FISICA I F - O

Comprensione degli argomenti di base della meccanica, delle onde e della termodinamica. Acquisizione delle abilità necessarie alla risoluzione di problemi su tali argomenti.

Nessuno, ma è meglio aver preparato e/o sostenuto gli esami di Analisi Matematica I e di Algebra Lineare e Geometria.

Fortemente consigliata, ma non obbligatoria.

1 – INTRODUZIONE ALLA FISICA

Campioni di lunghezza, massa e tempo – Densità e massa atomica – Analisi dimensionale – Conversioni tra unità di misura – Ordini di grandezza.

2 – CALCOLO VETTORIALE

Sistemi di coordinate – Scalari – Vettori – Alcune proprietà dei vettori – Componenti dei vettori – Versori – Somma e differenza di vettori – Prodotto scalare – Prodotto vettoriale – Prodotto misto – Doppio prodotto vettoriale – Derivata temporale di vettori di modulo costante e di versori: formule di Poisson - Campi vettoriali – Derivazione dei vettori - Cenno agli operatori differenziali (gradiente, divergenza, rotore).

3 – MOTO IN UNA E DUE DIMENSIONI

Il punto materiale – Il concetto di tempo - Posizione – Velocità media – Velocità istantanea – Moto rettilineo uniforme – Moto rettilineo uniformemente accelerato – Caduta libera dei gravi – Vettori spostamento, velocità, accelerazione – Vettore velocità istantanea – Traiettoria – Moto bidimensionale con accelerazione costante - Moto circolare uniforme – Accelerazione centripeta (radiale) – Accelerazione tangenziale e radiale in un moto curvilineo – Moto armonico – Composizione di moti armonici: figure di Lissajous – Moto dei proiettili: equazione della traiettoria, gittata, raggio di curvatura, accelerazione normale e tangenziale – I sistemi di riferimento (SdR) - Moto di due punti materiali in uno stesso SdR: velocità relativa – Moto di un punto materiale in due SdR diversi: caso generale - Approfondimento sul termine di accelerazione complementare di Coriolis – Effetti della rotazione terrestre sulla statica e la dinamica dei gravi.

4 – DINAMICA DEL PUNTO MATERIALE

Legge di inerzia e terne inerziali – I concetti di forza e di massa – Massa inerziale – Seconda legge di Newton – Quantità di moto ed impulso – Terza legge di Newton: enunciati in forma forte e debole – Limiti di validità delle leggi di Newton – Applicazioni delle leggi di Newton – La forza di gravità – Forze elastiche – Reazioni vincolari – Forze di attrito – Moti in sistemi di riferimento non inerziali: forze apparenti – Fenomeni oscillatori: oscillazioni libere – Oscillazioni smorzate – Oscillazioni forzate: la risonanza – Il pendolo semplice.

5 – LAVORO ED ENERGIA

Definizione di lavoro – Lavoro eseguito da una forza costante – Lavoro eseguito da forze variabili – Definizione di energia cinetica – Teorema dell’energia cinetica – Potenza – Forze conservative e non conservative – Energia potenziale – Teorema dell’energia potenziale – Legge di conservazione dell’energia meccanica – Energia nell’oscillatore armonico – Forze non conservative e teorema dell’energia cinetica – Diagrammi di energia potenziale e moto di una particella.

6 – QUANTITÀ DI MOTO E URTI

Richiami su quantità di moto e impulso – Forze impulsive – Conservazione della quantità di moto in un sistema di due particelle – Urti e approssimazione impulsiva – Urti elastici ed inelastici – Urti in due dimensioni (cenni) – Centro di massa di un sistema – Moto di un sistema di particelle – Propulsione a reazione: spinta.

7 – ROTAZIONE DI UN CORPO RIGIDO ATTORNO A UN ASSE FISSO. MOMENTO ANGOLARE

Definizione di corpo rigido – Velocità angolare ed accelerazione angolare – Cinematica rotazionale – Relazioni tra grandezze lineari e angolari – Energia cinetica di rotazione – Momento di inerzia – Calcoli di momenti di inerzia per corpi rigidi omogenei e simmetrici – Teorema degli assi paralleli di Huygens-Steiner – Teorema degli assi perpendicolari - Momento di una forza – Seconda legge di Newton in forma rotazionale – Lavoro, energia e potenza nel moto rotatorio – Moto di rotolamento di un corpo rigido – Momento angolare di una particella e di un sistema di particelle – Teorema del momento angolare – Conservazione del momento angolare – Momento angolare e rotazione di corpi rigidi attorno a un asse di simmetria - Matrice di inerzia - Effetto giroscopico - La trottola (addormentata e sveglia) - Precessione - Nutazioni.

8 – EQUILIBRIO STATICO. ELASTICITÀ

Condizioni di equilibrio di un corpo rigido – Teorema di Varignon – Alcuni esempi di equilibrio statico: corpo rigido sospeso a un punto – Corpo rigido poggiato su un piano: teorema di Torricelli e poligono di appoggio - Proprietà elastiche dei solidi – Diagramma stress-strain – Sforzi – Modulo di Young ed elasticità in lunghezza – Modulo di scorrimento: elasticità in forma – Modulo di compressibilità ed elasticità di volume – Coefficiente di Poisson – Legame tra i coefficienti elastici.

9 – GRAVITAZIONE UNIVERSALE

Cenni storici - Le leggi di Keplero - Legge di gravitazione universale di Newton – Conservatività della forza di gravitazione universale – Energia potenziale gravitazionale - Velocità di fuga - Velocità areolare - Dimostrazione della seconda legge di Keplero - Dimostrazione della terza legge di Keplero - Dimostrazione della prima legge di Keplero: tipi di orbite - considerazioni energetiche sul moto dei pianeti.

