FONDAMENTI DI FISICA E MACCHINE

12 CFU - 2° semestre

Docenti titolari dell'insegnamento

DOMENICO LO PRESTI - Modulo FISICA - FIS/01 - 6 CFU
EMANUELE CERRUTO - Modulo MECCANICA E MACCHINE - AGR/09 - 6 CFU

Obiettivi formativi

FISICA
Lo studente è tenuto a raggiungere i seguenti obiettivi formativi:

- saper applicare opportunamente le nozioni riguardanti le grandezze fisiche e l' analisi dimensionale;
- saper applicare il calcolo vettoriale nella risoluzione dei problemi fisici del mondo - circostante;
- saper risolvere quesiti inerenti a problematiche di cinematica, statica e dinamica del punto materiale e del corpo rigido;
- saper applicare le conoscenze di fluidostatica e fluidodinamica a problemi reali;
- saper applicare le conoscenze di ottica ai problemi reali;
- saper applicare i concetti fondamentali relativi all'elettromagnetismo.
MECCANICA E MACCHINE
Trasmettere le conoscenze sulla meccanica di base e sulle principali macchine di interesse per il settore agroalimentare, necessarie per la gestione e la sorveglianza dei processi produttivi. Promuovere l’attenzione verso gli aspetti tecnico-ingegneristici della disciplina e la valutazione critica dei risultati numerici.

Modalità di svolgimento dell'insegnamento

FISICA
L’insegnamento (6 CFU) prevede 35 ore di lezioni frontali (o a distanza) e 14 ore di altre attività, prevalentemente esercitazioni numeriche guidate per la risoluzione di problemi di verifica o di approfondimento.

Per lo svolgimento delle lezioni e delle esercitazioni si utilizzano prevalentemente presentazioni in PowerPoint.

Qualora l'insegnamento venisse impartito in modalità mista o a distanza, potranno essere introdotte le necessarie variazioni rispetto a quanto dichiarato in precedenza, al fine di rispettare il programma previsto e riportato nel syllabus.

Informazioni per studenti con disabilità e/o DSA
A garanzia di pari opportunità e nel rispetto delle leggi vigenti, gli studenti interessati possono chiedere un colloquio personale in modo da programmare eventuali misure compensative e/o dispensative, in base agli obiettivi didattici ed alle specifiche esigenze. È possibile rivolgersi anche al docente referente CInAP (Centro per l’integrazione Attiva e Partecipata - Servizi per le Disabilità e/o i DSA) del nostro Dipartimento, prof.ssa Giovanna Tropea Garzia e Anna De Angelis.
MECCANICA E MACCHINE
L’insegnamento (6 CFU) prevede 28 ore di lezioni frontali (o a distanza) e 28 ore di altre attività, prevalentemente esercitazioni numeriche guidate per la risoluzione di problemi di interesse pratico per la professione di tecnologo alimentare. Per lo svolgimento delle lezioni e delle esercitazioni si utilizzano prevalentemente presentazioni in PowerPoint. Qualora l'insegnamento venisse impartito in modalità mista o a distanza, potranno essere introdotte le necessarie variazioni rispetto a quanto dichiarato in precedenza, al fine di rispettare il programma previsto e riportato nel syllabus.

Informazioni per studenti con disabilità e/o DSA

A garanzia di pari opportunità e nel rispetto delle leggi vigenti, gli studenti interessati possono chiedere un colloquio personale in modo da programmare eventuali misure compensative e/o dispensative, in base agli obiettivi didattici ed alle specifiche esigenze. E' possibile rivolgersi anche al docente referente CInAP (Centro per l’integrazione Attiva e Partecipata - Servizi per le Disabilità e/o i DSA) del nostro Dipartimento, prof.ssa Giovanna Tropea Garzia e Anna De Angelis.

Prerequisiti richiesti

FISICA
Consigliata la frequenza del corso di Matematica.
MECCANICA E MACCHINE
Per poter comprendere i contenuti dell’insegnamento, è indispensabile che lo studente possieda le conoscenze di base di fisica e matematica, normalmente acquisite nel corso delle scuole superiori.

Frequenza lezioni

FISICA
Di norma obbligatoria
MECCANICA E MACCHINE
Vivamente consigliata, ma non obbligatoria. La frequenza delle lezioni aiuta gli studenti ad applicare le conoscenze teoriche acquisite durante le lezioni alla risoluzione di problemi pratici inerenti la propria formazione professionale.

