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FISICA 1
Obiettivi formativi
Il corso si propone di:
- fornire una conoscenza organica delle leggi fondamentali della Meccanica classica del punto materiale, della Meccanica classica dei sistemi e della Termodinamica, con particolare riguardo alla cinematica, alle leggi di Newton ed ai principi di conservazione;
- condurre alla comprensione degli aspetti salienti della dinamica del corpo rigido;
- trattare da un punto di vista prevalentemente fenomenologico la meccanica dei sistemi continui (liquidi, gas e proprietà elastiche dei solidi), la Termologia e la Termodinamica;
- introdurre la descrizione dei fenomeni oscillatori ed ondulatori, alcuni aspetti della Teoria della Relatività Speciale e la trattazione della Gravitazione universale.
L'obiettivo del corso è duplice. Da una parte si intende fornire gli strumenti analitici che consentano di descrivere la dinamica dei più semplici sistemi meccanici e termodinamici e di esaminarne il comportamento qualitativo, anche mediante l’acquisizione di abilità nella soluzione di problemi. Dall'altra si gettano le basi concettuali per la costruzione dell'edificio teorico della formulazione Newtoniana della Meccanica, propedeutica a formalizzazioni che verranno affrontate in corsi successivi.
Prerequisiti
- Algebra, trigonometria e geometria a livello liceale
- Fondamenti del calcolo differenziale ed integrale
- Principi di geometria analitica e di analisi vettoriale elementare
Contenuti dell'insegnamento
1. Introduzione e richiami di calcolo vettoriale
2. Cinematica del punto: moto in una dimensione
3. Dinamica del punto: forza e leggi di Newton
4. Moto in due e tre dimensioni
5. Applicazioni delle leggi di Newton
6. Moti relativi
7. Lavoro ed energia meccanica
8. Dinamica dei sistemi di punti materiali
9. Dinamica del corpo rigido I: momento di inerzia, II legge di Newton
10. Dinamica del corpo rigido I: rotolamento e statica
11. Dinamica del corpo rigido II: momento angolare
12. Conservazione dell'energia
13. Fenomeni di urto
14. Cenni di Teoria della Relatività Speciale
15. Gravitazione: fenomenologia e legge di Newton
16. Gravitazione: cenni al trattamento formale
17. Proprietà elastiche dei solidi
18. Statica dei fluidi
19. Dinamica dei fluidi
20. Fenomeni oscillatori
21. Fenomeni ondulatori
22. Onde meccaniche
23. Sistemi termodinamici e Termologia
24. Gas ideali e reali
25. Calore e Primo Principio della termodinamica
26. Applicazioni del primo principio della termodinamica
27. Secondo Principio della termodinamica
28. Entropia
Programma esteso
I parte
1. Introduzione e richiami di calcolo vettoriale
Meccanica e Termodinamica classica. Fisica e misura, grandezze fisiche, campioni. Richiami di calcolo vettoriale: proprietà generali delle grandezze vettoriali; versori; scomposizione; prodotto scalare e prodotto vettoriale; rappresentazione cartesiana; derivata di vettori e versori.
2. Cinematica del punto: moto in una dimensione
Schema del punto materiale. Posizione, traiettoria, spostamento, velocità, accelerazione; moto uniforme e moto uniformemente accelerato; corpi in caduta libera. Moto oscillatorio armonico.
3. Dinamica del punto: forza e leggi di Newton
Interazioni, concetto di forza; leggi di Newton; sistemi di riferimento inerziali; massa e peso; quantità di moto e sua conservazione, forma generale della seconda legge di Newton; impulso e teorema dell'impulso.
4. Moto in due e tre dimensioni
Vettori posizione, spostamento, velocità, accelerazione; rappresentazione cartesiana. Rappresentazione intrinseca di traiettoria, velocità e accelerazione. Moto uniforme e uniformemente accelerato; moti piani: moto del proiettile; moti circolari, moto circolare uniforme, accelerazione centripeta; grandezze angolari.
5. Applicazioni delle leggi di Newton
Forze di contatto: tensione, forza normale; forza di attrito radente, statico e dinamico; attrito viscoso; forza elastica e legge di Hooke. Dinamica del moto circolare uniforme: forza centripeta. Pendolo semplice e pendolo conico.
