FISICA I P - Z

Il corso ha la finalità di introdurre i metodi dell'indagine fisica e fornire i fondamenti della meccanica, sia del punto materiale sia dei corpi estesi, e della termodinamica.

Lezioni frontali

E' necessario che gli studenti affrontino lo studio della Fisica I solo essendo in possesso di buone nozioni di Matematica elementare (Algebra, Geometria e Trigonometria) e delle nozioni fondamentali del calcolo differenziale.

La frequenza alle lezioni è fortemente consigliata.

GRANDEZZE FISICHE

Introduzione. Il metodo scientifico. Leggi della Fisica e Principi. I modelli in Fisica. Grandezze fisiche e loro misurazione. Dimensioni delle grandezze fisiche. Sistemi di unità di misura. Errori. Cifre significative.

CINEMATICA DEL PUNTO: MOTO RETTILINEO

Introduzione. Moto rettilineo. Velocità nel moto rettilineo. Moto rettilineo uniforme. Accelerazione nel moto rettilineo. Moto uniformemente accelerato. Moto verticale di un corpo. Moto armonico semplice. Moto rettilineo smorzato esponenzialmente. Velocità e accelerazione in funzione della posizione.

VETTORI

Grandezze scalari e grandezze vettoriali. Notazioni e definizioni vettoriali. Somma e differenza di vettori. Prodotto 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. Derivata di versori e di vettori. Vettore posizione e sistemi di coordinate.

CINEMATICA DEL PUNTO: MOTO NEL PIANO

Introduzione. Posizione e velocità. Accelerazione nel moto piano. Moto circolare. Moto parabolico dei corpi. Moto nello spazio.

I PRINCIPI DELLA DINAMICA

Introduzione. Interazioni e ambiente. Forze. Definizione operativa delle forze. Reazioni vincolari. Principio di inerzia. Secondo principio della dinamica. Massa inerziale. Principio di azione e reazione. Quantità di moto e impulso. Momento angolare, momento della forza. Forze centrali. La forza gravitazionale. Massa inerziale e massa gravitazionale. Interazioni fondamentali.

DINAMICA DEL PUNTO MATERIALE

Introduzione. Forze costanti. Forza peso. Forza di attrito radente. Piano inclinato. Forza elastica. Forza di attrito viscoso. Tensione dei fili. Forze centripete. Pendolo semplice. Sistemi di riferimento inerziali, relatività galileiana. Sistemi di riferimento non inerziali, forze inerziali.

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. Teorema del momento angolare. Conservazione del momento angolare. Teorema di König per il momento angolare.

DINAMICA DEL CORPO RIGIDO

Definizione di corpo rigido e prime proprietà. Moto di un corpo rigido. Corpo continuo, densità, posizione del centro di massa. Rotazioni rigide attorno a un asse fisso in un sistema di riferimento inerziale. Momento di inerzia. Teorema di Huygens-Steiner. Pendolo composto. Moto di puro rotolamento. Impulso angolare, momento dell’impulso.

STATICA DEI SISTEMI RIGIDI

Introduzione. Statica del punto materiale. Statica del corpo rigido. Composizione di forze applicate a un corpo rigido. Composizione di forze parallele, caso della forza peso. Equilibrio di un corpo rigido vincolato. L’equilibrio delle forze nelle macchine.

LAVORO E ENERGIA

Introduzione. Lavoro di una forza. Potenza. Teorema delle forze vive, energia cinetica. Lavoro della forza peso. Lavoro di una forza elastica. Lavoro di una forza di attrito radente. Forze conservative, energia potenziale. Conservazione dell’energia meccanica. Energia meccanica dei sistemi di punti materiali. Teorema di König per l’energia cinetica. Conservazione dell’energia meccanica nel moto di un corpo rigido. Macchine semplici e teorema dell’energia cinetica.

FENOMENI D’URTO

Urti tra due punti materiali. Urto completamente anelastico. Urto elastico. Urto anelastico. Urti tra punti materiali e corpi rigidi.

OSCILLAZIONI

Richiamo delle proprietà già viste. Energia dell’oscillatore armonico. Oscillatore armonico smorzato da una forza viscosa. Oscillatore armonico forzato, risonanza. Analisi di Fourier.

PROPRIETÀ MECCANICHE DEI FLUIDI

Generalità sui fluidi. Pressione. Equilibrio statico di un fluido in presenza della forza peso. Principio di Archimede. Attrito interno, viscosità, fluido ideale. Moto di un fluido, regime stazionario, portata. Teorema di Bernoulli e sue applicazioni. Fluidi reali. Moto in un fluido, resistenza del mezzo.

PRIMO PRINCIPIO DELLA TERMODINAMICA

Sistemi e stati termodinamici. Equilibrio termodinamico, principio dell’equilibrio termico. Temperatura e sua misurazione. Primo principio della termodinamica. Forme di energia. Energia interna. Forma generalizzata del primo principio della termodinamica. Trasformazioni termodinamiche. Calorimetria. Processi isotermi, cambiamenti di fase.

GAS IDEALI

Leggi dei gas. Equazioni di stato dei gas ideali. Termometro a gas ideale a volume costante. Trasformazioni di un gas. Lavoro. Calore e calori specifici. Energia interna del gas ideale. Primo principio per le trasformazioni di gas ideali. Relazione di Mayer. Studio di alcune trasformazioni: adiabatica, isoterma, isocora, isobara. Entalpia. Trasformazioni cicliche. Ciclo di Carnot. Ciclo di Stirling. Teoria cinetica dei gas. Significato cinetico di temperatura e calore.

SECONDO PRINCIPIO DELLA TERMODINAMICA

Enunciati del secondo principio della termodinamica. Reversibilità e irreversibilità. Teorema di Carnot. Temperatura termodinamica assoluta. Teorema di Clausius. La funzione di stato entropia. Il principio di aumento dell’entropia. Trasformazioni termodinamiche nel piano T-S. Calcoli di variazioni di entropia. Entropia del gas ideale. Energia inutilizzabile. Trasformazioni adiabatiche e entropia. Interpretazione statistica dell’entropia. Entropia e calore.

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

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

Falciglia: “Problemi di Fisica I. Meccanica e Termodinamica.” (EdiSES)

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Le modalità d’esame saranno consultabili su STUDIUM.

Esempi di domande ed esercizi frequenti saranno disponibili su STUDIUM.