Obiettivi formativi
Il corso si prefigge di fornire allo studente le nozioni fondamentali della meccanica classica e della termodinamica. Queste nozioni, illustrate anche attraverso un ampio numero di esempi, dovranno consentirgli di impostare e risolvere semplici problemi e di comprendere alcune proprietà fondamentali della materia, derivanti dalle leggi studiate.
In particolare
Conoscenza e capacità di comprensione (knowledge and understanding)
- conoscere e comprendere la terminologia utilizzata nell’ambito della meccanica del punto, dei sistemi di punti materiali, dei corpi rigidi, delle onde e della termodinamica
- conoscenza delle leggi fondamentali e dei principi naturali che governano la meccanica e delle trasformazioni termodinamiche.
- conoscenza delle strategie atte a trovare soluzioni specifiche di semplici problemi di cinematica, dinamica e termodinamica.
Capacità di applicare conoscenza e comprensione (applying knowledge and understanding)
- risoluzioni di semplici problemi sia in via analitica che numerica inerenti la meccanica dei corpi puntiformi ed estesi e le trasformazioni termodinamiche.
Abilità comunicative (communication skills)
- sviluppo di un linguaggio scientifico corretto, rigoroso e comprensibile che permetta di esporre in modo chiaro e completo le conoscenze e le strategie risolutive imparate nel corso.
Autonomia di giudizio (making judgements)
- capacità di valutare criticamente i risultati ottenuti nello svolgimento dei problemi.
- capacità di formulare semplici osservazioni appropriate e possibili descrizioni in situazioni concrete prossime a quelle trattate nel corso
-Capacità di apprendimento (learning skills)
- capacità di applicare le conoscenze acquisite per la risoluzione di problemi originali inerenti la meccanica e la termodinamica
Prerequisiti
Analisi Matematica 1
In particolare conoscenza operativa della trigonometria di base, equazioni e sistemi di equazioni di primo e secondo grado, esponenziali e logaritmi, funzioni di variabile reale, limiti, derivate ed integrali.
Alle semplici nozioni di calcolo vettoriale necessarie viene dedicata una lezione all'inizio del corso.
Contenuti dell'insegnamento
Meccanica:
Grandezze fisiche
I vettori
Cinematica del punto materiale
Dinamica del punto materiale
Energia e lavoro
Quantità di moto
Dinamica rotazionale del punto materiale.
Dinamica del corpo rigido
Statica del corpo rigido
La legge di gravitazione universale di Newton.
I fluidi
Onde meccaniche
Termodinamica:
Temperatura e calore
Primo principio della termodinamica
Secondo principio della termodinamica
Programma esteso
Grandezze fisiche. Unità di misura fondamentali, analisi dimensionale; 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
I fluidi. Pressione e densità, legge di Stevino, principio di Archimede, teorema di Bernoulli.
Onde meccaniche: Il moto ondulatorio, sovrapposizione ed interferenza, onde sulle corde, l'equazione lineare delle onde, onde stazionarie, battimenti.
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
Testi consigliati
Gettys - Fisica 1 - McGraw Hill Quinta Edizione
Walker - Halliday-Resnick-Fondamenti di Fisica - CEA Settima Edizione (vol. primo - Meccanica - Termologia)
oppure
Halliday-Resnick-Krane - Fisica 1 - CEA Quinta edizione
Focardi-Massa-Uguzzoni - Fisica Generale - CEA Vol. Meccanica/Termodinamica e fluidi
Mazzoldi-Nigro-Voci - Elementi di Fisica Meccanica Termodinamica - Edises Seconda Edizione
oppure
Mazzoldi-Nigro-Voci - Fisica Vol.1 - Edises
Ogni altro testo di Fisica Generale a livello universitario (per corsi di laurea in Ingegneria o Fisica) che tratti gli argomenti del corso può essere ugualmente considerato valido ai fini della preparazione. In caso di dubbio consultare il docente.
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.
Modalità verifica apprendimento
Due prove scritte parziali di cui la prima in corso d'anno (durata 1h20') o prova scritta sull'intero programma in alternativa (durata 2h).
Le prove scritte presenteranno sia esercizi da risolvere per via numerica o letterale che domande di teoria.
Con un voto complessivo superiore a 18/30 si avrà la possibilità immediata di verbalizzare il voto proposto (prova orale a discrezione dello studente che intenda migliorare la votazione, in una qualsiasi delle date di volta in volta proposte - comunque entro e non oltre il termine della III sessione).
Con un voto inferiore nella prova scritta 18/30 ma comunque non inferiore a 12/30 lo studente risulterà ammesso con riserva alla prova orale che potrà sostenere in una qualsiasi delle date di volta in volta proposte (entro e non oltre il termine della III sessione). L'ammissione con riserva significa che, dopo valutazione della prova scritta, nonostante il non conseguimento pieno dei requisiti minimi per la verbalizzazione viene consentito ugualmente di presentarsi all'esame orale: il docente procederà a verificare la reale preparazione dello studente tramite le consuete domande sulla "teoria" nonché eventualmente, se ritenuto necessario, con il supporto di brevi esercizi scritti (è chiaro che non avendo il conforto della prova scritta lo studente DEVE necessariamente conseguire in sede di prova orale la piena sufficienza ).
Altre informazioni
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Obiettivi agenda 2030 per lo sviluppo sostenibile
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