius e Kelvin. Ciclo di Carnot. Rendimento. Entropia. Variazioni di entropia in un gas ideale. Interpretazione microscopica dell'entropia.

Testi/Bibliografia

Halliday, Resnick, Krane, "Fisica 1", (CEA)

Young, Freedman, "Principi di Fisica (vol 1)", (Pearson)

Fermi, "Termodinamica", (Boringhieri)

Metodi didattici

Lezioni frontali.

Modalità di verifica dell'apprendimento

Prova scritta e orale. La prova scritta, della durata di tre ore, si compone di tre problemi. Il primo problema riguarda la dinamica del punto materiale. Il secondo problema riguarda la dinamica dei sistemi di punti oppure del corpo rigido. Il terzo problema concerne la termodinamica. Per accedere alla prova orale, lo studente deve avere superato la prova scritta con un punteggio minimo di 18/30. Durante l'esame orale, della durata di circa 45-50 minuti, allo studente vengono poste domande che possono riguardare tutti gli argomenti in programma. Il punteggio finale dell'esame rappresenta una media dei punteggi delle prove scritta ed orale.

Strumenti a supporto della didattica

Lavagna e lavagna luminosa.

Orario di ricevimento

Consulta il sito web di Marco Cuffiani

Consulta il sito web di Marcella Brusa