Fisica I (2006/2007)

Corso a esaurimento

Codice insegnamento
4S00038
Docente
Gino Mariotto
crediti
6
Altri corsi di studio in cui è offerto
Settore disciplinare
FIS/01 - FISICA SPERIMENTALE
Lingua di erogazione
Italiano
Periodo
2° Q, 3° Q

Orario lezioni

2° Q
Giorno Ora Tipo Luogo Note
martedì 11.30 - 13.30 lezione Aula Gino Tessari  
3° Q
Giorno Ora Tipo Luogo Note
martedì 11.30 - 13.30 lezione Aula Gino Tessari  
mercoledì 11.30 - 13.30 lezione Aula Gino Tessari  

Obiettivi formativi

Il corso è rivolto agli studenti del corso di Laurea Triennale in Tecnologie dell'Informazione: Multimedia. Scopo del corso è la presentazione dei fondamenti del metodo sperimentale, della meccanica classica e della termodinamica.
Gli obiettivi formativi sono realizzati mediante attività didattiche (lezioni ed esercitazioni) frontali, tenute durante il secondo e terzo quadrimestre per un numero complessivo di 48 ore. Per facilitare lo studente nella comprensione e nell'apprendimento delle leggi e dei principi della meccanica e della termodinamica, durante le lezioni frontali verrà fatto costante ricorso alla fenomenologia. Il corso è integrato da esercitazioni che avranno per oggetto la soluzione di esercizi e problemi tali da mettere lo studente in condizioni di affrontare e superare la prova scritta dell'esame finale. Si presuppone che lo studente abbia familiarità con gli argomenti di matematica e di geometria svolti nei corsi della scuola media e nei corsi di Analisi Matematica.

Programma

1. Meccanica

1.1- Grandezze fisiche e loro misura: Metodo sperimentale. Grandezze fisiche fondamentali e derivate. Unità di misura. Sistemi di unità di misura. Il sistema internazionale (S.I.). Scalari e vettori. Operazioni con i vettori. Leggi fisiche. Analisi dimensionale. Rappresentazione tabulare e grafica.

1.2- Cinematica del punto materiale: Relatività del moto. Sistemi di riferimento. Posizione, spostamento e velocità. Concetto di punto materiale. Legge oraria del moto. Traiettoria. Moto rettilineo e curvilineo.
Moto unidimensionale. Velocità e accelerazione media e istantanea. Derivazione ed integrazione delle grandezze cinematiche. Condizioni iniziali. Dall'accelerazione alla velocità. Dalla velocità alla legge oraria. Moto rettilineo uniforme e vario. Moto rettilineo uniformemente accelerato. Accelerazione di gravità g.
Moto in due dimensioni. Vettori posizione, spostamento, velocità ed accelerazione. Loro componenti.
Moto curvilineo. Coordinata curvilinea. Moti ad accelerazione costante. Componenti tangenziale e normale dell'accelerazione. Moto circolare: velocità ed accelerazione angolare. Periodo e frequenza. Componenti radiale e trasversale della velocità e dell’accelerazione nel moto curvilineo piano.

1.3- Moti relativi: Sistemi di riferimento assoluti. Posizione e velocità relativa di due punti materiali. Moto relativo traslatorio uniforme ed uniformemente accelerato. Spostamento di trascinamento. Velocità e accelerazione di trascinamento. Trasformazioni di Galileo: invarianza dell'accelerazione. Moto relativo rotatorio uniforme: accelerazione centrifuga e di Coriolis (Cenni).

1.4- Dinamica del punto materiale: Principio di inerzia. Particella libera. Concetto di massa. Massa inerziale e gravitazionale. Interazione fra due particelle. Quantità di moto. Principio di conservazione della quantità di moto. Leggi di Newton. Concetto di forza. Definizione operativa di forza. Classificazione delle forze esistenti in natura. Equazione del moto di una particella. Risultante delle forze applicate. Equilibrio statico e dinamico. Vincoli e reazioni vincolari. Forze d'attrito statico e dinamico. Attrito viscoso. Pendolo semplice. Forze elastiche. Oscillatore orizzontale e verticale.
Moto curvilineo di una particella: componenti tangenziale e centripeta della risultante delle forze agenti.
Sistemi non inerziali. Forze apparenti. Sistemi in rotazione uniforme: forza centrifuga e forza di Coriolis. Momento della quantità di moto, momento di una forza e teorema del momento angolare. Forze centrali. Conservazione del momento angolare. Legge della gravitazione universale di Newton. Leggi di Keplero.

1.5- Energia e Lavoro: Integrali primi della forza: impulso e lavoro. Potenza. Unità di misura del lavoro e della potenza. Energia cinetica. Teorema dell’energia cinetica. Lavoro di una forza costante. Lavoro di una forza elastica e di una forza centrale. Forze conservative. Energia potenziale. Principio di conservazione dell'energia meccanica. Lavoro di una forza dissipativa. Proprietà della funzione energia potenziale. Relazione fra energia potenziale e forza.
Campi di forze centrali. Natura conservativa di un campo di forze centrali. Moto sotto l’azione della forza gravitazionale. Potenziale gravitazionale e centrifugo. Potenziale efficace e orbita di equilibrio. Velocita' di fuga dalla terra.

