27996 - General Physics T-1

Learning outcomes

At the end of the course the student has a good knowledge of classical mechanics (kinematics and dynamics, including systems of particles and rigid bodies) as well as of thermodynamics. He/she is able to apply this knowledge to the solution of exercises and problems of mechanics and thermodynamics of intermediate to advanced level.

Course contents

IL METODO SCIENTIFICO.

Scienza e conoscenza. Il significato delle misure. Le grandezze fisiche. Il metodo sperimentale. La costruzione delle teorie. Unità di misura e sistemi di unità. Gli errori di misura.

LE GRANDEZZE VETTORIALI.

Vettori e scalari. Versori. Somma, differenza e scomposizione di vettori. Moltiplicazione di vettori. Rappresentazione cartesiana dei vettori. Vettori applicati. Momenti dei vettori. I vettori e le leggi fisiche.

IL MOTO DEI CORPI DAL PUNTO DI VISTA CINEMATICO.

Lo spazio e il tempo. Il moto e i sistemi di riferimento. Concetto di punto materiale e le rappresentazioni del suo moto. Spostamento, velocita' e accelerazione del punto materiale. Velocità e accelerazione areolari. Le componenti intrinseche dell'accelerazione. Il problema diretto e il problema inverso della cinematica. Studio di moti rettilinei. Il moto armonico semplice e smorzato. Composizione di moti armonici. Definizione di sistema rigido. Moti di traslazione, di rotazione e di rototraslazione di un corpo rigido.

LA DINAMICA.

La ricerca delle cause che generano il moto dei corpi. Definizione di forza. Le forze fondamentali.

-L'assenza di forze e il principio di inerzia. L'inerzia, i sistemi inerziali e il primo principio della dinamica. La massa inerziale.

-Il secondo principio della dinamica. Il moto nei sistemi non inerziali e le forze di inerzia. Dinamica del punto materiale: quantità di moto e momento angolare; moti centrali; il pendolo matematico.

-Studio del moto dei sistemi di punti: il concetto di interazione; il terzo principio della dinamica nell'enunciazione di Newton. Enunciato conservativo del terzo principio della dinamica. Le interazioni fondamentali in natura.

-L'interazione gravitazionale: Newton e la prima unificazione delle forze; la massa gravitazionale e la massa inerziale. Il moto dei pianeti. Cenni sulle interazioni elettromagnetica, debole e forte e sulla loro unificazione.

-Le equazioni cardinali della meccanica e le condizioni necessarie e sufficienti per descrivere il moto dei sistemi meccanici.

-Il centro di massa.

-La dinamica dei sistemi rigidi. Il momento di inerzia. Il teorema di Huyghens-Steiner. Moto di un corpo rigido con un asse fisso. Il pendolo fisico.

-Lavoro ed energia: il lavoro fatto da una forza su un punto materiale. La potenza. Il concetto di energia. Relazione fra lavoro e moto. Il teorema delle forze vive e l'energia cinetica per un punto materiale. Il gradiente di un campo scalare. Il rotore di un campo vettoriale. Il flusso di un campo vettoriale, il teorema di Gauss e la divergenza. I campi a rotore nullo e il potenziale di un campo. I campi di forze conservativi e l'energia potenziale. il teorema della conservazione dell'energia meccanica. Il potenziale del campo di forze gravitazionale.

-Il lavoro e l'energia per un sistema di punti. Espressione del lavoro per un sistema di punti rigido. Energia cinetica per sistemi di punti. Teorema di Koenig. Espressione dell'energia cinetica per un sistema rigido. L'energia potenziale per i sistemi di punti. Teorema della conservazione dell'energia per i sistemi. I sistemi di punti materiali in presenza di forze conservative e non conservative: il principio di conservazione dell'energia.

TERMODINAMICA

- Sistemi termodinamici: coordinate termodinamiche; equilibrio termico; principio zero e temperatura; il termometro a gas perfetto; trasformazioni termodinamiche; equazioni di stato dei gas ideali e di Van der Waals.

- Il primo principio della termodinamica: lavoro termodinamico; calore, capacità termica e calori specifici; primo principio della termodinamica ed energia interna; proprietà dei gas ideali; cenni di teoria cinetica dei gas; trasformazioni adiabatiche.

- Il secondo principio della termodinamica: macchine termiche ed enunciato di Kelvin-Plank del secondo principio; macchine frigorifere ed enunciato di Clausius del secondo principio; equivalenza dei due enunciati; trasformazioni reversibili e macchine reversibili; ciclo, macchina e teorema di Carnot; temperatura termodinamica assoluta; disuguaglianza di Clausius; entropia; enunciato del secondo principio in termini di entropia; entropia e probabilità; la freccia del tempo.

Readings/Bibliography

Testo principale consigliato:

GIANNI VANNINI, Gettys-Fisica1, Meccanica-Termodinamica, Ed. McGraw-Hill.

Altri testi consigliati:

- S. FOCARDI, I.MASSA, A. UGUZZONI, Fisica Generale, Meccanica e Termodinamica , Casa Editrice Ambrosiana.

- A. BERTIN, M. POLI, A. VITALE, Fondamenti di meccanica, Progetto Leonardo.

- SERWAY, Fisica per scienze e Ingegneria, SES.

- A. BETTINI, Meccanica e Termodinamica, Decibel - Zanichelli.

- P. VERONESI e E. FUSCHINI, Fondamenti di meccanica classica, Cooperativa Libraria Universitaria, Bologna.

- P.MAZZOLDI, M. NIGRO e C.VOCI, Fisica, SES.

- G. BERNARDINI, Fisica Sperimentale, Veschi.

- RESNICK, HALLIDAY e KRANE, Fisica, Casa Ed. Ambrosiana.

- D.C. GIANCOLI, Fisica 1, Casa Ed. Ambrosiana.

Teaching methods

Le lezioni si svolgono principalmente con lavagna e gesso o con proiezione del foglio di scrittura del docente, e in lingua italiana. Studenti in difficoltà con la lingua si rivolgano al docente per un incontro.

Assessment methods

Le modalità sono descritte in un apposito file che gli studenti possono trovare nel materiale didattico del corso pubblicato su Virtuale.

Teaching tools

Students with specific learning disorders (SLD) or temporary/permanent disabilities: We recommend contacting the University Office responsible for support services in a timely manner (https://site.unibo.it/studenti-con-disabilita-e-dsa/it) [https://site.unibo.it/studenti-con-disabilita-e-dsa/it):]). The office will evaluate the students' needs and, where appropriate, propose possible accommodations. These must in any case be submitted for approval at least 15 days in advance to the course instructor, who will assess their suitability also in relation to the learning objectives of the course.

Office hours

See the website of Marco Baldi

See the website of Tommaso Diotalevi