FISICA I E-N

FIS/01 - 9 CFU - 2° semestre

Docente titolare dell'insegnamento

AGATA SCORDINO

Obiettivi formativi

Il corso ha la finalità di fornire conoscenze di base sui fondamenti della Meccanica e della Termodinamica, nonché la capacità di ragionare in modo scientifico e di applicare modelli e concetti matematici astratti a problemi scientifici reali e concreti nel campo della Meccanica e Termodinamica.

Prerequisiti richiesti

Buone conoscenze di Matematica elementare (Algebra, Geometria e Trigonometria); Nozioni fondamentali del calcolo differenziale e integrale


Frequenza lezioni

Obbligo di frequenza (non inferiore al 50%) per coloro che intendono sostenere le prove in itinere


Contenuti del corso

MECCANICA

Grandezze fisiche. Vettori e calcolo vettoriale. Cinematica scalare e vettoriale - Dinamica del punto materiale: le leggi di Newton. Le leggi della forza - Lavoro, energia cinetica, teorema dell'energia cinetica. Forze conservative, energia potenziale, conservazione dell'energia meccanica, bilancio energetico con forze dissipative - Forze centrali. La legge di gravitazione universale - Concetti generali sui moti relativi e i sistemi di riferimento - Sistemi di punti materiali. Centro di massa. Teorema del moto del centro di massa. Quantita' di moto, impulso della forza, teorema dell'impulso, conservazione della quantità di moto - Momento angolare, teorema del momento angolare - Corpo rigido: momento d'inerzia, teorema di Huygens-Steiner, dinamica traslazionale e rotazionale - Fenomeni d' urto: urti elastici ed anelastici - Oscillatore armonico semplice, smorzato e forzato.

TERMODINAMICA

Sistemi e variabili termodinamiche, stati di equilibrio, equazione di stato – Temperatura – Calore e lavoro. Capacità termiche – Primo principio delle Termodinamica – Gas ideali e reali - Macchine termiche. Macchine frigorifere. Ciclo di Carnot – Secondo principio della termodinamica – Processi reversibili e irreversibili - Entropia.


Testi di riferimento

  1. MAZZOLDI, NIGRO, VOCI – Elementi di Fisica: Meccanica, Termodinamica (2° edizione) – EdiSES
  2. FALCIGLIA – Problemi di Fisica I: meccanica e termodinamica - EdiSES

Altro materiale didattico

Programma del corso, testi degli esercizi svolti in aula, testi dei compiti d’esame, slide delle lezioni sono consultabili sul portale Didattica Interattiva http://studium.unict.it


