FISICA I A - L

Il corso ha le seguenti finalità: 1) fornire le conoscenze sulle leggi fisiche fondamentali della meccanica e della termodinamica; 2) fornire gli strumenti necessari per le applicazioni delle leggi fisiche in problemi di dinamica dei sistemi materiali

Lo studente deve possedere, fin dalle prime lezioni, buone nozioni di algebra, geometria e trigonometria, e nozioni fondamentali del calcolo differenziale. Infatti, lo studio delle grandezze vettoriali, della cinematica e della dinamica del punto materiale (primi argomenti del corso) richiede l'applicazione di tali strumenti matematici. E' fortemente consigliato affrontare lo studio della Fisica I solo dopo aver affrontato quello di Analisi I.

La frequenza alle lezioni è di fonfamentale importanza per lo studente, non solo per usufruire delle spiegazioni dei contenuti affrontati, ma anche per acquisire il corretto e rigoroso approccio che deve necessariamente essere seguito nello studio di una disciplina a carattere fortemente scientifico, come quella in questione. Lo studente è tenuto a frequentare almeno il 70% delle lezioni del corso, cfr. Punto 3.4 del Regolamento Didattico del CL in Ingegneria Civile e Ambientale.

1. INTRODUZIONE Fenomeno - Grandezza fisica - Unità di misura - Equazione dimensionale - Errori di misura - Approssimazione - Notazione scientifica. 2. VETTORI Generalità - Rappresentazione di grandezze fisiche per mezzo di vettori - Operazioni sui vettori: somma, differenza, prodotto di un vettore per uno scalare, prodotto scalare, prodotto vettoriale - Proprietà commutativa – Proprietà associativa - Componenti di un vettore - Derivata di un vettore - Integrazione. 3. CINEMATICA Velocità - Accelerazione - Legge oraria - Moto rettilineo uniforme - Moto rettilineo uniformemente accelerato – Moto nel piano - Moto parabolico - Moto circolare uniforme. 4. DINAMICA DEL PUNTO MATERIALE Principio di inerzia - Massa inerziale - Forza: 2a legge di Newton - Principio di azione e reazione - Sistemi di riferimento inerziali - Principio di Invarianza Galileana - Trasformazione Galileana - Legge di composizione delle velocità – Leggi della forza: forza gravitazionale, forza peso, forza di attrito, forze elastiche, forze viscose di resistenza del mezzo - Reazioni vincolari - Tensione dei fili - Moto lungo un piano inclinato - Moti circolari: Forze centripete - Sistemi di riferimento non inerziali: forze fittizie - Quantità di moto. Impulso - Momento angolare. Momento meccanico. 5. CONSERVAZIONE DELLA ENERGIA Lavoro - Energia cinetica - Teorema delle forze vive - Forze conservative - Energia potenziale - Calcolo di energia potenziale - Energia potenziale e forza: diagrammi di energia e stabilità dell’equilibrio - Forze centrali – Conservazione dell'energia meccanica - Forze non conservative. 6. OSCILLAZIONI Oscillatore armonico semplice: equazione del moto e soluzione - Sistema massa-molla - Pendolo semplice – Energia cinetica e potenziale nei moti armonici semplici - Oscillatore armonico smorzato - Oscillatore armonico forzato. 7. DINAMICA DEI SISTEMI DI PUNTI MATERIALI Sistemi di punti. Forze interne e forze esterne - Centro di massa di un sistema di punti – Teorema del moto del centro di massa - Conservazione della quantità di moto - Urti tra punti materiali: elastico, anelastico e completamente anelastico - Momento angolare - Momento meccanico - Teorema del momento angolare – Conservazione del momento angolare. DINAMICA DEL CORPO RIGIDO E CENNI DI STATICA Corpo rigido - Moto di un corpo rigido - Equazione del moto di un corpo rotante - Rotazioni rigide attorno ad un asse fisso in un sistema di riferimento inerziale - Momento di inerzia rispetto ad un asse fisso - Teorema di Huygens-Steiner - Lavoro ed energia cinetica nel moto rotatorio - Pendolo composto – Moto rototraslatorio - Moto di puro rotolamento - Leggi di conservazione nel moto di un corpo rigido - Statica. 8. GRAVITAZIONE Forze centrali – la forza gravitazionale – massa inerziale e massa gravitazionale – campo gravitazionale – energia potenziale gravitazionale. 9. MECCANICA DEI FLUIDI Stati di aggregazione della materia - Definizione di fluido - Gas e liquidi – Fluidi ideali e fluidi reali – Densità - Pressione - Statica dei fluidi - Principio di Pascal - Legge di Stevino - Spinta di Archimede - Esperienza di Torricelli - Manometri e Barometri - Dinamica dei fluidi – Portata - Equazione di continuità - Teorema di Bernoulli. 10. TERMOMETRIA E CALORIMETRIA Equilibrio termico - Concetto di temperatura - Misura della temperatura - Temperatura Kelvin - Definizione calorimetrica di calore - Capacità termica - Calori specifici e calori latenti - Caloria - Sorgenti di calore - Equivalente meccanico del calore. 11. SISTEMI TERMODINAMICI Sistemi e stati termodinamici - Punto di vista macroscopico - Coordinate termodinamiche - Equilibrio termodinamico - Sistemi termodinamici semplici - Sistemi PVT - Equazione di stato - Equazione di stato dei gas perfetti - Trasformazioni termodinamiche - Trasformazione quasistatica - Trasformazioni reversibili e irreversibili - Trasformazione quasistatica reversibile. 12. CALORE, LAVORO E PRIMO PRINCIPIO DELLA TERMODINAMICA Lavoro in una trasformazione di un sistema PVT - Lavoro adiabatico - Energia interna - Definizione termodinamica del calore - Primo principio della termodinamica - Forma differenziale del primo principio della termodinamica – Energia interna di un gas ideale: esperimento di Joule - Calori specifici dei gas ideali: Relazione di Mayer. 13. SECONDO PRINCIPIO DELLA TERMODINAMICA Conversione di lavoro in calore e viceversa - Macchine termiche - Ciclo Otto - Ciclo Diesel - Enunciato di Kelvin Plance del secondo principio della termodinamica - Macchine frigorifere - Enunciato di Clausius del secondo principio della termodinamica - Equivalenza dei due enunciati Ciclo di Carnot - Teorema di Carnot - Macchina di Carnot - Temperatura termodinamica assoluta. 14. ENTROPIA Teorema di Clausius - Entropia - Entropia e reversibilità - Entropia e irreversibilità - Il principio di aumento dell’entropia - Calcoli di variazione di entropia - Entropia di un gas ideale - Entropia ed energia inutilizzabile.

