OBIETTIVI FORMATIVI

ATTIVITÀ FORMATIVE

PROGRAMMA DEL CORSO

• Grandezze fisiche e loro misura: Note introduttive. Metodo sperimentale. Definizione operativa delle grandezze fisiche. 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: somma, prodotto scalare e prodotto vettoriale. Ordini di grandezza e generalità sulle leggi fisiche. Analisi dimensionale. Rappresentazione tabulare e grafica.
• Cinematica del punto materiale: Relatività del moto. Sistemi di riferimento. Validità sperimentale della geometria euclidea. Sistemi di riferimento. Trasformazioni delle coordinate di un punto fra diversi sistemi di riferimento. Posizione, spostamento e velocità. Concetto di punto materiale. Legge oraria del moto. Traiettoria. Moto rettilineo e curvilineo. Moto rettilineo. 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. Nota a(x) ricavare v. Accelerazione di gravità g. Moto in due e tre 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.
• 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. Moto dei corpi sulla superficie della terra.
• 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. Equazione del moto di una particella. Risultante delle forze applicate. Equilibrio statico e dinamico. Vincoli e reazioni vincolari. Classificazione delle forze esistenti in natura. Forza peso e forza elastica. Forze d'attrito statico e dinamico. Moto di una particella in un fluido. 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.
• Energia e Lavoro: Integrali primi della forza: impulso e lavoro. Teorema dell'impulso. Lavoro elementare e lavoro finito: proprietà degli integrali di linea. Potenza. Unità di misura del lavoro e della potenza. Energia cinetica. Teorema dell'energia cinetica. Invarianza del lavoro dal cammino di integrazione fra due punti. 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. Concetto di derivata direzionale. Gradiente di una funzione. 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. Orbita di equilibrio.
• Dinamica dei sistemi di punti materali: Generalizzazione dei risultati relativi alla dinamica di una particella a un sistema discreto di punti materiali: quantità di moto, momento angolare ed energia cinetica. Forze interne, forze esterne e loro momenti. Terzo principio della dinamica. Equazioni cardinali della dinamica di un sistema di particelle. Centro di massa (CM): definizione e proprietà. Moto del CM, e moto rispetto al CM . Teoremi di König. Problema dei due corpi. Massa ridotta. Leggi di conservazione delle grandezze dinamiche di un sistema di punti materiali. Urti fra 2 punti materiali. Approssimazione di impulso.Urti elastici e anelastici. Urti centrali.
• Dinamica del corpo rigido: Definizione e proprietà meccaniche. Gradi di libertà di moto. Moto di rotazione. Momento angolare. Momento di inerzia. Teorema di Huygens-Steiner. Energia cinetica. Equazioni del moto del corpo rigido. Moti di un corpo rigido libero e vincolato. Moto di puro rotolamento (cenni). Leggi di conservazione nel moto di un corpo rigido. Urti tra particelle libere e corpi rigidi vincolati. Conservazione del momento angolare.
• Moti oscillatori: Cinematica del moto armonico semplice (MAS). Dinamica del MAS. Forza ed energia nel MAS. Pendolo semplice e pendolo composto. Oscillazioni non armoniche. Oscillazioni smorzate. Oscillazioni forzate. Risonanza di ampiezza e risonanza dell'energia.
• Fluidi: Grandezze cinematiche e dinamiche nei fluidi. Pressione idrostatica. Compressibilità e modulo di volume. Idrostatica nel campo gravitazionale. Leggi di Archimede e di Stevino. Idrodinamica di un fluido perfetto, teorema di Bernoulli. Fluidi reali, viscosità (cenni).
• Sistemi e stati termodinamici: Sistema e ambiente. Universo termodinamico. Sistemi aperti, chiusi e isolati. Variabili termodinamiche: concentrazione, pressione, volume e temperatura. Stati di equilibrio termodinamico. Variabili di stato. Gas ideali o perfetti: definizione e proprietà. Legge di stato di un gas perfetto. Equilibrio termico. Principio zero della termodinamica. Pareti diatermiche e adiabatiche. Contatto termico. Definizione operativa di temperatura. Punti fissi. Scale termometriche: scale Celsius e Kelvin. Termometri. Elementi di calorimetria. Temperature e calore. Capacità termica e quantità di calore scambiata. Calori specifici molari e calore specifico di un solido. Cambiamenti di fase. Calori latenti. Calorimetri. Trasformazioni reversibili ed irreversibili. Il piano di Clepeyron. Trasformazioni isoterme, isocore e isobare. Cicli termodinamici. Lavoro termodinamico: dipendenza dalla trasformazione termodinamica. Lavoro per trasformazioni reversibili ed irreversibili.
• 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. Efficienza o coefficiente operativo di prestazione di un ciclo frigorifero.
• 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.
• Campo elettrico: Carica elettrica. Isolanti e conduttori. Legge di Coulomb. Campo elettrici e linee di forza. Campo elettrico generato da una distribuzione di cariche puntiformi. Teorema di Gauss.
• Potenziale elettrico: Energia potenziale elettrostatica. Potenziale elettrostatico. Superfici equipotenziali. Differenza di potenziale. Relazione fra campo e potenziale elettrico.
• Capacità elettrica: Condensatori e capacità. Condensatori in serie e in parallelo. Energia immagazzinata in un campo elettrico. Condensatore in presenza di un dielettrico.
• Corrente elettrica: Cariche in movimento. Conduzione elettrica nei metalli. Corrente elettrica. Densità di corrente. Resistenza e resistività. Legge di Ohm. Intensità di corrente. Resistenze in serie e in parallelo. Energia e potenza nei circuiti elettrici. Legge di Joule. Semiconduttori e superconduttori (cenni).
• Circuiti elettrici in corrente continua. Forza elettromotrice e resistenza interna di una batteria. Calcolo della corrente. Leggi di Kirchhoff. Teorema di Thevenin. Carica e scarica di un condensatore. Circuiti RC.
• Correnti variabili nel tempo: Circuiti oscillanti. Induzione elettromagnetica. Legge di Faraday-Newmann-Lenz.