FISICA I A - L
Anno accademico 2015/2016 - 1° annoCrediti: 9
SSD: FIS/01 - FISICA SPERIMENTALE
Modalità di erogazione: Tradizionale
Organizzazione didattica: 225 ore d'impegno totale, 171 di studio individuale, 54 di lezione frontale
Semestre: 2°
Obiettivi formativi
Prerequisiti richiesti
Lo studente deve possedere, fin dalle prime lezioni, buone nozioni di algebra, geometria e trigonometria, e nozioni fondamentali del calcolo differenziale. Infatti, lo studio delle grandezze vettoriali, della cinematica e della dinamica del punto materiale (primi argomenti del corso) richiede l'applicazione di tali strumenti matematici. E' fortemente consigliato affrontare lo studio della Fisica I solo dopo aver affrontato quello di Analisi I.
Frequenza lezioni
La frequenza alle lezioni è di fonfamentale importanza per lo studente, non solo per usufruire delle spiegazioni dei contenuti affrontati, ma anche per acquisire il corretto e rigoroso approccio che deve necessariamente essere seguito nello studio di una disciplina a carattere fortemente scientifico, come quella in questione. Lo studente è tenuto a frequentare almeno il 70% delle lezioni del corso, cfr. Punto 3.4 del Regolamento Didattico del CL in Ingegneria Civile e Ambientale.
Contenuti del corso
1. INTRODUZIONE Fenomeno - Grandezza fisica - Unità di misura - Equazione dimensionale - Errori di misura - Approssimazione - Notazione scientifica. 2. VETTORI Generalità - Rappresentazione di grandezze fisiche per mezzo di vettori - Operazioni sui vettori: somma, differenza, prodotto di un vettore per uno scalare, prodotto scalare, prodotto vettoriale - Proprietà commutativa – Proprietà associativa - Componenti di un vettore - Derivata di un vettore - Integrazione. 3. CINEMATICA Velocità - Accelerazione - Legge oraria - Moto rettilineo uniforme - Moto rettilineo uniformemente accelerato – Moto nel piano - Moto parabolico - Moto circolare uniforme. 4. DINAMICA DEL PUNTO MATERIALE Principio di inerzia - Massa inerziale - Forza: 2a legge di Newton - Principio di azione e reazione - Sistemi di riferimento inerziali - Principio di Invarianza Galileana - Trasformazione Galileana - Legge di composizione delle velocità – Leggi della forza: forza gravitazionale, forza peso, forza di attrito, forze elastiche, forze viscose di resistenza del mezzo - Reazioni vincolari - Tensione dei fili - Moto lungo un piano inclinato - Moti circolari: Forze centripete - Sistemi di riferimento non inerziali: forze fittizie - Quantità di moto. Impulso - Momento angolare. Momento meccanico. 5. CONSERVAZIONE DELLA ENERGIA Lavoro - Energia cinetica - Teorema delle forze vive - Forze conservative - Energia potenziale - Calcolo di energia potenziale - Energia potenziale e forza: diagrammi di energia e stabilità dell’equilibrio - Forze centrali – Conservazione dell'energia meccanica - Forze non conservative. 6. OSCILLAZIONI Oscillatore armonico semplice: equazione del moto e soluzione - Sistema massa-molla - Pendolo semplice – Energia cinetica e potenziale nei moti armonici semplici - Oscillatore armonico smorzato - Oscillatore armonico forzato. 7. DINAMICA DEI SISTEMI DI PUNTI MATERIALI Sistemi di punti. Forze interne e forze esterne - Centro di massa di un sistema di punti – Teorema del moto del centro di massa - Conservazione della quantità di moto - Urti tra punti materiali: elastico, anelastico e completamente anelastico - Momento angolare - Momento meccanico - Teorema del momento angolare – Conservazione del momento angolare. DINAMICA DEL CORPO RIGIDO E CENNI DI STATICA Corpo rigido - Moto di un corpo rigido - Equazione del moto di un corpo rotante - Rotazioni rigide attorno ad un asse fisso in un sistema di riferimento inerziale - Momento di inerzia rispetto ad un asse fisso - Teorema di Huygens-Steiner - Lavoro ed energia cinetica nel moto rotatorio - Pendolo composto – Moto rototraslatorio - Moto di puro rotolamento - Leggi di conservazione nel moto di un corpo rigido - Statica. 