FISICA I Ps - Z

FIS/01 - 9 CFU - 2° semestre

Docente titolare dell'insegnamento

FRANCESCO MARIA DIMITRI PELLEGRINO
Email: francesco.pellegrino@ct.infn.it
Edificio / Indirizzo: Dipartimento di Fisica ed Astronomia - Ufficio 215
Telefono: +39 095 378 5399
Orario ricevimento: Lunedì e Giovedì dalle 15:00 alle 18:00. Si consiglia comunque di contattare il docente in anticipo per verificare che impegni istituzionali o personali non lo costringano a spostare il ricevimento di un giorno specifico.


Obiettivi formativi

In particolare, il corso si propone:


Modalità di svolgimento dell'insegnamento

Le lezioni saranno di tipo frontale, durante ogni lezione sarà sempre lasciato spazio agli studenti a domande, curiosità e commenti.

L'interazione docente-studenti sarà uno degli strumenti fondamentali durante lo svolgimento di esercizi in aula.


Prerequisiti richiesti



Frequenza lezioni

Non obbligatoria. La presenza è fortemente consigliata al fine di acquisire più facilmente familiarità con il linguaggio e i concetti della Fisica.



Contenuti del corso

INTRODUZIONE

-) Descrizione fisica della realtà*

Grandezze fisiche, dimensioni, unità di misura, sistemi di coordinate

-) Vettori*

Generalità, operazioni sui vettori (somma, differenza, prodotto di un vettore per uno scalare, prodotto scalare, prodotto vettoriale), componenti di un vettore, derivata e integrale di un vettore

 

MECCANICA

-) Cinematica dei punti materiali*

Velocità, accelerazione, moto rettilineo uniforme, moto uniformemente accelerato, corpi in caduta libera e proiettili

-) Dinamica dei punti materiali*

Prima legge di Newton, massa inerziale, conservazione della quantità di moto, forza, seconda legge di Newton, risultante delle forze, equilibrio, terza legge di Newton, forze di attrito, piano inclinato

-) Energia meccanica e sistemi conservativi*

Lavoro, potenza, energia cinetica, energia potenziale, conservazione dell'energia meccanica

-) Collisioni e sistemi di punti materiali

Impulso*, collisione elastica*, collisione anelastica e completamente anelastica*, moti con massa variabile, sistemi di punti*, centro di massa di un sistema di punti e suo moto*

-) Corpo rigido e meccanica rotazionale*

Corpo rigido e suo centro di massa, cinematica rotazionale, grandezze vettoriali rotazionali, momento di una forza, rotazione stazionaria, momento di inerzia, teorema di Huygens-Steiner, momento angolare, moti combinati di traslazione e rotazione

-) Elasticità

Legge di Hooke*, elasticità di volume e di forma, relazioni tra le costanti elastiche

-) Oscillazioni

Moto armonico semplice*, sistema massa-molla*, il pendolo semplice*, i pendoli fisici, oscillatore armonico smorzato, oscillatore armonico forzato

 

TERMODINAMICA

-) Temperatura e calore*

Termometria, calorimetria, prima legge della termodinamica, capacità termica e calori latenti, trasmissione del calore

-) Gas ideali e reali

Leggi dei gas ed equazione di stato dei gas ideali*, trasformazioni di un gas e lavoro, gas reali*, equazione di Clausius-Clapeyron, teoria cinetica dei gas*

-) Entropia

Macchine termiche*, macchina ideale di Carnot*, seconda legge della termodinamica*, entropia*, processi irreversibili*, interpretazione statistica dell'entropia



Testi di riferimento

1. Mazzoldi, Nigro, Voci – Elementi di Fisica - Meccanica e Termodinamica - EdiSES - Seconda Edizione

Per approfondimenti:

2. Halliday, Resnick, Walker – Fondamenti di Fisica - Meccanica, Onde, Termodinamica - CEA - Settima Edizione

3. Mazzoldi, Nigro e Voci, Fisica – Volume I - EdiSES - Seconda Edizione


Altro materiale didattico

Esistono delle silde consultabili su STUDIUM durante e a fine corso.
Le suddette slide devono essere considerate come un indice approfondito del corso ma non sostituiscono la didattica frontale e l'uso di almeno uno dei testi consigliati.



