DIPARTIMENTO DI INGEGNERIA ELETTRICA ELETTRONICA E
INFORMATICA
Corso di laurea in Ingegneria elettronica
Anno accademico 2016/2017 - 1° anno
FISICA I - canale 3
9 CFU - 2° semestre
Docente titolare dell'insegnamento
ROBERTO BARBERA
Email: [email protected]
Edificio / Indirizzo: Dipartimento di Fisica e Astronomia, Via S. Sofia, 64 - Stanza T19 (piano terra)
Telefono: +390953785504
Orario ricevimento: Venerdì dalle 10:00 alle 13:00 Per essere ricevuti in giorni ed orari differenti,
mandare una mail a [email protected]
OBIETTIVI FORMATIVI
Il corso ha la finalità di fornire conoscenze di base sui fondamenti della Meccanica Classica e della
Termodinamica, nonchè la capacità di sapere applicare il Metodo Scientifico a problemi reali e concreti.
PREREQUISITI RICHIESTI
Seppur nessuna propedeuticià è imposta ufficialmente, è estremamente utile che lo studente abbia
conoscenza degli argomenti di matematica elementare (algebra, geometria, trigonometria) nonché di
quelli tipici del corso di Analisi Matermatica I, con particolare riferimento al calcolo differenziale e
integrale.
FREQUENZA LEZIONI
Seppur non obbligatoria, la frequenza delle lezioni è fortemente consigliata.
CONTENUTI DEL CORSO
Grandezze fisiche e unità di misura. Grandezza fisica e unità di misura. Il Sistema Internazionale (SI).
Grandezze meccaniche e termodinamiche. Questioni dimensionali. Errori di misura e approssimazione.
Notazione scientifica.
Scalari e vettori. Grandezze scalari e vettoriali. Invarianza e simmetria. Algebra dei vettori. Derivate e
integrali di vettori.
Cinematica. Velocità, accelerazione e legge oraria del moto. Moto rettilineo uniforme e uniformemente
accelerato. Moto verticale. Moto armonico semplice. Moti nel piano: moto parabolico. Moto circolare. Moti
nello spazio.
Dinamica del punto materiale. Principio d’inerzia e concetto di forza. Seconda e terza legge di
Newton. Esempi di forze: forza peso, forza di attrito, forza elastica, forza centripeta. Risultante delle
forze: reazioni vincolari ed equilibrio. Impulso e quantità di moto. Sistemi di riferimento. Velocità e
accelerazione relative. Relatività di Galilei.
Lavoro ed energia. Lavoro, potenza ed energia cinetica. Esempi di lavori compiuti da forze. Forze
conservative ed energia potenziale. Forze non conservative. Principio di conservazione dell’energia
meccanica. Relazione tra forza ed energia potenziale. Momento angolare. Momento torcente.
Dinamica dei sistemi di punti materiali. Sistemi di punti. Forze interne e forse esterne. Centro di
massa e sue proprietà. Principio di conservazione della quantità di moto. Principio di conservazione del
momento angolare. Teoremi di König. Teorema dell’energia cinetica.
Dinamica del corpo rigido. Definizione di corpo rigido e sue proprietà. Moto di un corpo rigido.
Rotazioni rigide attorno ad un asse in un sistema di riferimento inerziale. Energia e lavoro rotazionali.
Momento d’inerzia. Teorema di Huygens-Steiner. Moto di puro rotolamento. Leggi di conservazione nel
moto di un corpo rigido.
Oscillazioni e onde. Oscillatore armonico semplice: equazione del moto e sua soluzione. Moto di una
massa collegata ad una molla. Energia dell’oscillatore armonico semplice. Somma di moti armonici in 1 e
2 dimensioni. Oscillatore armonico smorzato e forzato. Risonanza.
Gravitazione. Forze centrali. La legge di Gravitazione Universale. Massa inerziale e massa
gravitazionale. Campo gravitazione e ed energia potenziale gravitazionale. Leggi di Keplero.
Primo Principio della Termodinamica. Sistemi e stati termodinamici. Equilibrio termodinamico e
Principio dell’Equilibrio Termico. Temperatura e termometri. Equivalenza di lavoro e calore: esperimenti
di Joule. Primo Principio della Termodinamica. Energia interna. Trasformazioni termodinamiche.
