Fisica I

Dipartimento di Ingegneria Elettrica, Elettronica e
Informatica
Corso di Laurea in Ingegneria Informatica (L8)
Corso di Laurea in Ingegneria Elettronica (L8)
Anno Accademico 2015/2016
FISICA 1 (O-Z)
Docente titolare dell’insegnamento: Luigi Lo Monaco
Edificio/Indirizzo: Dipartimento di Fisica e Astronomia, Città universitaria
Telefono/Email: 0953785365 / [email protected]
Orario ricevimento: Mercoledì dalle 17 alle 19; altri orari possono essere concordati via posta elettronica.
OBIETTIVI FORMATIVI
Il corso ha la finalità di fornire conoscenze di base sui fondamenti della Meccanica e
della Termodinamica, nonché la capacità di ragionare in modo scientifico e di applicare
modelli e concetti matematici astratti a problemi scientifici reali e concreti
PREREQUISITI
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
TESTI DI RIFERIMENTO
1.
2.
3.
MAZZOLDI, NIGRO, VOCI – Elementi di Fisica: Meccanica, Termodinamica (2a
edizione) – EdiSES
FALCIGLIA – Problemi di Fisica I: meccanica e termodinamica – EdiSES
SERWAY – JEWETT, Fisica per Scienze e Ingegneria (5a edizione) – EdiSES
PROGETTI E/O ELABORATI
Non previsto
PROVE IN ITINERE
Sono previste due prove in itinere, non obbligatorie, della
durata di un' ora ciascuna, approssimativamente a metà e
alla fine del corso. Le prove consistono nella risoluzione di
un problema di Meccanica e di Termodinamica
rispettivamente, il cui livello di difficoltà è simile agli
esercizi svolti in aula. Il superamento delle prove in itinere
permette direttamente la prenotazione alla prova orale
d’esame.
APPELLI
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. 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
PROVA D’ESAME
programma
DATE D’ESAME
MATERIALE DIDATTICO
http://portalestudente.unict.it
www.ing.unict.it
La prenotazione per ogni appello d’esame è obbligatoria
e deve essere fatta esclusivamente via internet dal portale
MODALITÀ DI
PRENOTAZIONE
studenti di Ateneo:
http://portalestudente.unict.it
Slide delle lezioni e testi degli esercizi svolti in aula si trovano sul portale Didattica
Interattiva http://studium.unict.it
PROGRAMMA DEL CORSO
ARGOMENTO
GRANDEZZE FISICHE E VETTORI
Grandezza Fisica e Unità di misura - Equazione dimensionale Errori di misura e Approssimazione - Notazione scientifica Rappresentazione di grandezze fisiche per mezzo di vettori Operazioni sui vettori: somma, differenza, prodotto di un vettore
per uno scalare, prodotto scalare, prodotto vettoriale Componenti di un vettore
CINEMATICA
Velocità, Accelerazione e Legge oraria del moto - Moto rettilineo
uniforme e uniformemente accelerato - Moto nel piano: Moto
parabolico - Cinematica dei moti circolari
DINAMICA DEL PUNTO MATERIALE
Principio di Inerzia e Massa inerziale - Forza: seconda legge di
Newton - Principio di azione e reazione - Leggi della forza: Forza
di Gravitazione Universale, Forza Peso, Forza di Attrito radente,
Forza Elastica - Reazioni vincolari e Tensione dei fili - Diagramma
del corpo libero - Moto circolare: Forza centripeta - Quantità di
moto di una particella e Impulso di una Forza - Momento angolare
e Momento meccanico.
ORE
9
Argomenti aggiuntivi:
Forze centrali - Moto in un campo di forze centrali - Energia
Potenziale Gravitazionale e velocità di fuga - Leggi di Keplero
(cenni)
Programma A.A. 2015-16
Teoria:
Testo 1, appendice B e C
Esercizi svolti:
Testo 2, Esercizi 1-8
9
Teoria:
Testo 1, Capitolo 1 e 2
Esercizi svolti:
Testo 2, Esercizi 1-8
12
Teoria:
Testo 1, Capitolo 3 e 5
Esercizi svolti:
Testo 2, Esercizi 10-13
Argomenti aggiuntivi:
Sistemi di riferimento inerziali: Principio di Invarianza Galileiana,
Trasformazione Galileiana e Legge di composizione delle velocità
- Sistemi di riferimento non inerziali: Forze Fittizie
CONSERVAZIONE DELL’ENERGIA
Lavoro, Energia cinetica e Teorema dell’Energia Cinetica - Forze
conservative ed Energia Potenziale - Calcolo di energia
potenziale - Conservazione dell'energia meccanica - Forze non
conservative
RIFERIMENTI
6
Teoria:
Testo 1, Capitolo 4
Esercizi svolti:
Testo 2, Esercizi 9, 14, 15, 19
Pagina 2 di 4
DINAMICA DEI SISTEMI DI PUNTI MATERIALI
Sistemi di punti. Forze interne e forze esterne - Centro di massa
di un sistema di punti e suo moto - Conservazione della quantità
di moto - Urti tra punti materiali: elastico, anelastico e
completamente anelastico
7
Teoria:
Testo 1, Capitolo 6 e 8
Argomenti aggiuntivi:
Sistemi a massa variabile e propulsione a reazione - Sistema di
riferimento del centro di massa - Momento angolare, Momento
meccanico e Teorema del momento angolare Energia cinetica di
un sistema di punti materiali: Teorema di König
DINAMICA DEL CORPO RIGIDO
Esercizi svolti:
Testo 2, Esercizi 20, 21
7
Argomenti aggiuntivi:
Moto di un corpo rigido - Rotazioni rigide attorno ad un asse fisso
in un sistema di riferimento inerziale - Momento di inerzia rispetto
ad un asse fisso - Teorema di Huygens-Steiner - Moto
rototraslatorio e Moto di puro rotolamento.