Programmazione del corso

 ArgomentiRiferimenti testi
1DESCRIZIONE FISICA DELLA REALTÀ: grandezze fisiche (generalità sulla fisica e sulle grandezze fisiche, unità di misura, errori, accuratezza e precisione di una misura) [4 ore]Testo 1: Appendice B - Materiale didattico su STUDIUM: Lezioni-FisI-arg02.pdf 
2CALCOLO VETTORIALE: Vettori (generalità sull'algebra vettoriale, proprietà della somma, rappresentazione cartesiana di vettori in 2D e 3D, prodotto scalare e vettoriale) [4 ore]Testo 1: Appendice C - Materiale didattico su STUDIUM: Lezioni-FisI-arg03.pdf 
3CINEMATICA DELLA SINGOLA PARTICELLA: Cinematica dei punti materiali (generalità sulla cinematica del punto materiale, velocità media e istantanea, accelerazione media e istantanea, moto rettilineo uniforme, moto uniformemente accelerato, moto parabolico, moto relativo tra 2 punti, relatività e trasformazioni galileiane) [7 ore]Testo 1: Capitolo 1 (sez. 1.1, 1.2, 1.3, 1.4, 1.5 e 1.9) + Capitolo 2 (sez. 2.4, 2.5, 2.6 e 2.7) + Capitolo 5 (sez. 5.3 fino esempio 5.2) - Materiale didattico su STUDIUM: Lezioni-FisI-arg04.pdf 
4DINAMICA DELLA SINGOLA PARTICELLA: Dinamica dei punti materiali - parte I (generalità sulla dinamica del punto, leggi di Newton, quantità di moto, equilibrio statico e dinamico, reazioni vincolari, forza peso, forza di attrito radente, piano inclinato) + Oscillazioni - parte I (moto armonico semplice: forza elastica, oscillatore armonico unidimensionale, sistema massa-molla) [11 ore]Testo 1: Capitolo 1 (sez. 1.6) + Capitolo 3 (tutto eccetto parte "finale" - ossia da pg 52 al secondo paragrafo ''teorema dell'impulso'' - della sez. 3.3 e sez. 3.11, 3.12 e 3.13) - Materiale didattico su STUDIUM: Lezioni-FisI-arg05.pdf 
5LAVORO, POTENZA ED ENERGIA: Energia meccanica e sistemi conservativi (lavoro, potenza, energia cinetica e potenziale per un punto materiale; conservazione della energia meccanica; lavoro ed energia potenziale per le forze peso, elastica e costanti; lavoro della forza di attrito radente) [4 ore]Testo 1: Capitolo 4 (tutto eccetto sez. 4.7) - Materiale didattico su STUDIUM: Lezioni-FisI-arg06.pdf 
6MOTI ''VARI'': Dinamica dei punti materiali - parte II (moto rettilineo smorzato esponenzialmente, forza di attrito viscoso, forma integrale della II legge di Newton) + Meccanica rotazionale - parte I (moto circolare, accelerazione centripeta e tangenziale, grandezze vettoriali rotazionali, momento di una forza, sistemi di riferimento inerziali e non inerziali, forze apparenti) [ 7 ore]Testo 1: Capitolo 1 (sez. 1.7 e 1.8) + Capitolo 2 (sez. 2.1, 2.2 e 2.3) + Capitolo 3 (parte finale della sez. 3.3 e sez. 3.11 e 3.12) + Capitolo 4 (sez. 4.7) + Capitolo 5 - Materiale didattico su STUDIUM: Lezioni-FisI-arg07.pdf 
7DINAMICA DEI SISTEMI DI PUNTI MATERIALI: Collisioni e sistemi di punti materiali (generalità sui sistemi di punti materiali, forze interne ed esterne, centro di massa, teorema del moto del centro di massa e del momento angolare, sistema di riferimento del centro di massa, teoremi di Koenig per il momento angolare e l'energia cinetica, teorema dell'energia cinetica per un sistema di punti, fenomeni d'urto e forze impulsive, urti tra 2 corpi) [7 ore]Testo 1: Capitolo 6 + Capitolo 8 - Materiale didattico su STUDIUM: Lezioni-FisI-arg08.pdf 
8 FENOMENI OSCILLATORI: Oscillazioni - parte II ( pendolo semplice, oscillatore armonico smorzato, oscillatore armonico forzato) [5 ore]Testo 1: Capitolo 3 (sez. 3.13) + Capitolo 10 (tutto eccetto sez. 10.4, 10.5 e 10.8) - Materiale didattico su STUDIUM: Lezioni-FisI-arg09.pdf 
9DINAMICA DEL CORPO RIGIDO: Corpo rigido + Meccanica rotazionale - parte II ( momento di inerzia, teorema di Huygens-Steiner, moti combinati di traslazione e rotazione, attrito volvente, teorema del momento dell'impulso per corpi rigidi) + Oscillazioni - parte III (pendoli fisici) + Elasticità (deformazioni dei corpi solidi, costanti elastiche, pendolo a torsione) [8 ore]Testo 1: Capitolo 7 - Materiale didattico su STUDIUM: Lezioni-FisI-arg10.pdf 
10 TEMPERATURA E CALORE: generalità sulla termodinamica, temperatura e calore, I principio della termodinamica, calori specifici, cambiamenti di fase, trasmissione del calore, dilatazione termica nei solidi e liquidi [8 ore]Testo 1: Capitolo 12 - Materiale didattico su STUDIUM: Lezioni-FisI-arg11.pdf 
11GAS: Gas ideali (generalità sui gas ideali; leggi di Boyle, Gay-Lussac e Avogadro; equazione di stato dei gas ideali; piano di Clapeyron; calori specifici dei gas; energia interna; relazioni di Mayer; trasformazioni adiabatiche, isocore e isobare; entalpia; trasformazioni cicliche; ciclo di Carnot e di Carnot ''inverso''; teoria cinetica dei gas, legge di Dalton) e gas reali (generalità sui gas reali, formula di Clapeyron) [6 ore]Testo 1: Capitolo 13 - Materiale didattico su STUDIUM: Lezioni-FisI-arg12.pdf 
12ENTROPIA: II principio della termodinamica e suoi enunciati, teoremi di Carnot e Clausius, entropia, diagrammi TS, energia inutilizzabile [8 ore]Testo 1: Capitolo 14 - Testo 3: Capitolo 12 (sez. 12.5) - Materiale didattico su STUDIUM: Lezioni-FisI-arg13.pdf 


