FISICA GENERALE
Anno accademico e docente
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- English course description
- Anno accademico
- 2022/2023
- Docente
- PAOLO LENISA
- Crediti formativi
- 12
- Periodo didattico
- Secondo Semestre
- SSD
- FIS/01
Obiettivi formativi
- Il corso si propone di fornire una formazione di base sulla meccanica e la termodinamica.
Per quanto riguarda la meccanica, dopo un’approfondita presentazione di vettori e sistemi di vettori, vengono affrontati dapprima i temi di cinematica e dinamica del punto materiale e successivamente quelli di dinamica del corpo rigido e momento d’inerzia. Si introducono infine i primi elementi di statica applicati a strutture isostatiche.
Per la parte di termodinamica dopo un introduzione generale ai concetti ai concetti di sistema termodinamico, temperature, calore e scambio energetico tra sistema ed ambiente, si espone il primo principio della termodinamica e le sue applicazioni ad un sistema termodinamico quale il gas perfetto. Si presenta infine il secondo principio della termodinamica ed alcune sue applicazioni.
Le principali conoscenze acquisite saranno:
• Operazioni sui vettori. Sistemi di vettori: risultante e momento risultante. Sistemi equivalenti di vettori applicati.
• Cinematica. Grafici spazio spazio-tempo, velocità-tempo, accelerazione tempo e relazioni. .
• Dinamica del punto. Il problema del moto. Concetto di forza. Principi della dinamica. Diagramma di corpo libero e scomposizione delle forze. Lavoro ed energia. Conservazione dell'energia meccanica. Quantità di moto. Conservazione della quantità di moto. Momento angolare. Conservazione del momento angolare.
• Dinamica dei sistemi di punti e del corpo rigido. Centro di massa. Moto del centro di massa. Prima e seconda legge cardinale della Dinamica dei sistemi di punti. Definizione e calcolo del momento di inerzia di un corpo rigido. Statica del corpo rigido. Equilibrio statico di un corpo rigido.
• Termodinamica. Concetto di temperatura e sua misura. Esperimenti di Joule. Calore. Primo principio della termodinamica ed energia interna. Trasformazioni termodinamiche: lavoro e calore. Calorimetria. Leggi dei gas. Equazione di stato dei gas ideali. Trasformazioni di un gas. Energia interna di un gas ideale.Enunciati del secondo principio della termodinamica. Reversibilità ed irreversibilità. Teorema di Carnot. Entropia. Macchina di Carnot. Pompe di calore e frigoriferi. Entropia.
Le principali abilità (applicazioni delle conoscenze acquisite) saranno:
• Soluzione di esercizi con vettori e sistemi di vettori.
• Soluzione di esercizi legati a dinamica del punto e del corpo rigido.
• Soluzione di strutture isostatiche
• Approccio schematico e razionale a situazioni reali. Tracciamento diagramma di corpo libero ed introduzione equazioni del moto.
• Esercizi legati ad applicazione del primo e del secondo principio della termodinamica Prerequisiti
- Conoscenze base di analisi matematica. Concetti di derivata ed integrale. Geometria.
Contenuti del corso
- Il corso prevede 120 ore di didattica tra lezioni ed esercizi.
Vettori e sistemi di vettori (12 ore)
Unità di misura e cifre significative Vettori. Distinzione tra grandezze scalari e vettoriali. Operazioni sui vettori; prodotto scalare e prodotto vettoriale. Sistemi di vettori: risultante e momento risultante. Sistemi equivalenti di vettori applicati. Vettori applicati paralleli; centro.
Cinematica (16 ore).
Definizione delle grandezze cinematiche; unità di misura. Grafici spazio spazio-tempo, velocità-tempo, accelerazione tempo e relazioni. Moto rettilineo uniforme e moto uniformemente accelerato. Moti in due dimensioni: moto dei gravi, moto circolare uniforme, moto armonico semplice.
Dinamica del punto (32 ore).
