Programma - INFN Torino

PROGRAMMA DEL CORSO DI ONDE, FLUIDI, TERMODINAMICA
(prof. R.Garfagnini)
A.A.2003/2004
FENOMENI PERIODICI E PROPAGAZIONE DEL MOTO PER ONDE
Moto armonico.
Moto oscillatorio smorzato.
Moto forzato. Fenomeno della risonanza.
Perturbazioni e loro propagazione. Propagazione di un impulso lungo una sbarra metallica.
Propagazione delle perturbazioni meccaniche.
Rappresentazione analitica della propagazione.
Onde trasversali.
Equazione di d'Alembert. Discussione sul tipo di soluzioni della equazione di d'Alembert. Velocità
di propagazione della perturbazione. Lunghezza d'onda.
Onde longitudinali.
Equazione di d'Alembert e relazione tra onda di pressione e onda di spostamento. Variazione di
pressione nel mezzo in cui si propaga un'onda longitudinale. Onde sonore, e velocità del suono
nell'aria a NTP.
Energia trasmessa per onde. Assorbimento dell'onda.
Sovrapposizione di onde. Interferenza di onde. Coerenza. Riflessione delle onde. Onde stazionarie.
Corda vibrante tesa ad entrambi gli estremi. Vibrazioni di membrane e lastre. Onde stazionarie in
una colonna d'aria. Battimenti. Combinazioni di toni. Onde sonore , l'orecchio, e l'udito.
Trasporto di energia sonora. Livello di intensità sonora. Il decibel. Il suono e la scala temperata o
cromatica. La musica.
Fenomeno della dispersione. Velocità di gruppo e velocità di fase.
Effetto Doppler. Trasformazione della fase in relatività ristretta.
MECCANICA DEI LIQUIDI
Fluidodinamica.
Idrostatica. Pressione. Misuratori di pressione. Barometro a mercurio. Principio di Pascal. Pressa
idraulica. Legge di Stevino. Principio di Archimede. Stabilita' di un corpo galleggiante. Equazione
barometrica. Il paradosso idrostatico. Forze di pressione contro una diga. Funzionamento di un
sifone.
Idrodinamica dei fluidi ideali, e dei fluidi reali. Moto stazionario.
Moto dei fluidi ideali. Equazione o teorema di Bernouilli. Applicazioni del teorema di Bernouilli.
La portata di un condotto. Tubo di venturi. Teorema di Torricelli. Tubo di Pitot. Effetto Magnus.
Sostentamento dell'ala di un aereo.
Moto dei fluidi reali.
Regime laminare o di Poiseuille. Viscosità. Legge di Poiseuille.
Regime vorticoso o turbolento o di Venturi. Perdita di carico in un condotto.
Numero di Reynolds.
Moto di un corpo in un fluido. Resistenza dei fluidi al moto di corpi immersi. Resistenza di scia.
Coefficiente C di resistenza.
Liquido pesante in rotazione. Superficie equipotenziale.
Equazioni di Euler della idrodinamica e della idrostatica. Punto di vista euleriano, e punto di vista
lagrangiano.
1
Fluidi non newtoniani. Fluidi polimerici.
Cenni di :
Fisica delle superfici.
Fenomeni molecolari nei liquidi. Capillarità.
Angolo di contatto. Adesione. Coesione.
Tensione superficiale. Eccesso di tensione nelle bolle. Formazione delle bolle.
TERMODINAMICA
Termologia.
Equazione di stato dei gas. Coefficienti termometrici.
Equilibrio termico e postulato 0 della termodinamica.
Termometria. Termometro a gas perfetto e scala assoluta delle temperature. Termometri d'uso
pratico.
Scala internazionale (SI) delle temperatura.
Gas perfetti, e gas reali.
Equazione di stato dei gas perfetti. Equazione di stato dei gas reali. Equazione di stato di Van der
Waals. Cambiamento di fase. Punto critico. Equazione degli stati corrispondenti.
CALORIMETRIA E PROPAGAZIONE DEL CALORE
Quantità di calore. Calorimetri. Calorimetro di Bunsen.
Capacita' termica. Calori specifici, e loro misurazione. Caloria. Calori latenti nei cambiamenti di
fase. Conduzione interna. Conduzione esterna.
Irraggiamento (cenni).
I PRINCIPIO DELLA TERMODINAMICA
Sistema termodinamico. Trasformazioni termodinamiche. Calore e lavoro. Equivalenza tra calore e
lavoro. L'esperimento di Joule. L'equivalente meccanico della caloria. Il lavoro nelle trasformazioni
termodinamiche fatto dal sistema o sul sistema. Il calore nelle trasformazioni termodinamiche
ceduto al sistema o dal sistema. Il calore infinitesimo non e' in generale un differenziale esatto. Il
lavoro infinitesimo non e' in generale un differenziale esatto.
Formulazione differenziale ed integrale del I principio della termodinamica e definizione della
funzione di stato, detta energia interna, del sistema. Energia interna di un gas perfetto. Relazione di
Mayer.
Impossibilita' del moto perpetuo di prima specie. Applicazioni del primo principio della
termodinamica.
II PRINCIPIO DELLA TERMODINAMICA
Le macchine termiche ed il loro rendimento. Il ciclo di Carnot.
Scala termodinamica delle temperature. Variazione della entropia nel ciclo di Carnot.
Le trasformazioni di calore in lavoro, e di lavoro in calore.
Considerazioni sulla irreversibilità naturale dei fenomeni.
2
Il postulato di Clausius ed il postulato di Kelvin. Loro reciproca violazione e implicazione.
La diseguaglianza di Clausius. Conseguenze e formulazione del secondo principio della
termodinamica. Impossibilita' del moto perpetuo di seconda specie. Impossibilita' di ottenere
rendimenti unitari, e/o di raggiungere lo zero assoluto.
Formulazione di una funzione di stato del sistema detta Entropia. Sua misurabilità con
trasformazioni reversibili.
Entropia ed irreversibilità.
L'entropia e la formulazione del II principio per un sistema isolato.
Macchine termiche e macchine frigorifere.
Cicli simmetrici dei gas: di Carnot, di Stirling, di Ericsson, di Otto-Beau de Rochas, di Joule o di
Brayton, di Clapeyron.
Cicli non simmetrici: di Diesel, di Holtzwart o di Sargent.
Cicli a tre trasformazioni: di Lenoir.
Cicli a cinque trasformazioni: di Sabathé.
Cicli dei vapori: di Carnot, di Rankine, di Hirn.
Espressioni dell'entropia. Teorema di Carnot e rendimento di una macchina reale.
Applicazioni del IIo principio della termodinamica.
Energia interna dei gas reali. Equazione di Mayer generalizzata.
Cambiamento di stato ed equazione o teorema di Clapeyron.
Temperature Kelvin negative.
Equazioni TdS.
Potenziali termodinamici. Relazioni termodinamiche di Maxwell.
III PRINCIPIO DELLA TERMODINAMICA
Significato probabilistico del II principio. Punto di vista microscopico e termodinamica statistica. I
calori specifici allo zero assoluto.
La formulazione di Nerst del III principio della termodinamica.
Macrostati e microstati.
Il teorema H di Boltzman
Cenni di:
Teoria cinetica dei gas.
Distribuzione maxwelliana delle velocità molecolari.
Torino, aprile 2004
3