Contenuti del corso

FISICA
1 – Introduzione

Stato di un sistema fisico e grandezze fisicamente significative - Unità di misura - Equazioni dimensionali

2-Calcolo vettoriale

Sistemi di riferimento e sistema di coordinate; I vettori come entità geometriche; I vettori in fisica e loro utilizzo nello spazio fisico
bidimensionale e tridimensionale; Grandezze vettoriali e grandezze scalari; I vettori nel piano e loro scomposizione per componenti; Versori; Somma tra vettori; Prodotto scalare e prodotto vettoriale tra vettori; Moltiplicazione di uno scalare per un vettore; Applicazioni

3 – Meccanica

Descrizione del moto di un corpo - Sistemi di riferimento - Principio d'inerzia - Seconda legge della dinamica - Terza legge della dinamica - Conservazione della quantità di moto - Campi di forza - Lavoro di una forza - Teorema dell'energia cinetica - Campi conservativi - Potenziale - Conservazione dell'energia meccanica - Momento delle forze - Conservazione del momento angolare.

4 - Meccanica dei fluidi

Proprietà dei fluidi - Statica dei fluidi: leggi di Pascal, Stevin e Archimede - Fluidi ideali e teorema di Bernoulli - Moto laminare di un fluido viscoso: legge di Poiseuille - Flusso turbolento - Sedimentazione - Fenomeni di superficie: legge di Laplace e fenomeni di capillarità.

5 - Fenomeni elettromagnetici

Cariche elettriche e legge di Coulomb; Campi elettrici e sorgenti del campo elettrico; Legge di Gauss; Potenziale Elettrico ed energia
potenziale; Capacità e condensatori; Corrente e leggi di Ohm; Campi magnetici e sorgenti; Campi magnetici variabili nel tempo; Introduzione alle leggi di Maxwell; Onde elettromagnetiche e proprietà;
Applicazioni

6 - Fenomeni ondulatori

Oscillazioni meccaniche libere - Energia di un oscillatore armonico - Onde progressive armoniche - Onde longitudinali e trasversali - Onde piane ed onde sferiche - Onde monocromatiche - Analisi di Fourier - Effetto Doppler - Principio di Huygens - Il suono e le sue caratteristiche - Fisica dell'orecchio - Ultrasuoni.

7- Elementi di ottica

Riflessione e rifrazione - Legge di Snell - Approssimazione dell'ottica geometrica - Diottro sferico - Lenti sottili - Costruzione geometrica delle immagini - Microscopio - Ottica fisica - Sorgenti coerenti - Interferenza - Diffrazione - Reticolo di diffrazione - Potere risolutivo di uno strumento ottico - Polarizzazione.
MECCANICA E MACCHINE
Il Sistema Internazionale di unità di misura: Grandezze fondamentali e derivate - Preﬁssi per multipli e sottomultipli decimali - Unità di misura delle principali grandezze ﬁsiche di interesse per il corso.

Elementi di meccanica applicata: Classiﬁcazione delle macchine - Energia e Potenza meccanica - Forze agenti nelle macchine - Condizioni di equilibrio di un corpo rigido - Equazione generale delle macchine e suo signiﬁcato ﬁsico.

Rendimenti delle macchine: Deﬁnizione di rendimento - Rendimenti nei collegamenti in serie, in parallelo e in serie-parallelo.

Resistenze passive: Resistenza del mezzo - Attrito radente e volvente - Coeﬃcienti di aderenza e d’attrito - Potenza dissipata per attrito - Cenni sui mezzi per ridurre l’attrito (cuscinetti di
strisciamento e di rotolamento, lubriﬁcazione, principali caratteristiche dei lubriﬁcanti).

Sistemi per la trasmissione del moto: Rapporto di trasmissione - Cenni sui principali sistemi di trasmissione (giunti, innesti, ﬂessibili, ruote di frizione, ruote dentate) - Cenni sui sistemi per la
regolazione del moto (freni e volani).

Termodinamica di base: Sistema termodinamico - Primo e secondo principio della termodinamica - Principali grandezze termodinamiche (calore, lavoro, energia interna, entalpia,
entropia).

Trasformazioni termodinamiche: Equazione di stato dei gas perfetti - Principali trasformazioni termodinamiche dei gas perfetti (isobare, isocore, isoterme, adiabatiche, politropiche) - Cicli
termodinamici - Rendimento di un ciclo termodinamico - Diagrammi di sostanze pure nei cambiamenti di stato - Miscele di liquido e vapore - Titolo di un vapore.

