Obiettivi formativi
Conoscenze e capacità di comprendere:
Alla fine del percorso dell’insegnamento lo studente dovrà aver acquisito una conoscenza organica delle leggi fondamentali della meccanica classica (meccanica del punto materiale e dei sistemi, con cenni ai fluidi), delle onde meccaniche e le nozioni fondamentali di termodinamica. E’ a disposizione degli studenti un sito Internet, specifico per il corso, attraverso il quale è fornito materiale didattico.
Competenze:
Lo studente dovrà dimostrare di aver compreso e sapere discutere gli aspetti fondamentali della materia; dovrà aver acquisito la capacità di interpretare correttamente il testo di un problema semplice e saperne impostare la soluzione in modo autonomo.
Autonomia di giudizio:
Lo studente dovrà possedere gli strumenti per valutare criticamente i risultati ottenuti nello svolgimento dei problemi, mostrando capacità di controllare gli errori (ad es. attraverso il calcolo dimensionale, la ragionevolezza del risultato, verifiche analitiche).
Capacità comunicative:
Lo studente dovrà possedere l’abilità di esporre i concetti acquisiti in maniera chiara e organica, collegando gli argomenti in modo appropriato.
Prerequisiti
Si richiede la conoscenza delle matematiche elementari e dei fondamenti del calcolo differenziale ed integrale, perciò i corsi di Analisi Matematica I e Geometria sono considerati propedeutici al corso di Fisica Generale I
Contenuti dell'insegnamento
Il corso prevede una parte di lezioni teoriche, articolate in due moduli (MODULO A e MODULO B) e una di esercitazioni su tutti gli argomenti del corso.
Gli argomenti affrontati sono i seguenti:
MODULO A
- Grandezze fisiche
- I vettori
- Cinematica del punto materiale
- Dinamica del punto materiale
- Lavoro ed energia
- Potenza
- Quantità di moto
- Sistemi discreti e continui: il centro di massa.
- Il corpo rigido: cinematica del moto rotatorio
- Dinamica del corpo rigido ed equazioni cardinali della dinamica
- Considerazioni energetiche
- Leggi di conservazione
- Urti
- Statica del corpo rigido.
- Le piccole oscillazioni.
- Gravitazione universale
MODULO B
- Onde meccaniche
- I sistemi continui: deformazioni nei solidi
- Grandezze e leggi fondamentali della fluidostatica e della fluidodinamica
- Principi della Termodinamica
- Il calore ed il lavoro termodinamico
- Teoria cinetica dei gas
- Macchine termiche e rendimento
- Entropia
Programma esteso
MODULO A
- Grandezze fisiche:
Dimensioni, unità di misura; sistemi di unità di misura e grandezze campione; cifre significative; grandezze fisiche fondamentali e derivate.
- I vettori:
Grandezze vettoriali; operazioni fra vettori.
- Cinematica del punto materiale:
Grandezze cinematiche fondamentali (spostamento, velocità, accelerazione); classificazione dei moti: moti rettilinei (uniforme, uniformemente accelerato, es. caduta dei gravi), moti in due dimensioni (es. moto del proiettile, moto circolare); accelerazione radiale e tangenziale; sistemi di riferimento.
- Dinamica del punto materiale:
Le leggi di Newton; forze di contatto e a distanza; il diagramma di corpo libero; dinamica del moto rettilineo, dinamica del moto circolare; sistemi di riferimento inerziali e non inerziali; forze fittizie.
- Lavoro ed energia:
Concetti di lavoro ed energia cinetica; il teorema lavoro-energia cinetica; la potenza; forze conservative ed energia potenziale; conservazione dell’energia meccanica.
- Quantità di moto:
Definizione di quantità di moto e di impulso; legge di conservazione della quantità di moto.
- Sistemi discreti e continui:
Il centro di massa. Velocità ed accelerazione del centro di massa.
- Il corpo rigido:
Cinematica del corpo rigido: traslazione e rotazione (definizione delle grandezze spostamento, velocità e accelerazione angolari); relazioni fra grandezze cinematiche rotazionali e lineari.
- Dinamica del corpo rigido:
Momento di una forza rispetto ad un asse; centro di gravità; momento di inerzia; teorema degli assi paralleli; momento angolare.
- Equazioni cardinali della dinamica; energia
cinetica rotazionale e lavoro;
momento angolare;
teoremi di Koenig
- Leggi di conservazione - Moto di rotolamento perfetto.
- Gravitazione universale:
Legge di gravitazione universale e leggi di Keplero.