1. MAZZOLDI, NIGRO, VOCI – Elementi di Fisica: Meccanica, Termodinamica (EdiSES)
2. Mencuccini, Silvestrini – Fisica I (Liguori Editore)

Il materiale didattico è rappresentato prevalentemente dagli appunti acquisiti durante le lezioni e le esercitazioni, arricchiti dalle discussioni innescate dal docente in aula. I testi di riferimento, inoltre, rappresentano un fondamentale strumento per lo studente anche al fine di acquisire la necessaria autonomia nello studio della disciplina. Saranno forniti, infine, i testi dei quesiti di esami precedenti, che saranno anche risolti in aula.

L’esame consiste di una prova scritta e di una prova orale. L’esame si considera superato se vengono superate entrambe le prove. Gli appelli regolari sono in numero di 8, secondo quanto previsto dal calendario accademico.

Durante lo svolgimento del corso possono essere svolte prove scritte in itinere il cui esito positivo dà accesso direttamente alla prova orale. Di norma vengono proposti 10 quesiti a risposta multipla. Per ogni risposta esatta vengono assegnati 3 punti, 0 punti in mancanza di risposta, 1 punto viene sottratto ad oggni risposta errata. La singola prova in itinere si considera superata se si acquisisce un punteggio di almeno 12/30. L'accesso alla prova orale si acquisisce solo se la media delle valutazioni riportate nelle singole prove in itinere è di almeno 15/30.

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