FISICA I
Anno accademico e docente
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- English course description
- Anno accademico
- 2022/2023
- Docente
- LUCIANO LIBERO PAPPALARDO
- Crediti formativi
- 6
- Periodo didattico
- Secondo Semestre
- SSD
- FIS/01
Obiettivi formativi
- Al termine del corso lo studente possiede conoscenze di base di meccanica, fluidodinamica e termodinamica. Tra gli obiettivi principali, lo studente deve acquisire padronanza con le grandezze fisiche fondamentali di tipo scalare e vettoriale riguardanti gli argomenti del corso, e le loro unita’ di misura; comprendere le leggi fondamentali della dinamica e fluidodinamica, i principi di conservazione dell’energia, quantità’ di moto e momento angolare; il significato microscopico e macroscopico delle grandezze termodinamiche principali ed i principi delle termodinamica. Tali conoscenze di base permetteranno allo studente di risolvere problemi elementari di meccanica, fluidodinamica e termodinamica, comprendendone le applicazioni nel mondo reale e nelle esperienze quotidiane. Lo studente deve essere in grado di risolvere analiticamente, in modo autonomo, un problema e poi calcolare numericamente i risultati nelle unita’ di misura giuste. Per la risoluzione dei problemi lo studente deve essere in grado di utilizzare strumenti matematici di base (cfr. prerequisiti).
Prerequisiti
- Conoscenze di matematica di base delle scuole superiori e/o trattati nel corso di Analisi Matematica. In particolare, e’ richiesta familiarità con il calcolo algebrico elementare, la trigonometria di base, le derivate e gli integrali di funzioni elementari (essenzialmente polinomi, esponenziali e logaritmi).
Contenuti del corso
- Il corso consta di 6 crediti (corrispondenti a 48 h di lezione frontale), oltre a 25 h di esercitazioni (tutorato didattico). Il corso comprende due macro argomenti: Meccanica e Termodinamica, ed e' suddiviso in 13 Moduli, come segue:
Meccanica:
Modulo 1: Grandezze fisiche, sistemi di unità di misura e vettori [4 ore]
- Grandezze fisiche e sistemi di unita’ di misura
- campioni universali (lunghezza, massa, tempo)
- dimensioni e analisi imensionale
- generalita’ su vettori e grandezze vettoriali
- operazioni con i vettori
Modulo 2: Cinematica in 1 e 2 dimensioni [6 ore]
- posizione e spostamento
- velocita’ media e velocita’ istantanea
- accelerazione
- moto uniformemente accelerato
- moto di caduta libera
- formule cinematiche mediante integrazione analitica
- cinematica in due e tre dimensioni
- moto dei proiettili
- moti circolari
- moti relativi
Modulo 3: Forze e leggi della dinamica [4 ore]
- leggi della dinamica
- esempi di forze particolari
- attrito
- moto in sistemi di riferimento non inerziali
Modulo 4: Lavoro ed energia [4 ore]
- lavoro du una forza
- energia cinetica
- energia potenziale
- forze conservative e non
- principio di conservazione dell'energia
- potenza
Modulo 5: Quantità di moto e urti [2 ore]
- conservazione della quantita’ di moto in sistemi isolati
- sistemi non isolati
- forze impulsive
- urti
Modulo 6: Moti oscillatori [2 ore]
- moto armonico semplice
- energia di un oscillatore armonico
- moto armonico e moto circolare
- pendolo semplice
- moto armonico smorzato
Modulo 7: Centro di massa, corpo rigido e momento angolare [8 ore]
- centro di massa di sistemi discreti e continui
- variabili rotazionali
- corpo rigido
- momento di una forza
- momento di inerzia
- energia cinetica rotazionale
- moto di rotolamento puro
- momento angolare e sua conservazione
- condizioni di equilibrio statico
Modulo 8: Gravitazione universale [2 ore]
- legge di gravitazione universale
- leggi di Keplero
- energia potenziale gravitazionale
- velocita' di fuga
Modulo 9: Meccanica dei fluidi e proprietà elastiche dei corpi [3 ore]
- densita’ e pressione
- vasi comunicanti
- principio di Pascal
- principio di Archimede
- equazione di Bernoulli
- proprieta’ elastiche dei solidi
Termodinamica:
Modulo 10: Termometria e dilatazione termica [2 ore]
- temperatura, termometri e scale di temperatura
- dilatazione termica di solidi e liquidi