- Urti:
Forze impulsive ed urti a due corpi (urti centrali in 1 e 2D, urti con corpi rigidi liberi o vincolati)
Statica del corpo rigido:
- Condizioni di equilibrio statico del corpo rigido.
- Le piccole oscillazioni:
Cinematica e dinamica del moto armonico; considerazioni energetiche per l’oscillatore armonico.
MODULO B
- Onde meccaniche:
Il moto ondulatorio, sovrapposizione ed interferenza delle onde, equazione lineare delle onde, onde sulle corde, onde sonore (cenni), onde stazionarie.
- I sistemi continui:
Deformazioni nei solidi.
- Grandezze e leggi fondamentali della fluidostatica e della fluidodinamica: legge di Stevino, di Archimede, equazione di continuità; teorema di Bernoulli.
- Introduzione alla Termodinamica:
Variabili termodinamiche e concetti di base.
Temperatura:
Principio zero della termodinamica ed equilibrio termico; definizione di temperatura; termometri e scale di temperatura Kelvin e Celsius; il termometro a gas a volume costante; la dilatazione termica.
- I gas perfetti:
Equazione di stato dei gas ideali; teoria cinetica dei gas; teorema di equipartizione dell’energia; trasformazioni termodinamiche per gas perfetti; trasformazioni reversibili e irreversibili; diagramma pressione-volume; equazione di Van der Vaals per i gas reali.
- Il calore:
Scambio di calore fra sistemi: capacità termica e calore specifico; calore latente; meccanismi di conduzione del calore.
- Il lavoro termodinamico:
Calore e lavoro nelle trasformazioni termodinamiche per i gas perfetti (trasformazioni isobare, isocore, isoterme, adiabatiche).
- Primo principio della termodinamica:
L’energia interna nelle trasformazioni termodinamiche; relazione di Meyer tra i calori specifici.
- Secondo principio della termodinamica:
Macchine termiche e rendimento; il ciclo di Carnot; la scala assoluta della temperatura; l’entropia; cenni su entropia, disordine e probabilità.
Bibliografia
Testi consigliati:
W.E. Gettys, “Fisica 1: Meccanica - Termodinamica”, vol. 1 (casa editrice McGraw-Hill).
D. Halliday, R. Resnick, K.S. Krane, “Fisica”, vol. 1 (casa editrice Ambrosiana).
P.A. Tipler, G. Mosca, "Corso di fisica", vol. 1-Meccanica Onde termodinamica (casa editrice Zanichelli).
Testi di approfondimento:
S. Focardi, I. Massa, A. Uguzzoni, “Fisica Generale, Meccanica e Termodinamica” (casa editrice Ambrosiana).
P. Mazzoldi, M. Nigro, C. Voci, “Fisica” vol. 1 oppure “Elementi di Fisica” in più volumi (ediSES.
R.G.M. Caciuffo, S. Melone, “Fisica Generale - Meccanica e termodinamica” (casa editrice Masson S.p.A.).
Metodi didattici
Per ogni argomento sono svolte lezioni frontali, avvalendosi dell’uso della lavagna e contemporanea proiezione di schemi riassuntivi su schermo. Gli schemi riassuntivi sono preliminarmente messi a disposizione degli studenti attraverso un sito Internet, specifico per il corso. Al termine di ogni argomento, le lezioni teoriche sono seguite da ore dedicate alle esercitazioni, durante le quali sono risolti problemi in modo guidato. I testi di questi esercizi sono messi a disposizione degli studenti preliminarmente attraverso il sito del corso, in modo da consentire, agli studenti che lo desiderano di svolgere i problemi, anche prima delle ore di esercitazione.
Durante le ore di esercitazione, per ogni problema proposto, in genere, si lascia tempo agli studenti di impostarne lo svolgimento in modo autonomo, offrendo assistenza su richiesta, quindi si passa alla presentazione della soluzione alla lavagna, in modo da fornire una guida alla risoluzione del problema, perciò anche alla preparazione delle prove scritte. La sequenza delle ore di lezioni ed esercitazioni segue un calendario comunicato agli studenti all’inizio del corso
Modalità verifica apprendimento
La prova d'esame consiste in una prova scritta (con possibilità di prove scritte in itinere) e una prova orale. Si richiede lo svolgimento/discussione di alcuni problemi semplici; la esposizione di concetti teorici e/o la risposta a semplici dimostrazioni.
Si valuta la correttezza dell’impostazione del problema [40%], la completezza della preparazione [30%], il senso critico e la proprietà di linguaggio [30%].
Altre informazioni
E’ vivamente consigliata la frequenza del corso.
Obiettivi agenda 2030 per lo sviluppo sostenibile
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