FISICA I E-N
Anno accademico 2015/2016 - 1° annoCrediti: 9
SSD: FIS/01 - Fisica sperimentale
Organizzazione didattica: 225 ore d'impegno totale, 176 di studio individuale, 49 di lezione frontale
Semestre: 2°
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Obiettivi formativi
Prerequisiti richiesti
Buone conoscenze di Matematica elementare (Algebra, Geometria e Trigonometria); Nozioni fondamentali del calcolo differenziale e integrale
Frequenza lezioni
Obbligo di frequenza (non inferiore al 50%) per coloro che intendono sostenere le prove in itinere
Contenuti del corso
MECCANICA
Grandezze fisiche. Vettori e calcolo vettoriale. Cinematica scalare e vettoriale - Dinamica del punto materiale: le leggi di Newton. Le leggi della forza - Lavoro, energia cinetica, teorema dell'energia cinetica. Forze conservative, energia potenziale, conservazione dell'energia meccanica, bilancio energetico con forze dissipative - Forze centrali. La legge di gravitazione universale - Concetti generali sui moti relativi e i sistemi di riferimento - Sistemi di punti materiali. Centro di massa. Teorema del moto del centro di massa. Quantita' di moto, impulso della forza, teorema dell'impulso, conservazione della quantità di moto - Momento angolare, teorema del momento angolare - Corpo rigido: momento d'inerzia, teorema di Huygens-Steiner, dinamica traslazionale e rotazionale - Fenomeni d' urto: urti elastici ed anelastici - Oscillatore armonico semplice, smorzato e forzato.
TERMODINAMICA
Sistemi e variabili termodinamiche, stati di equilibrio, equazione di stato – Temperatura – Calore e lavoro. Capacità termiche – Primo principio delle Termodinamica – Gas ideali e reali - Macchine termiche. Macchine frigorifere. Ciclo di Carnot – Secondo principio della termodinamica – Processi reversibili e irreversibili - Entropia.
Testi di riferimento
- MAZZOLDI, NIGRO, VOCI – Elementi di Fisica: Meccanica, Termodinamica (2° edizione) – EdiSES
- FALCIGLIA – Problemi di Fisica I: meccanica e termodinamica - EdiSES
Programmazione del corso
| * | Argomenti | Riferimenti testi | |
|---|---|---|---|
| 1 | * | INTRODUZIONE: Grandezza fisica - Unità di misura - Equazione dimensionale | Testo 1, App. B |
| 2 | * | INTRODUZIONE: Errori di misura - Approssimazione - Notazione scientifica | Testo 1, App. B |
| 3 | * | VETTORI: Rappresentazione di grandezze fisiche per mezzo di vettori - Operazioni sui vettori: somma, differenza, prodotto di un vettore per uno scalare | Testo 1, App. C |
| 4 | * | VETTORI: Operazioni sui vettori: prodotto scalare, prodotto vettoriale - Componenti di un vettore - Derivata di un vettore - Integrazione | Testo 1, App. C |
| 5 | * | CINEMATICA: Velocità - Accelerazione - Legge oraria - Moto rettilineo uniforme - Moto rettilineo uniformemente accelerato | Testo 1, Cap.1 |
| 6 | CINEMATICA: Moto rettilineo smorzato esponenzialmente - Moto armonico semplice | Testo 1, Cap.1 | |
| 7 | * | CINEMATICA: Moto nel piano - Moto parabolico | Testo 1, Cap.2 |
| 8 | * | CINEMATICA: Moti circolari –Moto circolare uniforme | Testo 1, Cap.2 |
| 9 | * | DINAMICA DEL PUNTO MATERIALE: Principio di inerzia - Massa inerziale - Forza: 2a legge di Newton - Principio di azione e reazione | Testo 1, Cap.3 |
| 10 | * | DINAMICA DEL PUNTO MATERIALE: Leggi della forza: forza gravitazionale, forza peso, forza di attrito, forza elastica, forze viscose di resistenza del mezzo - Reazioni vincolari - Tensione dei fili | Testo 1, Cap.3 |
| 11 | * | DINAMICA DEL PUNTO MATERIALE: Diagramma del corpo libero - Moto lungo un piano inclinato liscio e scabro | Testo 1, Cap.3 |
| 12 | * | DINAMICA DEL PUNTO MATERIALE: Moti circolari: Forze centripete - Momento angolare. Momento meccanico - Conservazione del momento angolare | Testo 1, Cap.3 |
| 13 | DINAMICA DEL PUNTO MATERIALE: Sistemi di riferimento inerziali - Principio di Invarianza Galileiana - Trasformazione Galileiana - Legge di composizione delle velocità - Sistemi di riferimento non inerziali: forze fittizie | Testo 1, Cap.5 | |
| 14 | * | CONSERVAZIONE DELL’ENERGIA: Lavoro - Energia cinetica - Teorema delle forze vive - Forze conservative - Energia potenziale | Testo 1, Cap.4 |
| 15 | * | CONSERVAZIONE DELL’ENERGIA: Calcolo di energia potenziale - Conservazione dell'energia meccanica - Forze non conservative | Testo 1, Cap.4 |
| 16 | CONSERVAZIONE DELL’ENERGIA: Energia potenziale e forza: diagrammi di energia e stabilità dell’equilibrio - Forze centrali – Moto in un campo di forze centrali | Testo 1, Cap.4 | |
| 17 | * | DINAMICA DEI SISTEMI DI PUNTI MATERIALI: Forze interne e forze esterne - Centro di massa di un sistema di punti – Teorema del moto del centro di massa - Conservazione della quantità di moto | Testo 1, Cap.8 |