1.6- Dinamica dei sistemi di particelle: Forze interne e forze esterne e loro momenti rispetto a un polo fisso O. Grandezze collettive: quantità di moto, momento angolare e energia cinetica totale. Principio di azione e reazione per un sistema di punti materiali. Equazioni cardinali della dinamica di un sistema di particelle. Centro di massa (CM): definizione e sue proprietà. Sistema di riferimento del laboratorio (sistema L) e del CM (sistema C). Moto del CM; moto rispetto al CM. Teoremi di König. Problema dei due corpi. Massa ridotta. Energia cinetica di un sistema di particelle. Lavoro delle forze interne e delle forze esterne. Energia potenziale delle forze interne ed esterne. Energia propria. Energia interna. Energia totale meccanica.
Urti fra 2 particelle. Approssimazione di impulso. Forze interne ed esterne. Conservazione della quantità di moto totale e dell'energia cinetica del CM. Urti centrali elastici, anelastici e completamente anelastici.

1.7- Dinamica del corpo rigido: Definizione e proprietà meccaniche del corpo rigido. Centro di massa. Moto di traslazione e moto di rotazione. Scomposizione nel moto orbitale del CM e nel moto intrinseco. Moto di rotazione attorno ad un asse fisso passante per il CM. Momento angolare. Momento di inerzia. Teorema di Huygens-Steiner. Energia cinetica rotazionale. Equazioni del moto roto-traslazionale del corpo rigido. Moto rotazionale di un corpo attorno ad un asse fisso non passante per il centro di massa. Il pendolo fisico: sua lunghezza ridotta. Moto rotazionale attorno ad un asse senza nemmeno un punto fisso. Moto di un corpo rigido libero. Leggi di conservazione dell'energia e del momento angolare nel moto di un corpo rigido. Urti tra particelle libere e corpi rigidi vincolati. Conservazione del momento angolare.

2. Termodinamica

2.1- Sistemi e stati termodinamici: Sistema e ambiente termodinamico. Sistemi aperti, chiusi e isolati. Variabili termodinamiche. Concetto di pressione idrostatica. Stati di equilibrio termodinamico. Variabili di stato. Gas ideali o perfetti. Legge di stato di un gas perfetto.
Elementi di termometria. Concetto di temperatura. Equilibrio termico. Principio zero della termodinamica. Definizione operativa di temperatura. Scale termometriche: scale Celsius e Kelvin. Termometri.
Elementi di calorimetria. Temperature e calore. Capacità termica e quantità di calore scambiata. Calori specifici molari dei gas ideali. Cambiamenti di fase. Calori latenti.
Trasformazioni termodinamiche reversibili ed irreversibili. Cicli termodinamici. Rappresentazione nel piano di Clepeyron. Trasformazioni isoterme, isocore e isobare. Lavoro termodinamico: sua dipendenza dalla trasformazione termodinamica. Lavoro per trasformazioni reversibili ed irreversibili.

2.2- Primo principio della termodinamica: Esperimenti di Joule. Equivalenza fra lavoro e calore. Energia interna. Conservazione dell'energia di un sistema termodinamico. Energia interna di un gas perfetto. Interpretazione microscopica (cenni). Calori specifici molari dei gas ideali. Relazione di Mayer. Calore specifico e energia interna dei corpi solidi. Il primo principio della termodinamica per un gas perfetto. Applicazione del primo principio nelle trasformazioni reversibili dei gas ideale: isoterma, isocora, isobara. Trasformazioni adiabatiche. Trasformazione adiabatica reversibile di un gas perfetto.
Trasformazioni cicliche di un gas. Cicli termici e cicli frigoriferi. Rendimento di un ciclo termico. Ciclo di Carnot. Altri cicli notevoli (Stirling, Otto e Diesel). Efficienza di un ciclo frigorifero.

2.3- Secondo principio della termodinamica: Macchine termiche e macchine frigorifere. Sorgenti di calore e termostati. Enunciati del secondo principio della termodinamica. Equivalenza fra l'enunciato di Kelvin-Planck e di Clausius. Teorema di Carnot. Rendimento massimo. Conseguenze del teorema di Carnot. Temperatura termodinamica assoluta. Diseguaglianza di Clausius.
Entropia. Definizione e proprietà. Stato di riferimento. Calcolo della variazione di entropia. Trasformazioni adiabatiche. Il principio di aumento dell'entropia. Diagrammi T-S. Scambi di calore con sorgenti. Entropia dell'universo termodinamico.

Modalità d'esame

L’esame consiste in una parte scritta e in una parte orale. L’ammissione alla prova orale è subordinata al superamento della prova scritta. La prova scritta ha validità limitata a tre appelli d’esame,compreso quello in cui lo scritto è stato superato.
La date degli appelli sono decise in armonia con il calendario delle sessioni di esame deliberato dalla Facoltà.

Libro di testo consigliato:

Qualunque test di Fisica Generale l'Università, per esempio:

P. Mazzoldi, M. Nigro, C. Voci
Elementi di Fisica: Meccanica – Termodinamica
EdiSES, Napoli Ed. 2001, (ultima ristampa).

Materiale didattico

Documenti

Statistiche per i requisiti di trasparenza (Attuazione Art. 2 del D.M. 31/10/2007, n. 544)

Statistiche esiti
Esiti Esami Esiti Percentuali Media voti Deviazione Standard
Positivi 7.40% 22 2
Respinti --
Assenti 74.07%
Ritirati 18.51%
Annullati --
Distribuzione degli esiti positivi
18 19 20 21 22 23 24 25 26 27 28 29 30 30 e Lode
0.0% 0.0% 50.0% 0.0% 0.0% 0.0% 50.0% 0.0% 0.0% 0.0% 0.0% 0.0% 0.0% 0.0%

Valori relativi all'AA 2006/2007 calcolati su un totale di 27 iscritti. I valori in percentuale sono arrotondati al numero intero più vicino.