Obiettivi formativi
Il corso mira a trasmettere le nozioni fondamentali della meccanica classica e della termodinamica, mediante anche l’uso di esempi ed esercizi; al termine del corso, lo studente dovrà essere in grado di impostare e risolvere semplici problemi, oltre che di comprendere i fenomeni fisici e le proprietà della materia con cui venisse a contatto nella vita di tutti i giorni.
Durante il corso, si acquisiranno le seguenti competenze ed abilità:
- comprensione della terminologia scientifica adatta a descrivere e studiare la meccanica del punto, dei sistemi di punti materiali, dei corpi rigidi, oltre che le proprietà onde meccaniche ed i principi della termodinamica
- conoscenza delle leggi fondamentali e dei principi naturali che governano la meccanica e le trasformazioni termodinamiche.
- risoluzioni di semplici problemi sia in via analitica che numerica inerenti la meccanica dei corpi puntiformi ed estesi, le onde meccaniche e le trasformazioni termodinamiche.
- sviluppo di un linguaggio scientifico corretto, rigoroso e comprensibile, al fine di trasmettere in modo accurato le conoscenze sviluppate e di descrivere senza ambiguità i fenomeni fisici;
- capacità di valutare criticamente il proprio avanzamento nello studio della materia;
- capacità di discutere criticamente i risultati ottenuti nello svolgimento dei problemi, con particolare riguardo al riconoscere gli errori e le inesattezze che generassero risultati “non fisici”;
- capacità di formulare semplici osservazioni e previsioni appropriate in situazioni concrete prossime a quelle trattate nel corso.
Prerequisiti
Analisi Matematica 1.
Trigonometria di base, equazioni e sistemi di equazioni di primo e secondo grado, esponenziali e logaritmi, funzioni di variabile reale, limiti, derivate ed integrali.
Nelle prime lezioni del corso verranno trattati in breve le basi del calcolo vettoriale.
Contenuti dell'insegnamento
Meccanica:
Grandezze fisiche, notazione scientifica (2 ore)
I vettori (2 ore)
Cinematica del punto materiale (6 ore)
Dinamica del punto materiale (6 ore)
Energia e lavoro (4 ore)
Quantità di moto (4 ore)
Urti (4 ore)
Dinamica rotazionale del punto materiale. (6 ore)
Dinamica del corpo rigido (6 ore)
Statica del corpo rigido (6 ore)
La legge di gravitazione universale di Newton. (4 ore)
Onde meccaniche (2 ore)
Fluidodinamica (2 ore)
Termodinamica:
Temperatura e calore (6 ore)
Primo principio della termodinamica (6 ore)
Secondo principio della termodinamica (6 ore)
Programma esteso
Grandezze fisiche. Unità di misura fondamentali, analisi dimensionale; notazione scientifica, approssimazioni e ordini di grandezza; cenni sulla propagazione degli errori, cifre significative;
I vettori: Scalari e vettori, operazione fra vettori, principio di sovrapposizione, derivata di un vettore
Cinematica del punto materiale. Vettori posizione, spostamento, velocità e accelerazione; accelerazione radiale e tangenziale; classificazione dei moti: moti; moti in una dimensione (uniforme, uniformemente accelerato, oscillatorio armonico), moti in due dimensioni (moto del proiettile, moto circolare); cenni sui sistemi di riferimento.
Dinamica del punto materiale. Le leggi di Newton; forza peso, forze di reazione e di attrito radente, forza elastica; dinamica del moto circolare; sistemi di riferimento inerziali e non inerziali.
Energia e lavoro. Il lavoro di una forza, la potenza; esempi di lavoro di forze costanti e variabili; forze conservative ed energia potenziale; energia cinetica; il teorema dell’energia cinetica; conservazione dell’energia meccanica.
Quantità di moto. Il teorema della quantità di moto, impulso; sistemi di punti materiali; conservazione della quantità di moto; il centro di massa, moto del centro di massa; fenomeni di urto fra punti materiali.
Dinamica rotazionale del punto materiale. Momento di una forza, momento della quantità di moto, la seconda legge di Newton, il teorema del momento angolare, l’energia cinetica di un punto materiale in rotazione, generalizzazioni ai sistemi di punti materiali.
Dinamica del corpo rigido. I corpi rigidi; moto traslatorio di un corpo rigido, posizione del centro di massa; moto rotatorio di un corpo rigido intorno ad un asse fisso; momento di inerzia e teorema di Huygens-Steiner; energia cinetica rotazionale e lavoro; moti di puro rotolamento, la conservazione del momento angolare.
Statica del corpo rigido. Condizioni di equilibrio statico del corpo rigido.
La legge di gravitazione universale di Newton. Forza gravitazionale e campo gravitazionale; l’energia potenziale gravitazionale; le leggi di Keplero
Onde meccaniche: Il moto ondulatorio, sovrapposizione ed interferenza, onde sulle corde, l'equazione lineare delle onde, onde stazionarie, battimenti, l’energia dell’oscillatore armonico.
Termodinamica. Coordinate termodinamiche; temperatura e termometri; leggi dei gas; il lavoro termodinamico, il calore e i principi delle termodinamica (principio zero, I e II principio); trasformazioni termodinamiche; calori specifici e calorimetria; ciclo di Carnot, macchine termiche e frigorifere e loro rendimento; entropia.
Bibliografia
Gettys - Fisica 1 - McGraw Hill Quinta Edizione
Metodi didattici
Lezioni frontali in cui saranno discussi i concetti fondamentali con ampia illustrazione di esempi. Ogni argomento trattato è accompagnato da un congruo numero di ore dedicate allo svolgimento di esercizi, avvalendosi anche di un esercitatore.
Modalità verifica apprendimento
Verranno svolte due prove infra annum scritte durante il corso. Se queste risulteranno entrambi sufficienti, chi vorrà sostenere l'esame nelle prime due sessioni d'esame (a gennaio o febbraio) potrà accedere direttamente alla prova orale. Il giudizio finale verrà basato sull'esito di quest'ultima e su quello delle due prove scritte. In alcuni casi, se le prove infra annum hanno avuto buon esito, sarà proposto direttamente un voto finale allo studente, esentandolo dalla prova orale.
Sia nell'esame finale che nelle esercitazioni verrano proposti degli esercizi a risposta multipla. La risposta corretta, corredata di argomentazione vale 1 punto, quelle corrette ma senza argomentazione valgono ½ punto, mentre le risposte errate comportano una penalità di ½ punto. Non sono disponibili i testi degli esami dati in precedenza.
Altre informazioni
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Obiettivi agenda 2030 per lo sviluppo sostenibile
