PHYSICS 1

Anno accademico 2019/2020 - 1° anno - Curriculum Mechatronics Engineering (erogato in Egitto)
Docente: Antonio Terrasi
Crediti: 9
SSD: FIS/01 - Fisica sperimentale
Organizzazione didattica: 225 ore d'impegno totale, 138 di studio individuale, 42 di lezione frontale, 45 di esercitazione
Semestre:
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Obiettivi formativi

Obiettivi formativi

Lo studente acquisirà le nozioni fondamentali per la comprensione della meccanica classica, dei fenomeni ondulatori, della meccanica dei fluidi, di fenomeni termici in fluidi e solidi. Inoltre, mediante esercizi e problemi da risolvere in aula e a casa, lo studente sarà abituato alla risoluzione di problemi concreti. Lo studente che avrà acquisito gli argomenti e le metodologie del corso, sarà in grado di affrontare e risolvere problematiche di vario genere tramite un approccio logico-scientifico.

In particolare, il corso si propone i seguenti obiettivi:

Conoscenza e capacità di comprensione (knowledge and understanding): lo studente sarà introdotto alla conoscenza di base delle leggi della fisica classica (meccanica, fluidi e termodinamica) . Lo studente svilupperà la capacità di comprensione dei fenomeni fisici più importanti legati al programma del corso.

Capacità di applicare conoscenza e comprensione (applying knowledge and understanding): lo studente sarà avviato ad una applicazione in ambiti pratici delle conoscenze acquisite, con continui esempi di fisica applicata per la comprensione del mondo reale.

Autonomia di giudizio (making judgements): lo studente verrà indotto ad una analisi critica del livello di conoscenza acquisito, spingendolo ad una autovalutazione delle proprie conoscenze e capacità, cercando di sviluppare un’autonomia di giudizio sugli obiettivi raggiunti.

Abilità comunicative (communication skills): L’interazione con il docente e con i colleghi saranno stimolate per incrementare le capacità comunicative degli studenti.


Modalità di svolgimento dell'insegnamento

Lezioni di teoria e risoluzioni di esrcizi e problemi in aula. Prove in Itinere. Esame finale basato su prova scritta e prova orale.


Frequenza lezioni

fortemente raccomandata


Contenuti del corso

N.B. Tutti gli argomenti possono essere trovati e studiati in modo equivalente sui libri di testo consigliati. La scansione temporale coincide con l’elencazione dell’argomento come indicato nel programma. Gli argomenti irrinunciabili sono sottolineati

 

Cenni di teoria della misura. Strumenti di misura: sensibilità, precisione, accuratezza. Distribuzione di Gauss. Propagazione degli errori di misura. Grandezze fisiche, campioni di riferimento e unità di misura. Sistema Internazionale. Analisi dimensionale e conversione di unità di misura. Richiami di analisi vettoriale. Richiami di cinematica del punto materiale: moto rettilineo con accelerazione costante, moto rettilineo uniforme, moto rettilineo uniformemente accelerato, moto circolare uniforme e cinematica del moto armonico semplice. Richiami di dinamica del punto materiale: primo principio della dinamica, definizione di quantità di moto e sua conservazione per sistemi isolati, secondo principio della dinamica, terzo principio della dinamica, pressione, relazione tra forza ed impulso, tensione esercitata da una fune, forza di attrito statica e cinetica, dinamica del moto armonico semplice, sistema massa-molla, pendolo semplice. Definizione di momento angolare di un punto materiale e momento di una forza. Definizione di lavoro di una forza e di potenza. Energia cinetica e potenziale. Relazione fra energia e lavoro. Forze conservative e principio di conservazione dell’energia meccanica. Definizione di funzione energia potenziale. Teoria degli urti, collisioni dirette e oblique, urti elastici e anelastici. Sistemi di punti materiali: definizione di centro di massa, proprietà del centro di massa e suo moto. Rotazioni di un corpo rigido attorno a un asse fisso: momento d’inerzia. Fenomeni oscillatori: sistemi oscillanti, l’oscillatore armonico, moto armonico semplice e sua correlazione con il moto circolare uniforme, moto armonico smorzato, oscillazioni forzate e risonanza. Fenomeni ondulatori; onde meccaniche, classificazione delle onde, onde in moto, propagazione lungo una corda tesa, equazione delle onde, energia, principio di sovrapposizione, analisi di Fourier, Interferenza, onde stazionarie, risonanza. Onde acustiche, velocità del suono, potenza e intensità, battimenti, effetto Doppler. Meccanica dei fluidi: definizione e classificazione dei fluidi, statica dei fluidi, pressione di un fluido, fluidi in quiete soggetti a gravità: legge di Stevino, spinta di Archimede, tensione superficiale e capillarità. Dinamica dei fluidi ideali in moto stazionario, definizione di linea e di tubo di flusso, teorema di Bernoulli, teorema di Torricelli e tubo di Venturi, fuidi reali, regime vorticoso, legge di Stokes. Introduzione alla termodinamica: principio zero della termodinamica, definizione di temperatura e scelta della scala termometrica, termometro a volume costante, scala Celsius e Kelvin.

