FISICA I F - O

FIS/01 - 9 CFU - 2° semestre

Docente titolare dell'insegnamento

SILVIO CHERUBINI
Email: silvio.cherubini@unict.it
Edificio / Indirizzo: Edificio 6, Cittadella Universitaria, 95123 Catania
Telefono: 095.3785237 (DFA) - 095.542665 (LNS)
Orario ricevimento: Lunedì 9:00-11:00, studio n. 358, DFA. Monday 9:00 a.m. - 11:00 a.m., Room 358, DFA. Martedì 9:00-11:00, SDS Architettura (SR), solo su prenotazione con 48 h di anticipo MINIME.


Obiettivi formativi

Fornire i concetti fondamentali relativi alle misure fisiche, alla meccanica del punto materiale, dei sistemi di punti materiali e alla termodinamica.


Prerequisiti richiesti

Gli studenti devono saper leggere, scrivere e far di conto, tre abilità che in passato si è riscontrato raramente coesistere nello stesso allievo. Fuor di ironia, gli studenti dovrebbero essere in possesso della capacità di scrivere in lingua italiana (richiesta irrinuncaibile almeno per gli studenti di nazionalità italiana) un testo calligraficamente, ortograficamente, grammaticalmente e sintatticamente interpretabile senza sforzi eccessivi da parte del lettore. Inoltre si dovrebbero conoscere l'aritemetica, l'algebra, la geometria elementare e la trigonometria, nonché le nozioni di algebra lineare, geometria ed analisi matematica normalmente oggetto dei corsi di matematica del primo semestre del primo anno.



Frequenza lezioni

Non obbligatoria salvo diversa indicazione del Consiglio di Corso di Laurea. Il docente può raccogliere le firme di presenza a fini statistici.



Contenuti del corso

MECCANICA Grandezze fisiche: Introduzione. Il metodo scientifico. Leggi della Fisica e Principi. I modelli in Fisica. Grandezze fisiche. Metodi di misurazione. Dimensioni delle grandezze fisiche. Sistemi di unità di misura. Errori. Cifre significative. Tempo. Lunghezza. Massa. Misure e indeterminazione. Calcolo vettoriale: Grandezze scalari e vettoriali. Vettori. Somma e differenza di vettori. Moltiplicazione di uno scalare per un vettore. Versori. Scomposizione di vettori. Prodotto scalare. Prodotto vettoriale. Rappresentazione cartesiana ortogonale. Equivalenza fra le rappresentazioni vettoriali. Espressioni cartesiane delle operazioni fra vettori. Derivate di vettori in forma cartesiana. Derivate di versori e di vettori. Cinematica: Introduzione. Moto e sistemi di riferimento. Lo schema del punto materiale. Equazione vettoriale del moto: traiettoria e legge oraria. Concetto di velocità. Vettore velocità. Rappresentazione intrinseca della velocità. Rappresentazione cartesiana della velocità. Accelerazione. Espressione intrinseca dell’accelerazione. Classificazione di moti elementari. Moti rettilinei. Moto circolare uniforme e uniformemente vario. Grandezze angolari. Periodicità del moto circolare uniforme. Equazioni differenziali nel moto circolare uniforme. Moto oscillatorio armonico. Il problema inverso della cinematica. Moto dei gravi. Cenni sui moti relativi. I Principi della Dinamica: Introduzione. Interazioni e ambiente. Forze. Definizione operativa delle forze. Reazioni vincolari. Introduzione ai Principi della Dinamica. Primo Principio della Dinamica. Secondo Principio della Dinamica. Massa inerziale. Misura dinamica delle forze. Principio di azione e reazione. Quantità di moto e impulso. Momento angolare. Cenni sulle interazioni fondamentali. Campi di forze. Applicazioni dei Principi della Dinamica: Introduzione. Forze costanti. Forze elastiche e legge di Hooke. Il pendolo semplice. Forze che dipendono dalla velocità. Attrito radente statico. Attrito radente dinamico. Dinamica di moti circolari. Dinamica nei sistemi di riferimento non inerziali. Lavoro e Energia: Introduzione. Lavoro di una forza. Energia cinetica e teorema delle forze vive. Campi di forze conservativi. Alcuni campi conservativi: forza peso, forza elastica. Forze non conservative. Conservazione dell’energia meccanica. Energia negli oscillatori. Potenza. Energia potenziale e stabilità dell’equilibrio. Dinamica dei Sistemi: Introduzione. Centro di massa. Quantità di moto e moto del centro di massa. Conservazione della quantità di moto. Momento angolare di un sistema. Equazioni cardinali. Lavoro ed energia. Fenomeni d’urto. Urti unidimensionali. Corpi Rigidi: Introduzione. Cinematica dei sistemi rigidi. Momento di inerzia. Dinamica dei sistemi rigidi con asse fisso. Pendolo fisico. Conservazione del momento angolare assiale. Energia cinetica di un sistema rigido. Lavoro delle forze agenti sui sistemi rigidi. Energia e moto di sistemi rigidi. Dinamica del rotolamento puro. Attrito volvente. Statica dei sistemi rigidi. Elementi di Meccanica dei Fluidi: Introduzione. Densità. Pressione. Equazione della statica. Legge di Stevino e Legge di Pascal. La pressione atmosferica. Legge di Archimede. Misure di pressione. Dinamica dei fluidi. Equazione di continuità. Teorema di Bernoulli. Tubo di Venturi. Tubo di Pitot. Teorema di Torricelli. OSCILLAZIONI E ONDE MECCANICHE Oscillazioni: Richiami sull’oscillatore armonico semplice. Oscillazioni smorzate. Oscillazioni forzate e risonanza. Fenomeni Ondulatori: Introduzione. Equazione differenziale delle onde. Sovrapposizione di onde. Interferenza. Onde stazionarie. Battimenti e velocità di gruppo. Onde su una corda elastica. Intensità di un’onda su una corda. Onde stazionarie su corda vibrante. TERMODINAMICA Sistemi termodinamici: Introduzione. Coordinate termodinamiche. Pareti adiabatiche e diatermiche: equilibrio termico. Principio zero e temperatura. Termometro a gas perfetto. Dilatazione termica. Trasformazioni termodinamiche. Termostati. Equazione di stato dei gas. Lavoro termodinamico. Teoria cinetica dei gas. Primo Principio della Termodinamica: Energia e sistemi termodinamici. Lavoro adiabatico ed energia interna. Primo Principio e calore. Esperimento di Joule. Trasmissione del calore. Capacità termica. Energia interna dei gas ideali. Relazione di Mayer. Trasformazioni adiabatiche quasi-statiche di gas ideali. Aspetti microscopici. Secondo Principio della Termodinamica: Introduzione. Come ottenere lavoro da un serbatoio di calore. Enunciato di Kelvin-Planck: macchine termiche. Enunciato di Clausius: macchine frigorifere. Equivalenza dei due enunciati. Macchine reversibili e ciclo di Carnot. Teorema di Carnot. Macchina reversibile a gas perfetto. Temperatura termodinamica assoluta. Rendimento delle macchine di Carnot. Teorema di Clausius. Entropia. Degradazione dell’energia. Entropia e probabilità.