6. Moti relativi
Sistemi inerziali e relatività galileiana. Sistemi di riferimento non inerziali, forze apparenti. Sistemi rotanti: forza di Coriolis. Il sistema di riferimento terrestre. Sistemi in moto roto-traslatorio (cenni).
7. Lavoro ed energia meccanica
Lavoro di una forza costante e di una forza variabile; teorema dell’energia cinetica per un punto materiale. Potenza. Forze conservative e non conservative; energia potenziale: elastica, gravitazionale; energia meccanica totale e sua conservazione in sistemi isolati conservativi; trattazione generale dei sistemi conservativi in una e in tre dimensioni.
II parte
8. Dinamica dei sistemi di punti materiali
Moto di un sistema di punti materiali; centro di massa e suo moto; II legge Newton per un sistema di punti materiali; conservazione della quantità di moto; sistema di riferimento del centro di massa. Teorema dell’energia cinetica; teorema di Koenig per l’energia cinetica; energia cinetica e sistemi di riferimento. Sistemi a massa variabile.
9. Dinamica del corpo rigido I: momento di inerzia, II legge di Newton
Schema del corpo rigido, densità, centro di massa; traslazione, rotazione e roto-traslazione; momento di una forza; momento di inerzia; II legge Newton per moti rotatori; teorema di Huygens-Steiner; baricentro.
10. Dinamica del corpo rigido I: rotolamento e statica
Equilibrio statico del corpo rigido. Moto di puro rotolamento. Lavoro ed energia cinetica nel moto rotatorio e roto-traslatorio.
11. Dinamica del corpo rigido II: momento angolare
Momento angolare di una particella, di un sistema di particelle e di un corpo rigido; teorema del momento angolare; simmetria dei corpi; momento angolare e sistemi di riferimento; teorema di Koenig per il momento angolare; conservazione del momento angolare. Moti precessionali: giroscopi, trottola.
12. Conservazione dell'energia
Generalizzazione del principio di conservazione dell’energia meccanica, lavoro forze esterne; energia interna di un sistema di punti materiali; conservazione dell'energia in un sistema di punti materiali; energia associata al centro di massa; calore e primo principio della termodinamica.
13. Fenomeni di urto
Definizione di urto, forze impulsive; urti e principi di conservazione; urti elastici monodimensionali; urti anelatici; impulso angolare, momento dell'impulso; urti tra particelle e corpi estesi.
14. Cenni di Teoria della Relatività Speciale
Difficoltà della fisica classica: tempo, lunghezza, velocità, energia, luce; postulati della relatività ristretta; conseguenze
Bibliografia
Elementi di Fisica – Meccanica - Termodinamica
P. Mazzoldi, M. Nigro e C. Voci
II edizione
Edizioni Scientifiche ed Universitarie (EdiSES), Napoli, 2008
ISBN: 9788879594189
FISICA 1
Meccanica - Acustica - Termodinamica
R. Resnick, D. Halliday, K. S. Krane
V edizione
Casa Editrice Ambrosiana (CEA), Milano, 2003
ISBN 8840812547
Fisica Generale: Meccanica e Termodinamica
S. Focardi, I. Massa e A. Uguzzoni
I edizione
Casa Editrice Ambrosiana (CEA), Milano, 1999
ISBN 8840812725
Metodi didattici
Lezione frontale con ausilio di strumenti audio-visivi multimediali.
Una parte del corso sarà dedicata ad esercitazioni in aula. Dopo aver sviluppato la teoria relativa, gli studenti risolveranno con la guida del docente esercizi e problemi in modo da chiarire ed approfondire gli argomenti di teoria svolti. Una selezione di esercizi e problemi per ogni argomento verrà resa disponibile sulla pagina web del corso.
Modalità verifica apprendimento
Prove scritte intermedie ed esame finale costituito da una eventuale prova scritta ed un colloquio orale. Agli studenti che abbiano superato positivamente le prove scritte intermedie verrà assegnata una valutazione di accesso al colloquio orale. Tale colloquio avrà lo scopo di definire il voto finale. Per gli studenti che non dovessero raggiungere una valutazione finale complessivamente sufficiente e per coloro che non avessero svolto le prove scritte intermedie si renderà necessario lo svolgimento dell’esame finale costituito da una prova scritta ed un colloquio orale.
Attività Mutua
Altri insegnamenti
ANNO DI CORSO: 1
ANNO DI CORSO: 2
ANNO DI CORSO: 3