Teoria cinetica dei gas perfetti, proprietà molecolari dei gas, libero cammino medio, descrizione microscopica della pressione, distribuzione delle velocità molecolari dei gas, forze intermolecolari, teorema di equipartizione dell’energia. Leggi di Boyle-Mariotte, Charles e Gay-Lussac, equazione di stato del gas perfetto. Lavoro di trasformazioni termodinamiche, calore, energia interna, primo principio della termodinamica, trasferimento del calore, capacità termica, capacità termica specifica a pressione o volume costante, relazione di Mayer per gas perfetti, calori latenti. Dilatazione termica. Calore trasferito in trasformazioni termodinamiche qualsiasi per un gas perfetto, trasformazioni adiabatiche, trasformazioni cicliche e definizione di rendimento o coefficiente di prestazione, ciclo di Carnot ideale. Secondo principio della termodinamica: postulati di Kelvin-Planck e di Clausius e loro equivalenza. Teorema di Carnot e macchine reali, teorema e diseguaglianza di Clausius, definizione di entropia e sue proprietà, variazione di entropia dell’universo, gas reali e potenziali termodinamici.


Testi di riferimento

1. D. Halliday, R. Resnick, K. S. Krane: Fisica 1, CEA Milano

2. Jearl Walker: Halliday-Resnick Fondamenti di Fisica (Meccanica, Onde, Termodinamica), CEA Milano

3. P. Mazzoldi, M. Nigro, C. Voci: Fisica, Vol. 1, EdiSES Napoli

4. Serway, Beichner Fisica per Scienze e Ingegneria vol. 1, EdiSES Napoli

5. Gianni Vannini: Gettys Fisica 1 Meccanica e Termodinamica, Mc Graw Hill

6. P.A. Tipler, G. Mosca, Corso di Fisica, Vol.1 Meccanica - oNDE - Termodinamica, Zanichelli



Programmazione del corso

 ArgomentiRiferimenti testi
1Il metodo sperimentale, misure, sistema internazionaleCAP 1, D. Halliday, R. Resnick, K. S. Krane: Fisica 1 
2Vettori e loro proprietàCAP 2, D. Halliday, R. Resnick, K. S. Krane: Fisica 1 
3Cinematica del punto materiale: moti rettilineiCAP 2, D. Halliday, R. Resnick, K. S. Krane: Fisica 1 
4Cinematica del punto materiale: moti curvilinei CAP 4, D. Halliday, R. Resnick, K. S. Krane: Fisica 1 
5Dinamica del punto materiale: leggi di NewtonCAP 3, D. Halliday, R. Resnick, K. S. Krane: Fisica 1 
6Dinamica dei sistemi estesi: centro di massaCAP 7, D. Halliday, R. Resnick, K. S. Krane: Fisica 1 
7Forze di attritoCAP 5, D. Halliday, R. Resnick, K. S. Krane: Fisica 1 
8EnergiaCAP 11, 12, 13, D. Halliday, R. Resnick, K. S. Krane: Fisica 1 
9Leggi di conservazioneCAP 6, 13, D. Halliday, R. Resnick, K. S. Krane: Fisica 1 
10Momento di InerziaCAP 8, D. Halliday, R. Resnick, K. S. Krane: Fisica 1 
11Momento angolareCAP 8, D. Halliday, R. Resnick, K. S. Krane: Fisica 1 