Testi di riferimento

Alonso-Finn, "Elementi di Fisica Generale", edizione inglese Addison Wesley

Focardi, Massa, Uguzzoni: “Fisica Generale. Meccanica e Termodinamica.” (CEA)

Mazzoldi, Nigro, Voci: “Elementi di Fisica Vol. 1 – Meccanica e Termodinamica.” (EdiSES)

Rosati, Casali: “Problemi di Fisica Generale. Meccanica, Termodinamica, Teoria cinetica dei gas.” (CEA)


Altro materiale didattico

Slide e appunti del Docente. NON DISPONIBILI ON LINE.



Programmazione del corso

 *ArgomentiRiferimenti testi
1*Meccanicatutti i testi indicati 
2*Termodinamicatutti i testi indicati 
* Conoscenze minime irrinunciabili per il superamento dell'esame.

N.B. La conoscenza degli argomenti contrassegnati con l'asterisco è condizione necessaria ma non sufficiente per il superamento dell'esame. Rispondere in maniera sufficiente o anche più che sufficiente alle domande su tali argomenti non assicura, pertanto, il superamento dell'esame.


Verifica dell'apprendimento


MODALITÀ DI VERIFICA DELL'APPRENDIMENTO

Assegnare un punteggio ad uno studente è un compito difficile. Interi studi sono stati dedicati a questo tema. Entrambi gli approcci "oggettivo" e "soggettivo" sono possibili, con vantaggi e svantaggi in entrambi i casi. Per una introduzione a questo problema si può, come semplicissimo esempio visitare il sito http://cte.illinois.edu/testing/exam/course_grades.html # SEC4.

Tale questione sarà discussa con gli studenti all'inizio del corso ed un approccio specifico sarà deciso solo dopo questa discussione.

Qualunque sarà l'approccio adottato, l'esame consisterà in una prova scritta ed una orale e la votazione sarà espressa, secondo la legge italiana, in x/30, con x che va da 0 a 30. Gli studenti avranno la possibilità di poter chiedere di essere esonerati dalla prova orale nel caso in cui quella scritta sia stata superata con una votazione uguale o superiore a 18/30. Tale esonero sarà concesso ad isindacabile giudizio del Docente, eventualmente d'accordo con i componenti della commissione d'esame. Il voto minimo per accedere alla prova orale sarà di 15/30.


PROVE IN ITINERE

Non sono previste prove in itinere.


PROVE DI FINE CORSO

La prova di fine corso consiste nel compito scritto di cui al paragrafo "modalità d'esame"


ESEMPI DI DOMANDE E/O ESERCIZI FREQUENTI

L'esame è fortemente improntato alla risoluzione di esercizi sia in sede di esame scritto che orale. Infatti è assolutamente inutile ripetere la dimostrazione di teoremi o considerazioni astratte senza saperle applicare alla comprensione di problemi concreti. Esempi di argomenti di esame sono:

Calcolo vettoriale: somma, diffrenza prodotto vettoriale e scalare;

Esercizi relativi ai concetti di conservazione dell'energia e della quantità di moto;

Esercizi relativi alla meccanica dei fluidi;

Esercizi di termodinamica.




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