27212 - FISICA GENERALE 1

Scheda insegnamento

Anno Accademico 2019/2020

Conoscenze e abilità da conseguire

Al termine del corso, lo studente conosce le leggi fondamentali della meccanica classica e della termodinamica e le metodologie che portano alla soluzione di problemi che riguardano fenomeni meccanici e termici. In particolare, lo studente è in grado di: - definire le grandezze utilizzate per descrivere i fenomeni meccanici e termodinamici fondamentali, e le loro unità di misura; - interpretare le leggi che governano tali fenomeni; - risolvere problemi concernenti fenomeni di natura meccanica e termica.

Contenuti

Modulo 1

INTRODUZIONE AL CORSO

Il metodo scientifico. Le grandezze fisiche e la loro misura; grandezze fisiche fondamentali e derivate. Dimensione di una grandezza fisica. Sistemi di unità di misura. Le unità di misura di spazio, tempo, massa. Analisi dimensionale.


CALCOLO VETTORIALE

Grandezze scalari e vettoriali. Definizione di vettore. Operazioni di somma e differenza tra vettori, moltiplicazione di un vettore per uno scalare, prodotto scalare, prodotto vettoriale. Sistemi di coordinate. Terne cartesiane ortogonali, versori cartesiani, rappresentazione cartesiana dei vettori. Le operazioni tra vettori nella rappresentazione cartesiana. Terne ortogonali locali, coordinate polari piane. Derivata di vettore.

CINEMATICA

Vettore posizione. Equazione oraria del moto. Vettore spostamento. Velocità media e velocità istantanea. Accelerazione media ed accelerazione istantanea. Rappresentazione intrinseca dei vettori velocita` ed accelerazione. Moto uniforme, moto uniformemente accelerato; moto armonico. Condizioni iniziali. Moto del proiettile. Moto circolare. Cambiamento del sistema di riferimento; trasformazioni di Galileo.  Moto relativo generico e  trasformazioni della posizione,  della velocità e della accelerazione.

DINAMICA DEL PUNTO MATERIALE

Primo principio della dinamica. Sistemi inerziali ed invarianza galileiana. Definizione operativa di forza. Il secondo principio; la massa. Il terzo principio della dinamica. Forza peso. Tensioni e reazioni vincolari; vincoli lisci e scabri. Forze di attrito statico e dinamico radente. Forze elastiche. Il pendolo semplice. La forza di attrito viscoso. Dinamica dei moti circolari; la forza centripeta. Forze fittizie in sistemi non inerziali.

DINAMICA DEI SISTEMI

Quantità di moto ed impulso. Momento angolare e teorema del momento angolare. Sistemi di particelle; centro di massa; forze interne ed esterne. Sistemi isolati; conservazione della quantita` di moto e del momento angolare per sistemi isolati, e relazione con il terzo principio della dinamica. I teoremi del centro di massa. Le equazioni cardinali della Meccanica. Il sistema di riferimento del centro di massa. Forze impulsive; urti elastici e anelastici. Il corpo rigido. Moto traslatorio e moto rotatorio. Cinematica del moto rotatorio: velocità angolare ed accelerazione angolare. Relazioni tra variabili lineari e variabili angolari. Momento torcente. Momento di inerzia. Teorema di Huygens-Steiner. Statica del corpo rigido. Dinamica del corpo rigido con asse fisso. Momento angolare di un sistema rigido con asse fisso rispetto all'asse di rotazione. Moto rototraslatorio. Sistemi isolati e conservazione del momento angolare. Moto della trottola.

LAVORO ED ENERGIA

Definizione di lavoro; lavoro lungo un cammino finito. Energia cinetica. Teorema dell'energia cinetica. Energia cinetica nel moto rotatorio. Forze conservative. Energia potenziale. Conservazione dell'energia meccanica. Potenza. Lavoro delle forze non conservative e variazione dell'energia meccanica. Teorema di Koenig per l'energia cinetica. Energia cinetica di un corpo rigido che ruota attorno ad un asse fisso.

GRAVITAZIONE

La legge di gravitazione universale. La costante G e l'esperimento di Cavendish. Il campo gravitazionale; espressione del campo fuori e dentro una distribuzione di massa sferica. Energia potenziale gravitazionale. Velocità di fuga. Energia gravitazionale di una sfera omogenea. Gravitazione vicino alla superficie terrestre.

OSCILLAZIONI

Oscillatore armonico. Moto armonico semplice. Energia di una particella nel moto armonico semplice. Moto armonico smorzato. Oscillazioni forzate. Risonanza.

FLUIDI

Definizione di fluido. Pressione. Legge di Stevino: applicazione ad un liquido e ad un gas. Pressione atmosferica. Principi di Pascal e di Archimede. Moto stazionario di un fluido. Portata di un condotto; equazione di continuità. Teorema di Bernoulli. Fluidi reali e viscosità. Flusso laminare e legge di Hagen-Poiseuille.

 

Modulo 2

TERMODINAMICA

Definizione di sistema termodinamico. Temperatura. Gas ideale. Cenni di teoria cinetica. Interpretazione microscopica di pressione e temperatura. Distribuzione delle velocità molecolari in un gas ideale. Energia interna di un sistema termodinamico. Quantità di calore. Calorimetria. Calori specifici e calori molari. Primo principio della termodinamica. Modalità di trasmissione del calore. La conduzione e la legge di Fourier. L'irraggiamento e la legge di Stefan-Boltzmann. Applicazioni del primo principio a trasformazioni isocore, isobare e isoterme. Trasformazioni adiabatiche. Trasformazioni cicliche. Secondo principio della termodinamica: postulati di Clausius e Kelvin. Ciclo di Carnot. Rendimento. Entropia. Variazioni di entropia in un gas ideale. Interpretazione microscopica dell'entropia. Gas reali: equazione di van der Waals.

Testi/Bibliografia

Preparazione teorica:

Mazzoldi, Nigro, Voci: "Fisica vol. 1, Meccanica e Termodinamica", EdiSES.

Halliday, Resnick, Krane, "Fisica 1", (CEA)

Fermi, "Termodinamica", (Boringhieri)

 

Eserciziari:

Pavan, Soramel: Problemi di fisica risolti e commentati, vol. 1, Casa Editrice Ambrosiana.


Metodi didattici

Il corso prevede lezioni frontali in aula. Le lezioni sono affiancate da esercitazioni nelle quali vengono proposti e risolti in aula esercizi relativi al programma. Occasionalmente potrà essere utilizzato un videoproiettore.

Modalità di verifica e valutazione dell'apprendimento

Durante il permanere delle condizioni di emergenza, la verifica dell'apprendimento avviene attraverso le modalita` descritte su Insegnamenti on line (iol.unibo.it), alla pagina del corso.

L'iscrizione alle prove e` obbligatoria, e deve essere fatta attraverso il sito AlmaEsami.

Strumenti a supporto della didattica

Lavagna e videoproiettore.

Orario di ricevimento

Consulta il sito web di Silvia Pellegrini

Consulta il sito web di Marcella Brusa