Verifica dell'apprendimento


MODALITÀ DI VERIFICA DELL'APPRENDIMENTO

Gli studenti dovranno sostenere due prove: una prova scritta ed una prova orale. La prova scritta (durata 2 ore) consiste nella risoluzione, giustificata e commentata in maniera chiara, di un problema di Meccanica e un problema di Termodinamica. Per quanto concerne la valutazione di tale prova, ad ogni problema è attribuito un punteggio massimo pari a 15 e, di norma, la prova è superata se si consegue un punteggio totale (ossia sommando la valutazione ottenuta per ogni problema) maggiore o uguale a 18. Gli studenti che superano la prova scritta possono sostenere la prova orale (durata 30-40 min ca) che consiste, a partire da una discussione della prova scritta, nella trattazione di alcuni distinti argomenti del programma del corso. Non sono previste prove in itinere.

Si ricorda che è OBBLIGATORIA LA PRENOTAZIONE agli esami tramite il portale studenti.


ESEMPI DI DOMANDE E/O ESERCIZI FREQUENTI

Domande frequenti:

Esporre le leggi della dinamica, Esporre il significato della conservazione dell'energia meccanica, Esporre il primo principio della termodinamica, Dimostrare l'equivalenza degli enunciati di Clausius e Kelvin.

Esercizi frequenti:

Piano inclinato, urti fra particelle, calcolo dell'entropia, espansione libera dei gas ideali.

Altri esercizi frequenti sono consultabili nel materiale didattico su STUDIUM durante e a fine corso.




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