8. GRAVITAZIONE Forze centrali – la forza gravitazionale – massa inerziale e massa gravitazionale – campo gravitazionale – energia potenziale gravitazionale. 9. MECCANICA DEI FLUIDI Stati di aggregazione della materia - Definizione di fluido - Gas e liquidi – Fluidi ideali e fluidi reali – Densità - Pressione - Statica dei fluidi - Principio di Pascal - Legge di Stevino - Spinta di Archimede - Esperienza di Torricelli - Manometri e Barometri - Dinamica dei fluidi – Portata - Equazione di continuità - Teorema di Bernoulli. 10. TERMOMETRIA E CALORIMETRIA Equilibrio termico - Concetto di temperatura - Misura della temperatura - Temperatura Kelvin - Definizione calorimetrica di calore - Capacità termica - Calori specifici e calori latenti - Caloria - Sorgenti di calore - Equivalente meccanico del calore. 11. SISTEMI TERMODINAMICI Sistemi e stati termodinamici - Punto di vista macroscopico - Coordinate termodinamiche - Equilibrio termodinamico - Sistemi termodinamici semplici - Sistemi PVT - Equazione di stato - Equazione di stato dei gas perfetti - Trasformazioni termodinamiche - Trasformazione quasistatica - Trasformazioni reversibili e irreversibili - Trasformazione quasistatica reversibile. 12. CALORE, LAVORO E PRIMO PRINCIPIO DELLA TERMODINAMICA Lavoro in una trasformazione di un sistema PVT - Lavoro adiabatico - Energia interna - Definizione termodinamica del calore - Primo principio della termodinamica - Forma differenziale del primo principio della termodinamica – Energia interna di un gas ideale: esperimento di Joule - Calori specifici dei gas ideali: Relazione di Mayer. 13. SECONDO PRINCIPIO DELLA TERMODINAMICA Conversione di lavoro in calore e viceversa - Macchine termiche - Ciclo Otto - Ciclo Diesel - Enunciato di Kelvin Plance del secondo principio della termodinamica - Macchine frigorifere - Enunciato di Clausius del secondo principio della termodinamica - Equivalenza dei due enunciati Ciclo di Carnot - Teorema di Carnot - Macchina di Carnot - Temperatura termodinamica assoluta. 14. ENTROPIA Teorema di Clausius - Entropia - Entropia e reversibilità - Entropia e irreversibilità - Il principio di aumento dell’entropia - Calcoli di variazione di entropia - Entropia di un gas ideale - Entropia ed energia inutilizzabile.
Testi di riferimento
1. MAZZOLDI, NIGRO, VOCI – Elementi di Fisica: Meccanica, Termodinamica (EdiSES)
2. Mencuccini, Silvestrini – Fisica I (Liguori Editore)
Programmazione del corso
* | Argomenti | Riferimenti testi | |
---|---|---|---|
1 | * | proprietà dei vettori | |
2 | * | leggi fondamentali della dinamica dei sistemi materiali | |
3 | * | principi di conservazione nella dinamica dei sistemi materiali | |
4 | * | leggi fondamentali e principi di conservazione nei fluidi | |
5 | * | leggi e teoremi che regolano le trasformazioni termodinamiche |
N.B. La conoscenza degli argomenti contrassegnati con l'asterisco è condizione necessaria ma non sufficiente per il superamento dell'esame. Rispondere in maniera sufficiente o anche più che sufficiente alle domande su tali argomenti non assicura, pertanto, il superamento dell'esame.
Verifica dell'apprendimento
Modalità di verifica dell'apprendimento
L’esame consiste di una prova scritta e di una prova orale. L’esame si considera superato se vengono superate entrambe le prove. Gli appelli regolari sono in numero di 8, secondo quanto previsto dal calendario accademico.