OSCILLAZIONI
Oscillatore armonico semplice: equazione del moto e soluzione Moto di una massa collegata ad una molla - Energia cinetica e
potenziale nei moti armonici semplici - Oscillatore armonico
smorzato da una forza viscosa: smorzamento debole
Esercizi svolti:
Testo 2, Esercizi 22-37
7
Teoria:
Testo 1, Capitolo 10
Esercizi svolti:
Testo 2, Esercizi 16-18
Argomenti aggiuntivi:
Pendolo semplice - Pendolo fisico - Oscillatore armonico
smorzato da una forza viscosa: smorzamento forte e critico Oscillatore armonico forzato e Risonanza
PRIMO PRINCIPO DELLA TERMODINAMICA
Equilibrio termico, Principio Zero e Temperatura - Misura della
temperatura: termometro a gas perfetto e temperatura Kelvin Calore, Capacità termica, Calori specifici e Calori latenti Equivalente meccanico del calore: esperimento di Joule - Sistemi
e stati termodinamici - Coordinate termodinamiche e Equilibrio
termodinamico - Sistemi pVT ed Equazione di stato - Equazione
di stato dei gas perfetti - Trasformazioni termodinamiche - 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
Teoria:
Testo 1, Capitolo 7
12
Teoria:
Testo 1, Capitolo 12 e 13
Esercizi svolti:
Testo 2, Esercizi 41, 42
Argomenti aggiuntivi:
Espansione libera di Joule - Relazione di Mayer - Adiabatica
reversibile di un gas perfetto
SECONDO PRINCIPIO DELLA TERMODINAMICA ED
ENTROPIA
Macchine termiche e Macchine frigorifere - Enunciato di Kelvin
Planck del secondo principio della termodinamica - Enunciato di
Clausius del secondo principio della termodinamica - Equivalenza
dei due enunciati del secondo principio della termodinamica Reversibilità e irreversibilità: Ciclo di Carnot, Macchina di Carnot Teorema di Clausius ed Entropia - Il principio di aumento
dell’Entropia - Entropia di un gas ideale
10
Teoria:
Testo 1, Capitolo 14
Esercizi svolti:
Testo 2, Esercizi 43-61
Argomenti aggiuntivi:
Teorema di Carnot - Temperatura termodinamica assoluta Entropia ed energia inutilizzabile – Classi energetiche
Programma A.A. 2015-16
Pagina 3 di 4
COMPETENZE MINIME NECESSARIE AL SUPERAMENTO DELL’ESAME
Acquisizione di concetti e tecniche matematiche che saranno utilizzati in tutto il corso.
Capacità di descrivere il moto usando i concetti di spazio e tempo indipendentemente dalle cause del moto.
Capacità di descrivere il cambiamento del moto dei punti materiali utilizzando i concetti di forza e massa.
Capacità di applicare le leggi del moto di Newton a problemi fisici della vita quotidiana.
Comprensione del concetto di Energia e di trasferimento di energia. Capacità di applicare il concetto di energia
alla dinamica di un sistema meccanico senza ricorrere alle leggi di Newton.
Comprensione dei fenomeni di urto e loro analisi utilizzando le leggi di conservazione.
Comprensione dei moti periodici ed in particolare del moto armonico semplice quale modello di analisi per una
vasta classe di fenomeni oscillanti.
Comprensione e analisi delle trasformazioni fisiche e chimiche della materia, in tutti i suoi stati di aggregazione,
legati al trasferimento di energia tra un sistema e l’ambiente circostante. Capacità di applicare il principio di
conservazione dell’energia come legge universale della natura. Concetto di gas perfetto e sue proprietà.
Comprensione dei trasferimenti di energia che possono avvenire spontaneamente. Modellizzazione delle
trasformazioni utilizzando i concetti di trasformazioni reversibili e irreversibili. Uso del calcolo della variazione
della funzione Entropia.
ESEMPI E MODELLI DI DOMANDE E/O ESERCIZI
Testi degli esercizi oggetti delle prove d’esame sono consultabili sul portale Didattica Interattiva
http://studium.unict.it
Programma A.A. 2015-16
Pagina 4 di 4