Trasmissione del calore per conduzione: Postulato di Fourier - Conduzione in regime stazionario attraverso parete piana o cilindrica, semplice o composta - Resistenza termica di
conduzione - Proﬁli di temperatura.

Trasmissione del calore per convezione: Legge di Newton - Coeﬃciente liminare - Conduzione e convezione attraverso parete piana o cilindrica, semplice o composta - Resistenza termica di convezione.

Trasmissione del calore per irraggiamento: Legge di Stephan-Boltzmann - Trasmissione fra schermi piani neri e/o grigi.

Scambiatori di calore: Tipologie costruttive e modalità di funzionamento - Scambiatori equicorrente e controcorrente - Bilancio energetico - Proﬁli di temperatura - Dimensionamento.

Termodinamica dell’aria umida: Parametri ﬁsici dell’aria umida (umidità speciﬁca, relativa e assoluta, entalpia) - Diagramma di Mollier dell’aria umida.

Macchine frigorifere: Cicli inversi - COP di un ciclo inverso - Ciclo di Rankine inverso - Calcolo della potenza frigorifera teorica - Proprietà principali dei ﬂuidi frigorigeni.

Motori a combustione interna: Cicli teorici Otto, Diesel e Sabathé - Parti fondamentali di un motore - Classiﬁcazione dei motori (ad accensione comandata o spontanea, a due e a quattro
tempi) - Rendimenti - Diﬀerenze fra i cicli teorici ed eﬀettivi - Curve caratteristiche dei motori (coppia, potenza, consumo speciﬁco).

Pompe per il settore agroalimentare: Moto stazionario dei ﬂuidi in condotta - Bilancio di massa e di energia - Perdite di carico - Calcolo della potenza di pompaggio - Classiﬁcazione delle pompe (volumetriche alternative e rotative, ﬂuidodinamiche) - Curve caratteristiche delle pompe.

Altre macchine di interesse per il settore agroalimentare: Cenni sul principio di funzionamento di compressori, centrifughe, decanter, macchine elettriche fondamentali.

Testi di riferimento

FISICA
1. D. Halliday, R. Resnick, J. Walker "Fondamenti di Fisica" (2015) Casa Ed. Ambrosiana;
2. Mazzoldi, Nigro, Voci: “Elementi di Fisica Vol. 1 – Meccanica e Termodinamica. Seconda edizione.” (EdiSES)
MECCANICA E MACCHINE
Viene fornito dal docente tutto il materiale necessario per lo studio degli argomenti trattati in aula (dispense con la parte teorica e lucidi per lo svolgimento guidato degli esercizi). Inoltre sono consigliati i seguenti testi, fermo restando la libertà di consultare qualsiasi altro testo:

1. Anzalone G., Bassignana P., Brafa Musicoro G., Fondamenti di meccanica e macchine, Hoepli.

2. Çengel Y., Termodinamica e trasmissione del calore, terza edizione, Mc GrawHill.

Altro materiale didattico

FISICA
Gli studenti sono liberi di utilizzare qualunque altro testo possa essere più conveniente per loro

Le dispense del corso (slides delle lezioni) sono disponibili sul sito studium al seguente link:

https://studium.unict.it/dokeos/2021/main/document/document.php?cidReq=23013&curdirpath=/shared_folder
MECCANICA E MACCHINE
R. Paul Singh, Dennis R. Heldman - Introduction to Food Engineering - Academic Press

studium.unict.it

Programmazione del corso

FISICA
	Argomenti	Riferimenti testi
1	Introduzione	dispense
2	Calcolo vettoriale	dispense
3	Meccanica	dispense
4	Meccanica dei fluidi	dispense
5	Elettromagnetismo	dispense
6	Fenomeni ondulatori	dispense
7	Elementi di ottica	dispense
MECCANICA E MACCHINE
	Argomenti	Riferimenti testi
1	Il Sistema Internazionale di unità di misura	Materiale didattico fornito dal Docente
2	Elementi di meccanica applicata	Testo 1 - Materiale didattico fornito dal Docente
3	Rendimenti delle macchine	Testo 1 - Materiale didattico fornito dal Docente
4	Resistenze passive	Testo 1 - Materiale didattico fornito dal Docente
5	Cenni sui mezzi per per ridurre l’attrito	Materiale didattico fornito dal Docente
6	Sistemi per la trasmissione del moto	Testo 1 - Materiale didattico fornito dal Docente
7	Cenni sui sistemi per la regolazione del moto	Materiale didattico fornito dal Docente
8	Termodinamica di base	Testo 1 - Testo 2 - Materiale didattico fornito dal Docente
9	Trasformazioni termodinamiche	Testo 1 - Testo 2 - Materiale didattico fornito dal Docente
10	Trasmissione del calore per conduzione	Testo 1 - Testo 2 - Materiale didattico fornito dal Docente
11	Trasmissione del calore per convezione	Testo 1 - Testo 2 - Materiale didattico fornito dal Docente
12	Trasmissione del calore per irraggiamento	Testo 1 - Testo 2 - Materiale didattico fornito dal Docente
13	Scambiatori di calore	Testo 1 - Testo 2 - Materiale didattico fornito dal Docente
14	Termodinamica dell’aria umida	Testo 2 - Materiale didattico fornito dal Docente
15	Macchine frigorifere	Testo 2 - Materiale didattico fornito dal Docente
16	Motori a combustione interna	Testo 1 - Materiale didattico fornito dal Docente
17	Pompe per il settore agroalimentare	Testo 1 - Materiale didattico fornito dal Docente
18	Altre macchine di interesse per il settore agroalimentare	Materiale didattico fornito dal Docente

