31906 - FONDAMENTI DI GEOFISICA 2

Conoscenze e abilità da conseguire

Al termine del corso, lo studente possiede i concetti fondamentali di dinamica dei fluidi newtoniani, le sue applicazioni allo studio della convezione termica e delle onde di gravità. In particolare, lo studente è in grado di: - valutare le condizioni di instabilità gravitativa in un fluido; - caratterizzare i diversi regimi di propagazione delle onde di gravità; - risolvere semplici problemi di equilibrio quasi-statico in materiali prossimi alla temperatura di solidus.

Contenuti

Introduzione generale:

• Richiami sulla meccanica dei continui: tensori fondamentali nello studio della fluidodinamica e relazioni costitutive
• Fluidi newtoniani
• Principi di conservazione, equazioni di Navier-Stokes e leggi della termodinamica
• Flussi laminari e transizione alla turbolenza: numero di Reynolds
• Le equazioni in un pianeta in rotazione: equazione della vorticità.
• Approssimazione di Boussinesq.

Onde nei fluidi

• Onde di gravità alla superficie di un fluido, approssimazione di “shallow water” e di “deep water”
• Tensione superficiale
• Onde interne in fluidi stratificati.

Instabilità

• Instabilità di Kelvin-Helmholtz
• Convezione di Rayleigh, convezione di fluidi riscaldati internamente
• Instabilità di Rayleigh-Taylor.

Elementi di teoria della turbolenza

• Decomposizione di Reynolds
• Leggi del moto e della termodinamica per un flusso turbolento
• Energia del moto medio e del moto turbolento
• Produzione di turbolenza "in cascata", microscala di Kolmogorov, spettro di Kolmogorov nel sub-range inerziale.
• Eddy viscosity, moti geostrofici, spirali di Ekman.
  

 

Testi/Bibliografia

Dispense del docente, reperibili su https://virtuale.unibo.it al termine di ciascuna lezione.

Gran parte degli argomenti trattati a lezione possono essere trovati in:

• Pijush Kundu, Ira Cohen, David Dowling: Fluid Mechanics - Academic Press. L'edizione più recente è la 6a, pubblicata nel 2015.
• Donald Turcotte, Gerald Schubert: Geodynamics - Cambridge University Press, 3rd Edition, 2014.
• Etienne Guyon, Jean-Pierre Hulin, Luc Petit, Catalin D. Mitescu: Physical Hydrodynamics (2nd Ed.) - Oxford University Press, 2015.

Metodi didattici

Lezioni in aula.

La frequenza alle lezioni non è obbligatoria, ma è caldamente consigliata per il processo di apprendimento.

Modalità di verifica e valutazione dell'apprendimento

La verifica avviene attraverso esame orale in base al quale verrà proposto un voto.

L'esame, che in generale verte su tre domande su altrettanti argomenti, mira a valutare la conoscenza delle studentesse e degli studenti e il loro grado di indipendenza nel ragionare su:

• la dinamica dei fluidi newtoniani;

• i modelli quantitativi dei principali fenomeni quali: onde di gravità,  convezione, transizioni alla turbolenza. 

L'esame NON prevede elaborati da consegnare prima dell'esame medesimo.

L'esame ha una durata media di un'ora.

 

Strumenti a supporto della didattica

Il docente caricherà sulla piattaforma Virtuale alcuni semplici software il cui scopo è permettere allo studente di familiarizzare con alcuni dei concetti teorici presentati a lezione.

Orario di ricevimento

Consulta il sito web di Alberto Armigliato