G.Albertini - Programma di Fisica Generale I Ing. Informatica e dell

Universita' Politecnica delle Marche
G.Albertini - Programma di Fisica Generale I
Ing. Informatica e dell’Automazione Laurea di primo livello
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INTRODUZIONE
Il metodo scientifico.Le fasi del metodo Galileiano. Misura. Definizione operativa.
Grandezze fondamentali e derivate. Unita' di misura. Il sistema metrico internazionale (SI). Prefissi
e ordini di grandezza. Dimensioni di una grandezza fisica, principio di omogeneita'.
Errori. Errore sistematico, errore casuale/statistico; errore strumentale. Errore assoluto, relativo,
percentuale. Cifre significative. Trattamento statistico dei dati: media, varianza, deviazione standard
e loro stime nella distribuzione.delle misure e delle medie. Cenni sulla distribuzione gaussiana.
Propagazione degli errori; errore massimo e probabile. Errori sui grafici. Verifica di una relazione
entro gli errori sperimentali.
Trigonometria. Misura dell'angolo in gradi e in radianti. Nozioni fondamentali di trigonometria.
Coordinate cartesiane. Angolo solido.
Vettori, versori. Somma, differenza fra vettori; prodotto di uno scalare per un vettore; prodotto
scalare, prodotto vettoriale. Componenti cartesiane e vettori componenti. Scomposizione di un
vettore secondo direzioni date.
Momento di un vettore rispetto a un polo, momento di una coppia.
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MECCANICA DEL PUNTO MATERIALE.
 Cinematica
Vettore posizione. Vettore spostamento. Velocita' media, velocita' istantanea. Accelerazione media,
accelerazione istantanea. Componenti cartesiane della velocita' e dell'accelerazione; scomposizione
dei moti. Accelerazione tangenziale, accelerazione centripeta. L'ascissa curvilinea.
Equazioni di alcuni moti particolari: rettilineo uniforme, rettilineo uniformemente vario, circolare
uniforme, oscillatorio armonico.
Moti relativi (approssimazione classica). Velocita' relativa, assoluta, di trascinamento.
 Dinamica
- Forze reali: I legge di Newton (principio d'inerzia). Sistemi inerziali.
II legge di Newton (f=m a). Forza, misura dinamica e misura statica della forza.. Massa. Massa
relativistica. Massa e peso. kg peso e Newton. Densita'. Sistemi isolati e sistemi in equilibrio. III
legge di Newton (azione e reazione). Forza peso (g=cost), cenno al caso generale; Forze vincolari;
Forza elastica, costante elastica, frequenza di oscillazione. Attrito statico e dinamico. Tensione di
una corda.
- Forze apparenti: Sistemi di riferimento inerziali e non inerziali Forze apparenti: forza d'inerzia,
forza centrifuga, forza di Coriolis, forza dovuta all'accelerazione angolare. Derivazione formale
delle forze apparenti dai vettori posizione, velocita', accelerazione
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ENERGIA E QUANTITA' DI MOTO.
 Quantita' di moto, impulso.
Quantita' di moto di una particella e di un sistema. Impulso di una forza; forza media
Conservazione della quantita'di moto.
 Lavoro, energia
Lavoro di una forza. Lavoro di una coppia (solo risultato). Energia cinetica. Lavoro e variazione di
energia cinetica (=teorema dell'energia cinetica). Lavoro di piu' forze. Potenza; relazione fra
potenza, forza e velocita'.
Forze conservative, circuitazione delle forze conservative. Energia potenziale; arbitrarieta' del punto
di riferimento. Superfici equipotenziali. Forza e gradiente dell'energia potenziale Conservazione
dell'energia totale meccanica. Buca di potenziale. Barriere di potenziale, punti di inversione.
Sistemi legati; energia di legame.
Energia potenziale gravitazionale a g= cost; energia potenziale elastica. Addittivita' dell'energia
potenziale.
Forze non conservative; lavoro delle forze non conservative e variazione dell'energia totale. Massa
ed energia. Energia a riposo ed energia relativistica. Energia cinetica classica e relativistica
Equilibrio stabile, instabile, indifferente; e andamento dell'energia potenziale.
 Urti e decadimenti
Urto elastico, anelastico, completamente anelastico. Urto centrale elastico. Forze impulsive e non
impulsive
 Energia termica
Trasformazione di energia meccanica in energia termica; capacita' termica, calore specifico, calore
molare. Temperatura ed energia cinetica molecolare (solo risultati); gradi di liberta' di una
molecola, energia e calore molare (solo risultati).
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MECCANICA ROTAZIONALE
(Cinematica): vettore velocita' angolare; accelerazione angolare; periodo, frequenza. Relazioni fra
cinematica lineare e cinematica rotazionale
(Dinamica): Momento meccanico e momento angolare. Momento d'inerzia - Teorema di Steiner
(=teorema degli assi paralleli). Momento angolare e velocita' angolare per corpi rigidi simmetrici e
non. Energia cinetica rotazionale - Moto simultaneamente rotatorio e traslatorio d'un corpo rigido.