- il caso dell’acqua
Modulo 11: Calore e primo principio della termodinamica [4 ore]
- calore e energia interna
- calore specifico e calorimetria
- cambiamenti di fase e calore latente
- conduzione termica, convezione e irraggiamento
- lavoro e calore nelle trasformazioni termodinamiche
- primo principio della termodinamica
- proprieta' dei gas perfetti
- trasformazioni termodinamiche
Modulo 12: Teoria cinetica dei gas [3 ore]
- modello molecolare del gas perfetto
- calore specifico molare di un gas perfetto
- equipartizione dell’energia
- Trasformazioni adiabatiche
- Distribuzione delle velocita’ di Maxwell-Boltzman
Modulo 13: Secondo principio, macchine termiche e entropia [4 ore]
- macchine termiche
- secondo principio: enunciati di Clausius e Kelvin-PLanck
- pompe di calore e frigoriferi
- trasformazioni reversibili e irreversibili
- macchina di Carnot
- entropia e secondo principio Metodi didattici
- Il corso prevede lezioni frontali di teoria con diversi esempi (soluzione di problemi) al termine di ogni argomento trattato. Ci si avvale anche di un’attività di supporto alla didattica, che e’ in gran parte dedicata alla soluzione di problemi sugli argomenti trattati via via nel corso. Le ore di supporto ad inizio corso sono anche dedicate al ripasso di elementi di matematica delle scuole superiori (richiami di trigonometria, derivate ed integrali elementari).
Modalità di verifica dell'apprendimento
- La verifica delle conoscenze e metodologie acquisite durante il corso prevede un esame scritto e uno orale.
L'esame scritto si articola in due prove parziali, una a metà corso e l'altra a fine corso, o un esame scritto su tutto il programma ("scritto totale"). Gli studenti assenti ad uno o entrambi i parziali dovranno sostenere lo scritto totale (a prescindere dal voto eventualmente riportato nell’altro parziale).
Durante le prove scritte gli studenti possono utilizzare la calcolatrice e consultare un formulario da loro preparato (max. 1 o 2 fogli A4). Non e' consentito l'uso di libri, appunti, smartphone, tablet, etc.
Per l'ammissione all'esame orale e' richiesto un punteggio minimo di 15 allo scritto totale o la media di 15 nei due parziali, avendo ottenuto almeno 12 in ciascun parziale.
Gli studenti che abbiano ottenuto almeno 18 come media dei due parziali (avendo preso almeno 12 in ciascuno dei due) hanno la possibilità di non effettuare la prova orale. In tal caso il voto finale sara' dato da quello dello scritto (media dei parziali).
Gli studenti che abbiano ottenuto almeno 20 allo scritto totale hanno la possibilità di non effettuare la prova orale. In tal caso il voto finale sara' dato da quello dello scritto diminuito di 2 punti (e quindi non potra' superare in nessun caso 28).
Gli studenti che hanno superato gli scritti parziali sono liberi di presentarsi anche allo scritto totale (per migliorare il voto sullo scritto). In tal caso però la valutazione della prova scritta sarà unicamente determinata dal voto dello scritto totale, a prescindere dai voti dei parziali ottenuti in precedenza. Lo studente è comunque libero di presentarsi agli scritti totali successivi al fine di migliorare il voto della prova scritta. In tal caso però la valutazione della prova scritta sarà unicamente determinata dal voto dell’ultimo scritto totale, a prescindere dai voti ottenuti in precedenza.
L’esame orale e’ strutturato tipicamente in 3/4 domande che possono spaziare su tutto il programma, rivolte ad accertare l'acquisizione dei concetti fisici di base e la comprensione delle loro applicazioni. Una prova orale insufficiente comporta il non superamento dell’esame a prescindere dal voto dello scritto. Testi di riferimento
- Il testo principale di riferimento e':
Serway - Jewett, "Fisica per Scienze ed Ingegneria, Volume 1, V Edizione", EdiSES
Dispense preparate dal Docente saranno accessibili e scaricabili tramite la Classroom del corso.
Per una trattazione più approfondita dei vari argomenti si rimanda al seguente testo facoltativo (più avanzato)
M. Agnello, S. Bufalino, F. Laviano, "Fisica I" , Società' Editrice Esculapio
