28626 - FISICA GENERALE T-A (L-Z)

Conoscenze e abilità da conseguire

Maturazione di concetti basilari della Fisica generale (con particolare riguardo alla Meccanica del punto) nel linguaggio dell' analisi matematica, del calcolo vettoriale e integrale. Acquisizione della metodologia scientifico-tecnica necessaria per affrontare in termini quantitativi i problemi di fisica.

Contenuti

 

Introduzione: il Metodo Scientifico, esperimenti, leggi, modelli. Grandezze fisiche e misurazione, il Sistema Internazionale e le unità di misura.

Richiami di trigonometria e calcolo differenziale (derivate, integrali)

Cinematica del punto materiale in una dimensione: Legge oraria, velocità, accelerazione. Problema inverso della cinematica. Moto rettilineo uniforme, moto rettilineo uniformemente accelerato. Moto di caduta dei gravi.

Elementi di algebra vettoriale: grandezze fisiche scalari e vettoriali. Definizione di scalare, vettore libero, vettore applicato, versore. Operazioni tra vettori e loro proprietà: somma, differenza tra vettori, prodotto tra un vettore uno scalare, prodotto scalare, prodotto vettoriale. Definizione di componente. Rappresentazione cartesiana. Derivata di un versore, derivata e integrale di un vettore.


Cinematica del punto materiale nello spazio: vettori posizione, velocità, accelerazione. Traiettoria e rappresentazione intrinseca del moto, accelerazione tangenziale ed accelerazione centripeta. Esempi di moto in due dimensioni: moto parabolico, moto circolare uniforme e accelerato. Grandezze angolari. Moto relativo e trasformazioni di Galileo.


Dinamica del punto materiale:
La forza e la definizione operativa di forza. La massa e la forza peso. I principi della dinamica di Newton: enunciati, significato e implicazioni. Equilibrio del punto materiale. Forze di contatto: reazioni vincolari e forze d’attrito statico e dinamico. Forza di attrito viscoso e velocità limite di caduta in un fluido. Tensione dei fili. Forza centripeta. Forza elastica (legge di Hooke).

 

Applicazioni dei principi della dinamica: ascensore, moto lungo il piano inclinato liscio e scabro, pendolo conico, molle, oscillatore armonico semplice, pendolo semplice e approssimazione di piccole oscillazioni.

 

Sistemi di riferimento non inerziali e forze fittizie. Definizione di sistemi di riferimento inerziali e non inerziali. Trasformazioni delle coordinate. Trasformazioni di Galileo. Teoremi della velocità relativa e dell’accelerazione relativa. Forze d’inerzia: forze di trascinamento e di Coriolis. 

Approfondimento: Forze d’inerzia dovute alla rotazione terrestre.

 

Lavoro ed energia. Quantità di moto, impulso di una forza e teorema dell’impulso. Lavoro di una forza costante e lavoro di una forza variabile. Lavoro per forza peso, forza elastica, forza di attrito radente. Potenza. Teorema delle forze vive. Forze conservative ed energia potenziale, forze non conservative. Principio di conservazione dell’energia meccanica per sistemi conservativi.

Approfondimento: analisi grafica dei sistemi conservativi, punti di equilibrio stabile e instabile, punti di inversione del moto.

 

Dinamica dei sistemi di punti materiali: Quantità di moto. Impulso di una forza e teorema dell'impulso per un sistema di punti materiali. Centro di massa ed esempi di calcolo del centro di massa per corpi continui. Moto del centro di massa. Conservazione della quantità di moto per i sistemi isolati. Lavoro ed energia. Conservazione dell'energia meccanica per un sistema di punti. Energia interna di un sistema. Lavoro delle forze non conservative.

 

Urti: urti elastici e perfettamente anelastici, quantità conservate. Casi notevoli di urti in una dimensione e in due dimensioni. Pendolo balistico.

 

Dinamica dei sistemi di punti materiali - Momenti: Momento di una forza, momento angolare per un punto materiale. Momento di una forza, momento angolare per un sistema di punti. Equazioni cardinale della dinamica dei sistemi. Conservazione della quantità di moto e del momento angolare per i sistemi isolati.

Approfondimento: il moto dei sistemi visto dal centro di massa,  teoremi di Koenig.

