FISICA I A - E

Lo studente è tenuto a raggiungere i seguenti obiettivi formativi:

• saper applicare opportunamente le nozioni riguardanti le grandezze fisiche e l' analisi dimensionale;
• saper applicare il calcolo vettoriale nella risoluzione dei problemi fisici del mondo circostante;
• saper risolvere quesiti inerenti a problematiche di cinematica, statica e dinamica del punto materiale e del corpo rigido;
• saper applicare le conoscenze di fluidostatica e fluidodinamica a problemi reali;
• saper applicare i concetti fondamentali di termodinamica, quali calore e rendimento di macchine termodinamiche.

La modalità di insegnamento è generalmente quella più congeniale all'insegnamento di Fisica 1. In particolare, oltre alla lezione classica con utilizzo di lavagna, verranno utilizzate slides per approfondimenti su taluni specifici argomenti. Inoltre verranno utilizzati files multimediali (video e/o audio) per agevolare la comprensione di alcuni argomenti. Oltre a ciò viene privilegiato l'insegnamento in "cooperative learning" in cui l'aula diventa momento di sviluppo e apprensione dei saperi. Verranno anche presi in considerazione momenti di brainstorming (principalmente per risoluzione di esercizi sottoposti dal docente) e di flipped-classroom in cui gli studenti verranno chiamati direttamente in causa per spiegare o llustrare esercizi o argomenti teorici. La modalità di verifica prevede prove di autovalutazione durante tutto il secondo semestre nonché di prove di esame con esercizi trasversali sugli argomenti del corso.

Qualora l'insegnamento venisse impartito in modalità mista o a distanza potranno essere introdotte le necessarie variazioni rispetto a quanto dichiarato in precedenza, al fine di rispettare il programma previsto e riportato nel syllabus.

Si richiedono i seguenti prerequisiti:

• abilità nel calcolo algebrico;
• dimestichezza con il calcolo differenziale;
• conoscenza della trigonometria;
• conoscenza delle principali leggi geometriche;
• dimestichezza con lo studio di funzioni matematiche

Per la frequenza, si rimanda al regolamento del corso di studi.

1) Grandezze Fisiche

Le grandezze in fisica-Unità di misura e sistema internazionale-Dimensioni e calcolo dimensionale-Errori di misura

2) Calcolo vettoriale

Sistemi di riferimento e sistema di coordinate; I vettori come entità geometriche; I vettori in fisica e loro utilizzo nello spazio fisico bidimensionale e tridimensionale; Grandezze vettoriali e grandezze scalari; I vettori nel piano e loro scomposizione per componenti; Versori; Somma tra vettori; Prodotto scalare e prodotto vettoriale tra vettori; Moltiplicazione di uno scalare per un vettore

3) Cinematica

Vettore spostamento, velocità istantanea e velocità media; Moto nello spazio fisico e moto rettilineo uniforme; Legge oraria del moto; Vettore accelerazione istantanea e media; Moto uniformemente accelerato e sua legge oraria; Moto di caduta del grave; Combinazione di moti: il moto parabolico; Moto circolare uniforme; Accelerazione Centripeta

4) Dinamica

Il concetto di forza in fisica; leggi del moto e formulazione newtoniana della dinamica classica; Sistemi di riferimento inerziali e non inerziali; La Forza come vettore: statica del punto materiale; Forza peso; Forza d’attrito; Lavoro svolto da una forza; Forze conservative; Forze elastiche e legge di Hooke; Il pendolo semplice; Energia cinetica e teorema dell’energia cinetica; Forza gravitazionale; Energia potenziale; Energia meccanica e principio di conservazione dell’energia meccanica; Il piano inclinato e la statica per un sistema meccanico in presenza ed in assenza di forze di attrito; Condizione di equilibrio meccanico; Sistema di punti materiali; centro di massa e coordinate del centro di massa; Quantità di moto e principio di conservazione della quantità di moto; Urti elastici e anelastici; Moto rotatorio e cinematica rotazionale; Energia cinetica di rotazione; Momento di inerzia; Momento angolare e momento di una forza; conservazione del momento angolare; Il corpo rigido e condizione di equilibrio meccanico; Moto rototraslatorio; Introduzione alle oscillazioni e analogia tra il pendolo semplice ed il sistema massa molla

5) Dinamica dei fluidi ideali

Fluidi; Pressione e densità nei fluidi; Fluidostatica; Legge di Stevino; principio di Pascal; principio di Archimede; Applicazioni; Dinamica dei fluidi ideali; Linee di flusso e tubi di flusso; Portata volumica e conservazione della portata volumica; Fluidodinamica e derivazione dell’equazione di Bernoulli

6) Termodinamica

Sistemi termodinamici e sistemi in contatto termico; Equilibrio termodinamico; Temperature e calore; Principio zero della termodinamica; Dilatazione lineare e volumica: applicazioni; Capacità termica e calore specifico; Temperatura di equilibrio; Calore latente; Trasformazioni termodinamiche; Lavoro, calore ed energia interna; Primo principio della termodinamica; Lavoro e calore nelle trasformazioni termodinamiche; I gas perfetti; Trasformazioni isoterma e isobara; Calore specifico molare; Relazione di Mayer; Trasformazioni adiabatiche; Macchine termiche; Rendimento; Enunciati del secondo principio della termodinamica; Reversibilità e irreversibilità; Teorema di Carnot; Temperatura termodinamica assoluta; Teorema di Clausius; La funzione di stato entropia; Il principio di aumento dell’entropia; Calcoli di variazioni di entropia; Entropia del gas ideale; Energia inutilizzabile; Trasformazioni adiabatiche e entropia; Interpretazione statistica dell’entropia; Entropia e calore.

1. Mazzoldi, Nigro, Voci: “Elementi di Fisica Vol. 1 – Meccanica e Termodinamica. Seconda edizione.” (EdiSES)

2. D. Halliday, R. Resnick, J. Walker "Fondamenti di Fisica" (2015) Casa Ed. Ambrosiana;

3. Serway, Jewett "Principi di Fisica" (2015) Edises;

4. D. Halliday, R. Resnick, J. Walker "Fundamental of Physics" Casa Ed. Ambrosiana

L'esame consiste in una prova scritta e una prova orale. La prova scritta consiste nella risoluzione di 5 esercizi di cinematica, dinamica del punto, dinamica dei sistemi, fluidodinamice e termodinamica. Il superamento della prova scritta con una votazione minima di 18/30 permette l'accesso alla prova orale. Per votazioni maggiori o uguali a 15/30 ed inferiori a 18/30, la prova orale è preceduta da un colloquio di valutazione sulle conoscenze di base del candidato. Il voto finale terrà conto delle prove sostenute dai candidati.

La verifica dell'apprendimento potrà essere effettuata anche per via telematica, qualore le condizioni lo dovessero richiedere.

- Discutere dei principi di conservazione dell'energia meccanica, della quantità di moto e del momento angolare;

- Trattare i principi della termodinamica con le dovute applicazioni;

- Enunciare ed applicare il secondo principio della termodinamica;

- Ricavare l'equazione di Bernoulli per un fluido ideale;

- Descrivere il moto del pendolo semplice, del sistema massa molla e di un corpo rigido.