27996 - FISICA GENERALE T-1 (A-K)

Conoscenze e abilità da conseguire

Educazione al metodo scientifico-sperimentale; il significato dei concetti fisici fondamentali riguardanti i principi della meccanica del punto materiale; capacità di applicare tali principi nella soluzione di semplici problemi fisici.

Contenuti

Introduzione: la fisica, metodo sperimentale, finalità della meccanica.

Elementi di Algebra Vettoriale: Grandezze scalari e vettoriali. Definizione geometrica di vettore. Identità tra vettori. Definizione geometrica delle operazioni di somma e differenza tra vettori, moltiplicazione di un vettore per uno scalare, prodotto scalare, prodotto vettoriale. Versori. Terne cartesiane ortogonali, versori cartesiani, rappresentazione cartesiana dei vettori. Le operazioni tra vettori nella rappresentazione cartesiana. Terne ortogonali locali, coordinate cilindriche.

Cinematica: Il punto materiale, descrizione vettoriale del moto, descrizione intrinseca del moto.  Le unità di misura di spazio e tempo. Sistemi di unità di misura, dimensioni di una grandezza fisica, grandezze fisiche fondamentali e derivate, il Sistema Internazionale (SI). Definizione della velocità, unità di misura, rappresentazione nel sistema intrinseco, cartesiano e cilindrico. Definizione della accelerazione, unità di misura, rappresentazione nel sistema intrinseco, cartesiano e cilindrico. Analisi di alcuni tipi di moto: moto rettilineo uniforme, moto rettilineo uniformemente accelerato, moto circolare uniforme. Cambiamento del sistema di riferimento, trasformazione della posizione, relazioni di Poisson, trasformazione della velocità, trasformazione della accelerazione.

La Forza Statica: il concetto empirico di forza, la definizione operativa della forza statica, la costruzione della scala delle intensità della forza statica, il dinamometro, la taratura del dinamometro, unità di misura della forza (kgf), la natura vettoriale della forza. la definizione di equilibrio, principio della statica del punto materiale, lo studio statico delle forze: forze naturali, forza peso, reazioni vincolari, forza di attrito statico e dinamico, le forze inerziali, commenti sulla natura delle forza inerziali. Estensione della definizione di forza. 

Dinamica del Punto Materiale: Il punto materiale in assenza di forze: il primo principio della dinamica. Il punto materiale in presenza di forze: il secondo principio della dinamica, la massa inerziale, unità di misura della massa inerziale, nuova unità di misura della forza (SI). Estensione della definizione di forza. Definizione di quantità di moto, riformulazione del secondo principio della dinamica, definizione dell'impulso della forza, teorema dell'impulso. Definizione di momento di un vettore, momento della quantità di moto e della forza, teorema del momento della forza. L'espressione di alcune forze: la forza peso, la forza elastica, la resistenza viscosa ed idraulica, vincoli; la forza di gravitazione: le leggi di Keplero, interpretazione meccanica delle leggi di Keplero, il problema della azione a distanza, universalità della carica gravitazionale (massa gravitazionale), la relazione di proporzionalità tra massa gravitazionale e massa inerziale, l'espressione della forza di gravitazione, la costante di gravitazione, alcune conseguenze della forza di gravitazione; le forze inerziali: principio di Mach, sistemi di riferimento inerziali, la costruzione di un sistema di riferimento inerziale, l'espressione delle forze inerziali, esempi: ascensore in caduta libera, la superficie cilindrica rotante, forze inerziali nei sistemi terrestri.

Lavoro ed Energia: Definizione del lavoro elementare di una forza, lavoro lungo un cammino finito, unità di misura del lavoro. Teorema delle forze vive, energia cinetica. Potenza di una forza, unità di misura. Definizione di forza conservativa, il potenziale della forza, relazione tra forza e potenziale, condizioni per la esitenza del potenziale. La conservazione della energia meccanica. Calcolo di alcuni potenziali della forza: la forza peso, la forza di gravitazione, la forza elastica, la forza centrifuga.

Dinamica dei sistemi di punti materiali: Alcuni sistemi non separabili di punti materiali, caratteristiche generali delle forze in gioco, il principio di azione e reazione, forze interne ed esterne, la formulazione matematica del principio di azione e reazione. Le equazioni cardinali della meccanica. Sistemi isolati. Il centro di massa del sistema (CM), il riferimento del centro di massa (RCM), forze inerziali nel RCM, lemmi nel RCM, espressione della quantità di moto del sistema, espressione del momento della quantità di moto del sistema. Riformulazione delle equazioni cardinali.

Sistemi rigidi di punti materiali:  definizione di sistema rigido di punti materiali (SR), cinematica del sistema rigido, espressione della quantità di moto e del momento della quantità di moto del sistema rigido. La proiezione della seconda equazione cardinale sull'asse di rotazione indipendente dal tempo, proiezione della forza e del momento della quantità di moto, momento d'inerzia. Sistemi discreti e continui. Il lavoro delle forze sul SR, teorema delle forze vive per il SR, l' energia cinetica per il SR, il potenziale delle forze per il SR, espressione del potenziale della forza peso per il SR.

Testi/Bibliografia

• A. Bertin, M. Poli, A. Vitale - Fondamenti di Meccanica - Esculapio Editore (Progetto Leonardo)
• S. Focardi, I. Massa e A. Uguzzoni: Fisica Generale - Meccanica, Casa Editrice Ambrosiana.
• S. Focardi, I. Massa e A. Uguzzoni: Fisica Generale - Meccanica e Termodinamica, Casa Editrice Ambrosiana.

Eserciziari:

• A. Bertin, S. De Castro, N. Semprini Cesari, A. Vitale, A. Zoccoli, Problemi di Esame di Fisica Generale, Società editrice Esculapio s.r.l. - Progetto Leonardo - Bologna.
• S. Rosati e R. Casali, Problemi di Fisica Generale (meccanica, termodinamica, teoria cinetica dei gas), Casa Editrice Ambrosiana.
• P. Pavan e F. Soramel, Problemi di Fisica risolti e commentati, Casa Editrice Ambrosiana.

Metodi didattici

Il corso consiste essenzialmente di lezioni frontali in aula. Le lezioni sono affiancate da esercitazioni nelle quali vengono proposti e risolti in aula esercizi relativi alle parti di programma già viste a lezione. Occasionalmente potrà essere utilizzato un videoproiettore.

Modalità di verifica e valutazione dell'apprendimento

La verifica dell'apprendimento consiste in una prova scritta obbligatoria ed in un esame orale. Nella prova scritta lo studente dovra' risolvere uno o piu' esercizi e dovra' rispondere ad una o piu' domande a risposta libera sugli argomenti del corso. La prova scritta potrà essere sostituita da 2 o 3 scritti parziali che avranno luogo nelle settimane in cui verrà svolto il corso. Nella prova orale lo studente deve dimostrare di aver compreso a fondo le nozioni di base della meccanica e di saper descrivere quantitativamente i sistemi meccanici illustrati durante il corso.

Strumenti a supporto della didattica

Orario di ricevimento

Consulta il sito web di Laura Fabbri