Meccanica del corpo rigido: definizione di corpo rigido e introduzione alla cinematica e dinamica rotazionale dei corpi rigidi. Gradi di libertà di un sistema. Energia cinetica rotazionale di un corpo rigido e momento d'inerzia. Momento angolare di un sistema di punti. Equazioni cardinali della meccanica. Moto di rotazione di un corpo rigido attorno ad asse fisso. Teorema di Steiner. Considerazioni energetiche sul moto rotatorio (lavoro, potenza). Teorema lavoro-energia per il moto rotatorio. Generalizzazione del teorema lavoro-energia. Energia meccanica per un sistema di corpi. Conservazione del momento angolare e urti con corpi rigidi vincolati ad un asse. Cenni di statica.

Testi/Bibliografia

Si consiglia l'adozione di almeno un testo di riferimento, ad integrazione degli appunti presi a lezione.

Testi consigliati (ma non obbligatori):

• G. Vannini, Gettys Fisica 1, Meccanica e termodinamica, Mc Graw Hill Education -- contiene ampia raccolta di esercizi
  
  
•  S. Focardi, I. Massa, A. Uguzzoni, M. Villa: Fisica Generale - Meccanica e Termodinamica, Casa Editrice Ambrosiana.

Si raccomanda fortemente l'adozione di un eserciziario pensato per corsi di studio della scuola di scienze ed ingegneria, in aggiunta alle esercitazioni svolte a lezione.

Altri testi che possono essere utilizzati ad esempio se già a disposizione degli studenti:

• David Halliday, Robert Resnick, Kenneth Krane: Fisica 1 - Quinta edizione, Casa Editrice Ambrosiana
  
  
• P. Mazzoldi, M. Nigro, C. Voci: Fisica Vol.1 Meccanica - Termodinamica, EdiSES

Metodi didattici

Il corso consiste di lezioni frontali in aula, per un totale di 60 ore (6CFU). Le lezioni sono principalmente svolte alla lavagna o alla tavoletta grafica e consistono in spiegazioni teoriche accompagnate da applicazioni ed esercizi pratici. Questi sono finalizzati alla comprensione della teoria e all'acquisizione della metodologia necessaria ad affrontare in maniera quantitativa i problemi di fisica. 

Un tutor sarà a disposizione degli studenti per integrare le lezioni frontali con sessioni di esercitazioni e per supportare gli studenti nell'apprendimento.

Modalità di verifica e valutazione dell'apprendimento

L'esame finale mira a verificare il raggiungimento degli obiettivi didattici, ovvero la comprensione dei fondamenti della fisica newtoniana e l'acquisizione della metodologia scientifico-tecnica necessaria per affrontare in termini quantitativi i problemi di fisica.

L'esame finale consiste in una prova scritta obbligatoria e una prova orale facoltativa.

Sono previsti 6 appelli per anno accademico suddivisi in questo modo:

• 3 appelli nella sessione invernale (dicembre - febbraio)
• 2 appelli nella sessione estiva (giugno - luglio)
• 1 appello nella sessione autunnale (settembre)

Prova scritta

• La prova scritta, della durata di 2 ore, include tipicamente tre esercizi e due domande sulla parte teorica del corso.
• La prova scritta è prevista in presenza (salvo diverse disposizioni legate alla pandemia Covid-19)
• Il voto dello scritto è un punteggio in trentesimi e la prova si considera superata con 18/30 o più. 
• L'esito della prova scritta è valido solo per l'appello in corso
  

Prova orale

• Nel caso la prova scritta venga superata con la sufficienza (18) o più, la prova orale è facoltativa.

• Il punteggio della prova scritta è il voto di partenza per la prova orale. Il voto finale potrà essere superiore o inferiore a quello dello scritto a seconda dell'esito dell'orale.

• Di durata circa 20 minuti, la prova verte su tutto il programma svolto.

• La docente si riserva di far sostenere la prova orale in caso di sufficienza non piena allo scritto (sufficienza subordinata allo svolgimento dell'orale) o in caso siano necessari chiarimenti sulla prova scritta svolta.
  

Strumenti a supporto della didattica

Lezioni di teoria. Le lezioni sono tenute di norma alla lavagna o con l'ausilio della tavoletta grafica a schermo. Presentazioni in powerpoint possono essere usate a supporto.

Esercitazioni. Durante il corso, sono previste sessioni di esercitazioni sugli argomenti trattati nelle lezioni teoriche, durante le quali la discussione tra studenti e tra studenti e docente è incoraggiata.

Gli esercizi svolti a lezione e le soluzioni sono messe a disposizione degli studenti online sul sito "Virtuale" (Virtual learning Environment) di UniBO.

Orario di ricevimento

Consulta il sito web di Francesca Bellini