Programmazione del corso

 *ArgomentiRiferimenti testi
1*INTRODUZIONE: Grandezza fisica - Unità di misura - Equazione dimensionaleTesto 1, App. B 
2*INTRODUZIONE: Errori di misura - Approssimazione - Notazione scientificaTesto 1, App. B 
3*VETTORI: Rappresentazione di grandezze fisiche per mezzo di vettori - Operazioni sui vettori: somma, differenza, prodotto di un vettore per uno scalareTesto 1, App. C 
4*VETTORI: Operazioni sui vettori: prodotto scalare, prodotto vettoriale - Componenti di un vettore - Derivata di un vettore - IntegrazioneTesto 1, App. C 
5*CINEMATICA: Velocità - Accelerazione - Legge oraria - Moto rettilineo uniforme - Moto rettilineo uniformemente accelerato Testo 1, Cap.1 
6 CINEMATICA: Moto rettilineo smorzato esponenzialmente - Moto armonico sempliceTesto 1, Cap.1 
7*CINEMATICA: Moto nel piano - Moto parabolicoTesto 1, Cap.2 
8*CINEMATICA: Moti circolari –Moto circolare uniformeTesto 1, Cap.2 
9*DINAMICA DEL PUNTO MATERIALE: Principio di inerzia - Massa inerziale - Forza: 2a legge di Newton - Principio di azione e reazioneTesto 1, Cap.3 
10*DINAMICA DEL PUNTO MATERIALE: Leggi della forza: forza gravitazionale, forza peso, forza di attrito, forza elastica, forze viscose di resistenza del mezzo - Reazioni vincolari - Tensione dei fili Testo 1, Cap.3 
11*DINAMICA DEL PUNTO MATERIALE: Diagramma del corpo libero - Moto lungo un piano inclinato liscio e scabroTesto 1, Cap.3 
12*DINAMICA DEL PUNTO MATERIALE: Moti circolari: Forze centripete - Momento angolare. Momento meccanico - Conservazione del momento angolareTesto 1, Cap.3 
13 DINAMICA DEL PUNTO MATERIALE: Sistemi di riferimento inerziali - Principio di Invarianza Galileiana - Trasformazione Galileiana - Legge di composizione delle velocità - Sistemi di riferimento non inerziali: forze fittizieTesto 1, Cap.5 
14*CONSERVAZIONE DELL’ENERGIA: Lavoro - Energia cinetica - Teorema delle forze vive - Forze conservative - Energia potenzialeTesto 1, Cap.4 
15*CONSERVAZIONE DELL’ENERGIA: Calcolo di energia potenziale - Conservazione dell'energia meccanica - Forze non conservative Testo 1, Cap.4 
16 CONSERVAZIONE DELL’ENERGIA: Energia potenziale e forza: diagrammi di energia e stabilità dell’equilibrio - Forze centrali – Moto in un campo di forze centraliTesto 1, Cap.4 
17*DINAMICA DEI SISTEMI DI PUNTI MATERIALI: Forze interne e forze esterne - Centro di massa di un sistema di punti – Teorema del moto del centro di massa - Conservazione della quantità di motoTesto 1, Cap.8 
18*DINAMICA DEI SISTEMI DI PUNTI MATERIALI: Urti tra punti materiali: elastico, anelastico e completamente anelasticoTesto 1, Cap.6 
19 DINAMICA DEI SISTEMI DI PUNTI MATERIALI: Sistema di riferimento del centro di massa - Momento angolare - Momento meccanico - Teorema del momento angolare - Teoremi di König - Conservazione del momento angolareTesto 1, Cap.6 
20 DINAMICA DEL CORPO RIGIDO: Corpo rigido - Moto di un corpo rigido - Equazione del moto di un corpo rotante - Momenti di inerzia e coefficienti inerziali - Rotazioni rigide attorno ad un asse fisso in un sistema di riferimento inerzialeTesto 1, Cap.7 
21 DINAMICA DEL CORPO RIGIDO: Momento di inerzia rispetto ad un asse fisso - Teorema di Huygens-Steiner - Lavoro ed energia cinetica nel moto rotatorioTesto 1, Cap.7 
22 DINAMICA DEL CORPO RIGIDO: Moto rototraslatorio - Moto di puro rotolamentoTesto 1, Cap.7 
23*OSCILLAZIONI: Oscillatore armonico semplice: equazione del moto e soluzione - Sistema massa-molla - Pendolo semplice - Energia cinetica e potenziale nei moti armonici sempliciTesto 1, Cap.10 
24*OSCILLAZIONI: Oscillatore in presenza di forza peso - Oscillatore armonico smorzato da una forza viscosa: smorzamento deboleTesto 1, Cap.10 
25 OSCILLAZIONI: Oscillatore armonico smorzato da una forza viscosa: smorzamento forte e critico Oscillatore armonico forzato - RisonanzaTesto 1, Cap.10 
26*TERMOMETRIA E CALORIMETRIA: Equilibrio termico - Principio zero - Temperatura - Termometro a gas perfetto - Temperatura Kelvin - Definizione calorimetrica di caloreTesto 1, Cap.12 
27*TERMOMETRIA E CALORIMETRIA: - Capacità termica - Calori specifici e calori latenti - Caloria - Calorimetro - Sorgenti di calore - Equivalente meccanico del caloreTesto 1, Cap.12 
28*SISTEMI TERMODINAMICI: Sistemi e stati termodinamici - Coordinate termodinamiche - Equilibrio termodinamico - Sistemi termodinamici semplici - Sistemi PVT - Equazione di stato - Equazione di stato dei gas perfetti - Trasformazioni termodinamicheTesto 1, Cap.12 e 13 
29*CALORE, LAVORO E PRIMO PRINCIPIO DELLA TERMODINAMICA: Lavoro in una trasformazione di un sistema PVT - Energia interna - Primo principio della termodinamica - Energia interna di un gas ideale - Calori specifici dei gas idealiTesto 1, Cap.13 
30 CALORE, LAVORO E PRIMO PRINCIPIO DELLA TERMODINAMICA: Espansione libera di Joule - Relazione di Mayer – Adiabatica reversibile di un gas perfettoTesto 1, Cap.13 
31*SECONDO PRINCIPIO DELLA TERMODINAMICA: Macchine termiche - Enunciato di Kelvin Planck del secondo principio della termodinamica - Macchine frigorifere - Enunciato di Clausius del secondo principio della termodinamica - Equivalenza dei due enunciatiTesto 1, Cap.14 
32*REVERSIBILITÀ - TEMPERATURA ASSOLUTA: Reversibilità e irreversibilità - Ciclo di Carnot - Teorema di Carnot - Macchina di Carnot - Temperatura termodinamica assolutaTesto 1, Cap.14 
33*ENTROPIA: Teorema di Clausius - Entropia - Il principio di aumento dell’entropia - Entropia di un gas idealeTesto 1, Cap.14 
34 ENTROPIA: Entropia e reversibilità - Entropia e irreversibilità - Entropia ed energia inutilizzabileTesto 1, Cap.14 
* 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

L'esame consiste in una prova scritta seguita da 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. Durante la prova scritta è consentito soltanto l’uso di una calcolatrice. Non è consentita la consultazione di materiale personale quali libri di testo, formulari, appunti o esercizi svolti; in aula sono predisposte copie del libro di testo per consultazione. Il superamento della prova scritta ha validità solo relativamente allo stesso appello. Gli allievi che superano la prova scritta possono sostenere la conseguente prova orale (durata 30 min) che consiste, a partire da una discussione della prova scritta, nella trattazione di tre distinti argomenti in programma.


PROVE IN ITINERE

Sono previste due prove in itinere, non obbligatorie, della durata di una ora ciascuna, approssimativamente a metà e alla fine del corso. Le prove consistono nella risoluzione di problemi relativi alla parte di programma svolto, il cui livello di difficoltà è simile agli esercizi svolti in aula. Il superamento delle prove in itinere consente di sostenere direttamente la prova orale d’esame in un qualsiasi appello entro la terza sessione d’esame del relativo A.A. Le prove in itinere sono riservate ai soli studenti iscritti al corso per la prima volta.


ESEMPI DI DOMANDE E/O ESERCIZI FREQUENTI

Testi degli esercizi svolti in aula e degli esercizi assegnati nelle prove d’esame sono consultabili sul portale Didattica Interattiva http://studium.unict.it



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