10 – MECCANICA DEI FLUIDI

Definizione di fluido – Liquidi e gas - La pressione – Statica dei fluidi pesanti: legge di Stevin – Paradosso idrostatico – Vasi comunicanti – Principio di Pascal – Tubo a U - Barometro di Torricelli e misura delle pressioni – Pompa sommersa - Principio di Archimede – Studio del galleggiamento - Centro di spinta, metacentro ed equilibrio dei natanti – Dinamica dei fluidi: moto stazionario e moto turbolento – Moto laminare e moto vorticoso – Viscosità nei fluidi - Linee e tubi di flusso – Equazione di continuità: legge di Leonardo – Equazione di Bernoulli – Teorema di Torricelli – Tubo di Venturi – Moto stazionario di fluidi viscosi – Legge di Poiseuille – Moto turbolento: numero di Reynolds.

11 – FENOMENI ONDULATORI

Onde – Lunghezze d’onda, frequenza e velocità di propagazione di un’onda – Onde longitudinali e onde trasversali – Onde progressive e regressive – Velocità delle onde sulle corde – Riflessione e trasmissione delle onde – Onde armoniche: numero d’onde, frequenza, pulsazione, ampiezza e fase – Equazione delle onde – Onde sonore – Intensità e livello di intensità delle onde sonore - Sovrapposizione di onde - Interferenza - Onde stazionarie - Onde stazionarie in una canna d'organo - Pacchetti d'onde - Velocità di fase e velocità di gruppo - Effetto Doppler (cenni).

12 – TEMPERATURA E TERMOLOGIA

Temperatura e principio zero della termodinamica – Termometri e scale di temperatura – Temperatura assoluta – Dilatazione termica di solidi e liquidi – Stato termodinamico – Modello di gas perfetto – Peso molecolare – Equazione di stato dei gas perfetti – Atmosfera isoterma.

13 – IL CALORE E IL PRIMO PRINCIPIO DELLA TERMODINAMICA

Calore ed energia termica – Equivalente meccanico della caloria – Capacità termica e calore specifico – Misure di calorimetria – Calore latente nei cambiamenti di stato – Trasformazioni termodinamiche – Diagramma di Clapeyron – Lavoro e calore nelle trasformazioni termodinamiche – Energia interna e primo principio della termodinamica – Trasformazioni isocore, isobare, isoterme, adiabatiche (formule di Poisson), politropiche – Propagazione del calore (cenni).

14 – LA TEORIA CINETICA DEI GAS

Modello molecolare per la pressione di un gas perfetto – Interpretazione molecolare della temperatura – Principio di equipartizione dell’energia – Calori specifici molari di gas perfetti – Relazione di Mayer – Distribuzione delle velocità molecolari – Fenomeni di evaporazione – Libero cammino medio – Equazione di stato di van der Waals.

15 – SECONDO PRINCIPIO DELLA TERMODINAMICA

Macchine termiche – Rendimento termico – Enunciati di Kelvin-Planck e di Clausius del II principio – Trasformazioni reversibili e irreversibili – Teorema di Carnot – Macchina di Carnot – Motore a scoppio – Pompe di calore e frigoriferi – Integrale e disequazione di Clausius – Entropia – Sistema, ambiente ed universo – Aumento dell’entropia dell’universo – Variazioni di entropia nelle trasformazioni termodinamiche dei gas perfetti – Variazioni di entropia nei processi irreversibili: conduzione di calore, espansione libera, scambi termici – Interpretazione microscopica dell’entropia – Piano TS.

Per la parte teorica del corso si suggerisce l’uso di (almeno) uno dei seguenti testi:

1. D. Sette, A. Alippi, Lezioni di Fisica – Meccanica, Termodinamica, Zanichelli
2. D. Roller, R. Blum, Fisica, volume primo, Zanichelli
3. P. Mazzoldi, M. Nigro, C. Voci, Fisica vol. 1, EdiSES
4. S. Rosati, Fisica Generale, vol. 1, CEA
5. C. Mencuccini, V. Silvestrini, Fisica, meccanica e termodinamica, CEA

da accoppiare ad (almeno) uno dei seguenti testi:

1. R.A. Serway, J. Jewett, Fisica per Scienze ed Ingegneria vol. 1, EdiSES
2. D. Halliday, R. Resnick, K. Krane, Fisica vol. 1, CEA
3. P. Tipler, G. Mosca, Corso di Fisica, vol. 1, Zanichelli

Per le esercitazioni:

1. M. Bruno, M. D’Agostino, M.L. Fiandri, Esercizi di Fisica I, CLUEB
2. M. Fazio, P. Guazzoni, Problemi di Fisica Generale, CEA
3. V. Magni, G. Cerullo, Fisica Generale. Problemi di meccanica e termodinamica, Zanichelli

Per chi volesse approfondire alcuni argomenti del corso:

1. L. Tieri, V. Polara, Testo di Fisica Sperimentale, vol. I, Cremonese, Roma
2. G. Bernardini, Fisica Generale, Vol. 1, Veschi Editore
3. M. Fazio, Termologia, teoria cinetica, termodinamica, EdiSES
4. K.R. Symon, Mechanics, Addison-Wesley

I criteri della prova d'esame verranno resi noti all'inizio del corso (marzo 2018).

Nessuna prova in itinere prevista.