FISICA 1

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 dei postulati: relatività del tempo e della lunghezza; somma relativistica delle velocità. Trasformazioni di Lorentz; misura delle coordinate spazio-temporali di un evento; trasformazione delle velocità; relatività della simultaneità. Quantità di moto relativistica; energia relativistica e massa; conservazione energia.

III parte

15. Gravitazione: fenomenologia e legge di Newton
Moto dei pianeti e dei satelliti: leggi di Keplero; legge della gravitazione universale di Newton; misura della costante G; massa inerziale e gravitazionale; gravitazione vicino alla superficie terrestre. Distribuzione sferica di massa: teoremi dei gusci. Energia potenziale gravitazionale, velocità di fuga: moto dei satelliti artificiali. Forze centrali.
16. Gravitazione: cenni al trattamento formale
Equazione del moto per un sistema di 2 corpi; orbite e leggi di Keplero; energia e orbite. Campo gravitazionale; potenziale gravitazionale; cenni al teorema di Gauss e sua applicazione al problema della distribuzione sferica di massa.
17. Proprietà elastiche dei solidi
Modello atomico dell'elasticità; compressione e trazione, legge di Hooke generalizzata; legge di Poisson, variazione di volume; deformazione di scorrimento; torsione; bilancia di torsione; compressione uniforme, pressione; relazione tra moduli elastici; deformazione plastica.
18. Statica dei fluidi
Equilibrio statico di un fluido; leggi di Stevino e Pascal; pressione atmosferica: equazione barometrica; principio di Archimede e galleggiamento. Fenomeni di superficie: tensione superficiale; superfici libere non piane, legge di Laplace; fenomeni di capillarità, legge di Jurin.
19. Dinamica dei fluidi
Moto di un fluido ideale, linea e tubo di flusso; equazione di continuità, teorema di Bernoulli. Fluidi reali: flusso laminare, viscosità; legge di Hagen-Poiseuille; flusso turbolento, numero di Reynolds; moto di un corpo immerso in un fluido, resistenza del mezzo; portanza.
20. Fenomeni oscillatori
Sistemi oscillanti monodimensionali; moto armonico semplice; energia nel moto armonico semplice; relazione con il moto circolare uniforme; applicazioni: pendolo semplice, di torsione, fisico; oscillazioni libere smorzate; oscillazioni forzate e risonanza.
21. Fenomeni ondulatori
Onda e funzione d'onda; fase e velocità di fase; onde armoniche, onde piane; equazione di D'Alembert e sue soluzioni; polarizzazione; principio di sovrapposizione e teorema di Fourier; interferenza di onde armoniche; onda stazionaria; battimenti.

IV parte

22. Onde meccaniche
Propagazione di un’onda trasversale su una corda, velocità; energia, potenza, intensità; riflessione e trasmissione; onde stazionarie in una corda, serie armonica. Propagazione di un’onda longitudinale di compressione in un gas, onda di spostamento; velocità del suono, onda di pressione e di densità; potenza, intensità; onde longitudinali stazionarie.
23. Sistemi termodinamici e Termologia
Introduzione: Sistema termodinamico; coordinate termodinamiche; equazioni di stato; trasformazioni termodinamiche. Principio zero della termodinamica, equilibrio termico. Temperatura; scale e metodi di misura della temperatura. Dilatazione termica dei solidi.
24. Gas ideali e reali
Proprietà macroscopiche dei gas. Scala Kelvin. Equazione di stato dei gas perfetti. Termometro a gas a volume costante. Interpretazione cinetica della pressione e della temperatura dei gas perfetti. Libero cammino medio delle molecole. Distribuzione delle velocità molecolari. Gas reali: diagrammi pV, transizioni di fase e parametri critici; sviluppo del viriale; formula di Clapeyron. Equazione di Van der Waals.
25. Calore e Primo Principio della termodinamica
Esperimenti di Joule; equivalente meccanico del calore. Processi reversibili e irreversibili. Calore; calore specifico, molare, latente. Transizioni di fase. Calorimetria. Propagazione del calore. Il corpo nero (cenni). Lavoro nei processi termodinamici. Primo principio della termodinamica. Esempi: trasformazioni e cicli termodinamici.
26. Applicazioni del primo principio della termodinamica
Energia interna di un gas perfetto. Capacità termiche dei gas perfetti. Gradi di libertà delle molecole e principio di equipartizione dell’energia. Relazione di Mayer. Processo isotermo, isobaro, isocoro e adiabatico di un gas perfetto. Capacità termiche dei solidi; Proprietà elastiche dei gas perfetti.
27. Secondo Principio della termodinamica
Macchine termiche dirette e inverse. Rendimento. Enunciati del II principio di Kelvin-Planck e Clausius. Ciclo di Carnot reversibile. Rendimento del ciclo di Carnot. Teorema di Carnot. Scala assoluta della temperatura. Teorema di Clausius.
28. Entropia
Entropia. Principio di aumento dell’entropia: entropia e II principio. Esempi di calcolo della variazione di entropia nei processi reversibili e irreversibili. Interpretazione statistica dell’entropia. Terzo principio della termodinamica (cenni).