Il problema del moto. Concetto di forza. Natura vettoriale delle forze. Principi della dinamica. Esempi di forze: Gravitazionale, elastica, di attrito. L'oscillatore armonico: semplice, smorzato e forzato. Risonanza . Diagramma di corpo libero e scomposizione delle forze. Reazioni vincolari. Lavoro. Energia potenziale. Energia cinetica. Potenza. Forze conservative. Conservazione dell'energia meccanica. Quantità di moto. Conservazione della quantità di moto. Urti. Momento angolare. Conservazione del momento angolare.
Dinamica dei sistemi di punti e del corpo rigido (36 ore).
Sistemi di particelle; centro di massa. Moto del centro di massa. Forze interne ed esterne. Prima legge cardinale della Dinamica dei sistemi di punti. Momento delle forze interne ed esterne. Seconda legge cardinale della Dinamica dei sistemi di punti. Dinamica del corpo rigido. Definizione e collocazione del centro di massa. Definizione e calcolo del momento di inerzia di un corpo rigido. Teoremi degli assi paralleli (o di Steiner) e ortogonali del momento di inerzia. Energia cinetica rotazionale e il teorema di Koenig per l'energia cinetica. Definizione di assi di rotazione principali e momenti principali di inerzia. Lavoro, energia e potenza nel moto rotatorio di un corpo rigido. Conservazione del momento angolare e applicazioni: il giroscopio. Attrito volvente e rotolamento. Moto oscillatorio di un corpo rigido: il pendolo fisico e il pendolo composto. Moto armonico smorzato e forzato. Statica del corpo rigido. Equilibrio statico di un corpo rigido. Vincoli e reazioni vincolari per casi in due dimensioni. Cenni sui sistemi deformabili, elasticità e sforzi di trazione e di taglio. Il modulo di Young.
Termodinamica (24 ore).
Primo principio della termodinamica. Sistemi e stati termodinamici. Concetto di temperatura e sua misura. Scale termometriche. Sistemi adiabatici. Esperimenti di Joule. Calore. Primo principio della termodinamica ed energia interna. Trasformazioni termodinamiche: lavoro e calore. Calorimetria. Assorbimento di calore da parte di solidi e liquidi: calore specifico, calore latente. Leggi dei gas. Equazione di stato dei gas ideali. Trasformazioni di un gas. Energia interna di un gas ideale. Secondo principio della termodinamica ed entropia. Enunciati del secondo principio della termodinamica. Reversibilità ed irreversibilità. Teorema di Carnot. Entropia. Macchina di Carnot. Pompe di calore e frigoriferi. Calcoli di variazione di entropia Metodi didattici
- Il corso consiste in lezioni teoriche ed esercizi dedicati all'approfondimento ed applicazione degli argomenti esposti.
Modalità di verifica dell'apprendimento
- L’obiettivo delle prove d’esame è quello di verificare il raggiungimento degli obiettivi formativi esposti.
L’esame viene effettuato secondo due modalità:
• Durante il periodo di lezione "normale", si effettuano prove parziali di verifica alla conclusione di ogni ciclo di lezioni dedicate un singolo argomento. In particolare le prove parziali sono dedicate a:
- Vettori e cinematica del punto.
- Statica e dinamica del punto materiale.
- Statica e dinamica del corpo rigido.
- Termodinamica.
All'interno delle prove parziali sono inseriti sia esercizi che domande teoriche. Il superamento in modo soddisfacente di tutte prove di verifica consente il superamento diretto dell'esame.
• Nel resto dell'anno accademico e nelle condizioni di emergenza COVID19 l'esame consiste in una prova scritta contente esercizi sugli argomenti trattati nel corso, seguita da una prova orale vertente anche su argomenti teorici.
Gli esercizi inclusi nella prova scritta verteranno su:
- cinematica;
- vettori e sistemi di vettori;
- dinamica del punto e del corpo rigido;
- statica del corpo rigido;
- termodinamica Testi di riferimento
- - Serwey PRINCIPI DI FISICA EDISES
- Halliday -Resnik - Walker FISICA I Vol. 1 Ed. Ambrosiana
