FISICA I A - Co

FIS/01 - 9 CFU - 2° semestre

Docente titolare dell'insegnamento

MARIA LETIZIA PIERA PUMO
Email: marialetizia.pumo@unict.it
Edificio / Indirizzo: Dipartimento di Fisica e Astronomia, Cittadella universitaria (DFA, Edificio 6, piano 3°, stanza 358) - Osservatorio Astrofisico di Catania, Cittadella universitaria (stanza 89)
Telefono: 095.378-5237 (DFA) - 095.7332-319 (OACt)
Orario ricevimento: Lunedì e Mercoledì dalle 10:00 alle 12:00 (si consiglia di contattare anticipatamente il docente per verificare che il ricevimento non sia stato spostato per impegni istituzionali del docente o cause terze). Contattare il docente per altri orari o giorni.


Obiettivi formativi

In particolare, il corso si propone:


Modalità di svolgimento dell'insegnamento

 

* Se durante l'anno accademico sono disponibili tutor specialistici per l'insegnamento "Fisica I".


Prerequisiti richiesti



Frequenza lezioni

Non obbligatoria ma consigliata.



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.

-) Gravitazione

Forze centrali, leggi di Keplero, legge di gravitazione universale, massa inerziale e massa gravitazionale, campo gravitazionale ed energia potenziale gravitazionale, velocità di fuga, traiettoria di un corpo sottoposto al campo gravitazionale generato da un altro corpo.

 

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, enrtopia, processi irreversibili, interpretazione statistica dell'entropia.



Testi di riferimento

Per approfondimenti:


Altro materiale didattico



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-arg01.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-arg02.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-arg03.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) [10 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-arg04.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-arg05.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) [ 6 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-arg06.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) [6 ore]Testo 1: Capitolo 6 + Capitolo 8 - Materiale didattico su STUDIUM: Lezioni-FisI-arg07.pdf 
8FENOMENI OSCILLATORI: Oscillazioni - parte II (pendolo semplice, oscillatore armonico smorzato, oscillatore armonico forzato) [4 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-arg08.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-arg09.pdf 
10GRAVITAZIONE: Forze centrali, leggi di Keplero, legge di gravitazione universale, massa inerziale e massa gravitazionale, campo gravitazionale ed energia potenziale gravitazionale, velocità di fuga, traiettoria di un corpo sottoposto al campo gravitazionale generato da un altro corpo [4 ore]Testo 1: Capitolo 11 (tutto eccetto sez. 11.7) - Materiale didattico su STUDIUM: Lezioni-FisI-arg10.pdf 
11TEMPERATURA 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 
12GAS: 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 
13ENTROPIA: II principio della termodinamica e suoi enunciati, teoremi di Carnot e Clausius, entropia, diagrammi TS, energia inutilizzabile [8 ore]Testo 1: Capitolo 14 - 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. Ogni problema consta di due quesiti. Per quanto concerne la valutazione di tale prova, ad ogni quesito è attribuito un punteggio massimo pari a 7.5 e, di norma, la prova è superata se si consegue un punteggio totale (ossia sommando la valutazione ottenuta per ogni quesito) 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.

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

Non sono previste prove in itinere.

 

* Durante la prova scritta è consentito l'uso della calcolatrice. Non sono consentiti, invece, né la consultazione di libri, formulari ed eserciziari né l'uso di mezzi di comunicazione quali telefoni cellulari, tablet e computer.


ESEMPI DI DOMANDE E/O ESERCIZI FREQUENTI

Pubblicati nella sezione "Documenti" della pagina del corso sul portale Studium (si veda anche quanto riportato alla voce "Altro materiale didattico" del presente documento).




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