Verifica dell'apprendimento

MODALITÀ DI VERIFICA DELL'APPRENDIMENTO

FISICA
Verifiche in itinere

Sono previste due prove in itinere, orientativamente a metà e verso la fine del corso (le date e le modalità saranno comunicate in anticipo durante il corso). Le due prove, a risposta chiusa, verteranno, rispettivamente, sulla prima e la seconda parte del corso. Il punteggio conseguito nelle due prove deve essere superiore a 15 punti. Qualora lo studente superi entrambe le prove, la media dei due voti, se superiore a 18/30 verrà proposto come voto finale. Se lo studente non accetta il voto o non raggiunge la votazione di 18/30, dovrà sostenere una prova orale su tutto il programma. Chi non sostenesse entrambe le prove in itinere, non obbligatorie, potrà sostenere al primo appello disponibile la prova orale.
MECCANICA E MACCHINE
Durante il corso verranno svolte due prove scritte in itinere della durata di 1 ora riservate agli studenti frequentanti (frequenza almeno del 70%). L’esame finale tiene conto dei risultati delle prove in itinere, che hanno validità solo all'interno dell'anno accademico in cui sono state svolte, e consiste in due prove, una scritta obbligatoria e una orale facoltativa, successiva al superamento della prova scritta con voto di almeno 18/30. Il compito scritto è strutturato in domande a risposta multipla basate su conoscenze teoriche o richiedenti la risoluzione di esercizi numerici. La verifica dell’apprendimento potrà essere effettuata anche per via telematica, qualora le condizioni lo dovessero richiedere. II termine per la prenotazione alle prove scritte di norma scade tre giorni prima della data della prova prevista dal calendario d'esame.

ESEMPI DI DOMANDE E/O ESERCIZI FREQUENTI

FISICA
(orale)
- Discutere dei principi di conservazione dell'energia meccanica, della quantità di moto e del momento angolare;
- Riflessione, rifrazione e legge di Snell;
- Equazione di Bernoulli per un fluido ideale e applicazioni;
- Descrivere la fenomenologia relativa a campi elettrici e magnetici
(verifica)
- Un cannone lancia un proiettile a velocità v₀=100 m/s. Calcolare l’angolo di sparo del cannone per avere la massima gittata e determinarne il valore.
- Calcolare la pressione esercitata dalla forza peso di un corpo fatto di alluminio a forma di cubo, il cui spigolo vale 12 cm, poggiato con una faccia del cubo su un piano orizzontale.
MECCANICA E MACCHINE
Tutto il materiale didattico (dispense con la parte teorica, lucidi utilizzati durante le lezioni, testi delle prove d'esame assegnate negli anni precedenti) è reso disponibile sulla
piattaforma STUDIUM. Gli argomenti più frequentemente richiesti in sede di colloquio orale riguardano:

Unità di misura SI di grandezze di interesse (energia, potenza, pressione)

Calcolo di rendimenti in macchine collegate in serie o in parallelo

Attrito e aderenza

Condizioni di equilibrio

Rapporto di trasmissione

Equazione di stato dei gas perfetti e calcolo del calore e del lavoro scambiati nelle principali trasformazioni termodinamiche

Modalità e leggi che governano la trasmissione del calore

Tipologie di scambiatori di calore e loro dimensionamento

Cicli termodinamici delle macchine frigorifere

Cicli termodinamici dei motori a combustione interna

Calcolo della potenza di pompaggio

Termodinamica dell’aria umida

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