| 18 | * | DINAMICA DEI SISTEMI DI PUNTI MATERIALI: Urti tra punti materiali: elastico, anelastico e completamente anelastico | Testo 1, Cap.6 |
| 19 | DINAMICA DEI SISTEMI DI PUNTI MATERIALI: Sistema di riferimento del centro di massa - Momento angolare - Momento meccanico - Teorema del momento angolare - Teoremi di König - Conservazione del momento angolare | Testo 1, Cap.6 | |
| 20 | DINAMICA DEL CORPO RIGIDO: Corpo rigido - Moto di un corpo rigido - Equazione del moto di un corpo rotante - Momenti di inerzia e coefficienti inerziali - Rotazioni rigide attorno ad un asse fisso in un sistema di riferimento inerziale | Testo 1, Cap.7 | |
| 21 | DINAMICA DEL CORPO RIGIDO: Momento di inerzia rispetto ad un asse fisso - Teorema di Huygens-Steiner - Lavoro ed energia cinetica nel moto rotatorio | Testo 1, Cap.7 | |
| 22 | DINAMICA DEL CORPO RIGIDO: Moto rototraslatorio - Moto di puro rotolamento | Testo 1, Cap.7 | |
| 23 | * | OSCILLAZIONI: Oscillatore armonico semplice: equazione del moto e soluzione - Sistema massa-molla - Pendolo semplice - Energia cinetica e potenziale nei moti armonici semplici | Testo 1, Cap.10 |
| 24 | * | OSCILLAZIONI: Oscillatore in presenza di forza peso - Oscillatore armonico smorzato da una forza viscosa: smorzamento debole | Testo 1, Cap.10 |
| 25 | OSCILLAZIONI: Oscillatore armonico smorzato da una forza viscosa: smorzamento forte e critico Oscillatore armonico forzato - Risonanza | Testo 1, Cap.10 | |
| 26 | * | TERMOMETRIA E CALORIMETRIA: Equilibrio termico - Principio zero - Temperatura - Termometro a gas perfetto - Temperatura Kelvin - Definizione calorimetrica di calore | Testo 1, Cap.12 |
| 27 | * | TERMOMETRIA E CALORIMETRIA: - Capacità termica - Calori specifici e calori latenti - Caloria - Calorimetro - Sorgenti di calore - Equivalente meccanico del calore | Testo 1, Cap.12 |
| 28 | * | SISTEMI TERMODINAMICI: Sistemi e stati termodinamici - Coordinate termodinamiche - Equilibrio termodinamico - Sistemi termodinamici semplici - Sistemi PVT - Equazione di stato - Equazione di stato dei gas perfetti - Trasformazioni termodinamiche | Testo 1, Cap.12 e 13 |
| 29 | * | CALORE, LAVORO E PRIMO PRINCIPIO DELLA TERMODINAMICA: Lavoro in una trasformazione di un sistema PVT - Energia interna - Primo principio della termodinamica - Energia interna di un gas ideale - Calori specifici dei gas ideali | Testo 1, Cap.13 |
| 30 | CALORE, LAVORO E PRIMO PRINCIPIO DELLA TERMODINAMICA: Espansione libera di Joule - Relazione di Mayer – Adiabatica reversibile di un gas perfetto | Testo 1, Cap.13 | |
| 31 | * | SECONDO PRINCIPIO DELLA TERMODINAMICA: Macchine termiche - Enunciato di Kelvin Planck del secondo principio della termodinamica - Macchine frigorifere - Enunciato di Clausius del secondo principio della termodinamica - Equivalenza dei due enunciati | Testo 1, Cap.14 |
| 32 | * | REVERSIBILITÀ - TEMPERATURA ASSOLUTA: Reversibilità e irreversibilità - Ciclo di Carnot - Teorema di Carnot - Macchina di Carnot - Temperatura termodinamica assoluta | Testo 1, Cap.14 |
| 33 | * | ENTROPIA: Teorema di Clausius - Entropia - Il principio di aumento dell’entropia - Entropia di un gas ideale | Testo 1, Cap.14 |
| 34 | ENTROPIA: Entropia e reversibilità - Entropia e irreversibilità - Entropia ed energia inutilizzabile | Testo 1, Cap.14 |
N.B. La conoscenza degli argomenti contrassegnati con l'asterisco è condizione necessaria ma non sufficiente per il superamento dell'esame. Rispondere in maniera sufficiente o anche più che sufficiente alle domande su tali argomenti non assicura, pertanto, il superamento dell'esame.
Verifica dell'apprendimento
Modalità di verifica dell'apprendimento
L'esame consiste in una prova scritta seguita da una prova orale. La prova scritta (durata 2 ore) consiste nella risoluzione, giustificata e commentata in maniera chiara, di un problema di Meccanica e un problema di Termodinamica. Durante la prova scritta è consentito soltanto l’uso di una calcolatrice. Non è consentita la consultazione di materiale personale quali libri di testo, formulari, appunti o esercizi svolti; in aula sono predisposte copie del libro di testo per consultazione. Il superamento della prova scritta ha validità solo relativamente allo stesso appello. Gli allievi che superano la prova scritta possono sostenere la conseguente prova orale (durata 30 min) che consiste, a partire da una discussione della prova scritta, nella trattazione di tre distinti argomenti in programma.
Esempi di domande e/o esercizi frequenti
Testi degli esercizi svolti in aula e degli esercizi assegnati nelle prove d’esame sono consultabili sul portale Didattica Interattiva http://studium.unict.it