12UrtiCAP 6, D. Halliday, R. Resnick, K. S. Krane: Fisica 1 
13Temperatura, scale di temperatura, termometri, Dilatazione termica, gas perfettoCAP 21, D. Halliday, R. Resnick, K. S. Krane: Fisica 1 
14Proprietà molecolari dei gas, natura atomica della materia, descrizione microscopica della pressioneCAP 22, D. Halliday, R. Resnick, K. S. Krane: Fisica 1 
15Libero cammino medio, distribuzione delle velocità molecolari, caos molecolareCAP 22, D. Halliday, R. Resnick, K. S. Krane: Fisica 1 
16Primo principio della termodinamica, variabili termodinamicheCAP 23, D. Halliday, R. Resnick, K. S. Krane: Fisica 1 
17Calore e trasmissione del caloreCAP 23, D. Halliday, R. Resnick, K. S. Krane: Fisica 1 
18Prima legge della termodinamica, Capacità termica e calore specificoCAP 23, D. Halliday, R. Resnick, K. S. Krane: Fisica 1 
19Lavoro ed energia interna di gas idealeCAP 23, D. Halliday, R. Resnick, K. S. Krane: Fisica 1 
20Trasformazioni termodinamiche: isobare, isoterme, isocore, adiabatiche. CAP 22, 23, D. Halliday, R. Resnick, K. S. Krane: Fisica 1 
21Seconda legge della termodinamica, trasformazioni reversibili e irreversibili CAP 23, D. Halliday, R. Resnick, K. S. Krane: Fisica 1 
22Entropia e variazione di entropia CAP 23, D. Halliday, R. Resnick, K. S. Krane: Fisica 1 
23Enunciati della seconda legge della termodinamica CAP 23, D. Halliday, R. Resnick, K. S. Krane: Fisica 1 
24Cicli termodinamici e rendimentoCAP 23, D. Halliday, R. Resnick, K. S. Krane: Fisica 1 
25Macchina termiche e frigorifere, Ciclo e macchina di Carnot CAP 23, D. Halliday, R. Resnick, K. S. Krane: Fisica 1 
26Fluidi, Statica dei fluidiCAP 15, D. Halliday, R. Resnick, K. S. Krane: Fisica 1 
27Pressione e massa volumicaCAP 15, D. Halliday, R. Resnick, K. S. Krane: Fisica 1 
28Principio di Pascal e legge di Archimede, Legge di StevinoCAP 15, D. Halliday, R. Resnick, K. S. Krane: Fisica 1 
29Dinamica dei fluidi, Fluidi ideali e realiCAP 16, D. Halliday, R. Resnick, K. S. Krane: Fisica 1 
30Linee di flusso ed equazione di continuità, Teorema di Bernoulli e sue applicazioni, Portanza, Regimi vorticosi, Visocsità, legge di Stokes, Tensione superficiale e capillaritàCAP 16, D. Halliday, R. Resnick, K. S. Krane: Fisica 1 

Verifica dell'apprendimento

Modalità di verifica dell'apprendimento

Prove in itinere, prova scritta con risoluzione di almeno la metà degli esercizi proposti seguito da colloquio circa una settimana dopo per chi supera la prova scritta. Il superamento della prova scritta vale per entrambi gli appelli della sessione.


Esempi di domande e/o esercizi frequenti

Una domanda sulla meccanica

Una domanda sui fluidi

Una domanda sulla termodinamica