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SISTEMI DI PARTICELLE
Centro di massa. Posizione, velocita', quantita' di moto e accelerazione del centro di massa. Effetto
delle forze esterne e interne. Energia cinetica e momento angolare del sistema, del centro di massa,
rispetto al centro di massa. CM di sistema formato da piu' sottosistemi
Equazioni cardinali della dinamica dei sistemi. Terzo principio della dinamica e momento delle
forze interne, forze newtoniane in senso stretto. Sistemi vincolati a ruotare attorno ad un asse.
Precessione di un giroscopio (=trottola) con e senza attrito. Pendolo fisico; equivalente pendolo
semplice. Raggio di girazione
Coservazione della quantita' di moto.
Conservazione del momento angolare. Assi liberi di rotazione (o assi principali d`inerzia).
Sistemi di forze. Sistemi equivalenti. Riduzione di un sistema a una forza applicata piu' una coppia.
Centro delle forze parallele. Centro di gravita' (o baricentro) e centro di massa. Determinazione
sperimentale del centro di gravita'.
Equilibrio dei corpi rigidi
Equilibrio dei corpi rigidi, condizioni sulle forze e sui momenti meccanici. Indipendenza dal polo.
Base di appoggio ed equilibrio dei corpi rigidi.
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FLUIDI
 Caratteristiche generali
Caratteristiche generali dei fluidi; fluidi comprimibili ed incomprimibili. Forze di volume, forze di
superficie; sforzi normali, sforzi di taglio; pressione.
 Idrostatica
Definizione di equilibrio idrostatico. Equazioni fondamentali dell'idrostatica (in forma scalare e
vettoriale): relazione fra gradiente di pressione e forza di volume specifica (conservativa e non).
Isotropia della pressione. Superfici isobariche ed equipotenziali. Pressione idrostatica e legge di
Stevino. Principio di Pascal.. Spinta di Archimede, centro di spinta.
La pressione atmosferica. Relazioni fra le diverse unita' di misura della pressione (Pa, atm, torr o
mmHg, bar e mbar, kg/cm2).
Vasi comunicanti; caso con liquidi non miscibili a differente densita', forma della superficie di
separazione. Torchio Idraulico. Barometro a mercurio.
Idrostatica in sistemi non inerziali (acc. lineare costante./ velocita' angolare costante).
 Idrodinamica
Impostazione Lagrangiana, impostazione Euleriana. Moto stazionario. Linee di corrente. Linee di
flusso, tubo di flusso, filetto elementare. Flusso (o portata ) di massa e di volume.
Teorema di Bernoulli. Teorema di Torricelli. Spinta idrodinamica (portanza). Tubo di Pitot. Sifone.
Coefficiente d'attrito interno o viscosita'. Gradiente di velocita' e viscosita'; profilo di velocita'.
Legge di Poiseuille. Resistenza di un condotto.
Attrito nel mezzo; formula empirica di Newton; legge di Stokes.
Moto laminare e turbolento. Cenni sul numero di Reynolds.
 Tensione superficiale
Tensione superficiale. Energia di superficie. Forma assunta da un liquido al variare del volume.
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TERMOLOGIA E TERMODINAMICA
. Temperatura
Temperatura ed equilibrio termico,.Principio zero della termodinamica. Misura della temperatura.
Termometri. Scale di temperatura.
 Calore
Calore e lavoro meccanico. Temperatura d'equilibrio. Propagazione del calore per conduzione,
convezione ed irraggiamento. Corpo nero, grigio, assorbente, riflettente e relative leggi
fondamentali
· Primo Principio della Termodinamica
Sistemi Termodinamici. Stati d'Equilibrio Termodinamico. Trasformazioni termodinamiche.
Energia Interna. Lavoro termodinamico. Trasformazioni quasi-statiche e non quasi-statiche
Lavoro termodinamico e calore. Primo Principio della Termodinamica. Trasformazioni cicliche.
Entalpia. Esempi di Sistemi Termodinamici e loro Trasformazioni Come realizzare le
trasformazioni fondamentali. Controllo della temperatura, della pressione, del volume e del calore
scambiato
· Gas Perfetto
Evidenza sperimentale. Espansione libera di un gas perfetto (Esperimento di Joule). Teoria Cinetica
Principio di equipartizione dell'energia. Miscele di Gas Perfetti.
Alcune trasformazione del gas perfetto: isotermica reversibile; isocora reversibile; isobarica
reversibile; adiabatica reversibile. Calori molari a volume costante e a pressione costante dei gas
perfetti. Trasformazioni politropiche. Trasformazioni adiabatiche reversibili ed irreversibili.
Distribuzione Maxwelliana delle velocità
· Gas Reali
Equazione di van der Waals. Isoterme di Andrews. Espansione libera di un gas reale.
· Altri sistemi
Entalpia di transizione. Temperatura di Debye e legge di Dulong Petit. Evaporazione e distribuzione
delle velocità