Calorimetria. Cambiamenti di fase. Trasmissione del calore.
Gas ideali e reali. Leggi dei gas. Equazione di stato dei gas ideali. Trasformazioni di un gas. Lavoro.
Calore specifico ed energia interna di un gas ideale. Studio analitico di alcune trasformazioni. Cenni sulla
fisica dei gas reali. Teoria cinetica dei gas.
Secondo Principio della Termodinamica. Enunciati del Secondo Principio della Termodinamica.
Reversibilità e irreversibilità. Teorema di Carnot. Temperatura termodinamica assoluta. Teorema di
Clausius. Entropia. Il principio di aumento dell’entropia. Energia inutilizzabile.
TESTI DI RIFERIMENTO
1. P. Mazzoldi, M. Nigro e C. Voci, Fisica – Volume I, Seconda Edizione (EdiSES, Napoli, 2003);
2. R. P. Feynman, R. B. Leighton e M. Sands, La Fisica di Feynman – Vol. 1, Parte 1 e Parte 2
(Zanichelli; Bologna, 2007) - per approfondimenti
PROGRAMMAZIONE DEL CORSO
* Argomenti
1
2
3
Grandezze fisiche e unità di misura (4 ore)
* Scalari e vettori (5 ore)
Cinematica (9 ore)
Riferimenti testi
Testo 1 - Appendice B
Testo 1 - Appendice C
Testo 1 - Capitolo 1; Testo 2 - Capitolo 8
4
* Dinamica del punto materiale (12 ore)
Testo 1 - Capitoli 2 e 3; Testo 2 - Capitoli 9 e 12
5
* Lavoro ed energia (6 ore)
Testo 1 - Capitolo 2; Testo 2 - Capitoli 4, 10, 13 e
14
6
* Dinamica dei sistemi di punti materiali (5
ore)
Testo 1 - Capitolo 4; Testo 2 - Capitolo 19
7
* Gravitazione (4 ore)
Testo 1 - Capitolo 5; Testo 2 - Capitolo 7
8
* Dinamica del corpo rigido (6 ore)
Testo 1 - Capitolo 6: Testo 2 - Capitolo 20
9
* Oscillazioni e onde (6 ore)
Testo 1 - Capitolo 9; Testo 2 - Capitoli 21 e 23
10 * Primo Principio della Termodinamica (8 ore)
Testo 1 - Capitolo 10; Testo 2 - Capitolo 44
11
Testo 1 - Capitolo 11; Testo 2 - Capitolo 39
Gas ideali e reali (6 ore)
12 * Secondo Principio della Termodinamica (8
ore)
Testo 1 - Capitolo 12; Testo 2 - Capitoli 45 e 46
* Conoscenze minime irrinunciabili per il superamento dell'esame.
N.B. La conoscenza degli argomenti contrassegnati con l'asterisco è condizione necessaria ma non
sufficiente per il superamento dell'esame. Rispondere in maniera sufficiente o anche più che sufficiente
alle domande su tali argomenti non assicura, pertanto, il superamento dell'esame.
MATERIALE DIDATTICO
Una raccolta di esercizi, molti dei quali assegnati durante le prove scritte d'esame, sarà resa disponibile
sulla pagina del corso sul portale Studium, nella sezione Documenti.
PROVA D'ESAME
MODALITÀ D'ESAME
L'esame finale consiste in una prova scritta seguita da una prova orale. La prova scritta, di durata pari a
2 ore, consiste nella risoluzione, giustificata e commentata in maniera chiara, di 2 problemi di Meccanica
e di 2 problemi di Termodinamica. Alla risoluzione di ogni problema sarà assegnato un punteggio
compreso tra 0/30 e 7.5/30.
Gli/le allievi/e che superano la prova scritta con un punteggio almeno pari a 15/30 possono sostenere la
prova orale che consiste nella trattazione di almeno 3 distinti agomenti del programma, di cui il primo a
scelta dell'allievo/a.
Gli/le allievi/e che avranno superato entrambe le prove in itinere (v. sotto) sono ammessi/e direttamente
alla prova orale.
DATE D'ESAME
http://portalestudente.unict.it
www.dieei.unict.it/ing.informatica
PROVE IN ITINERE
Sono previste due prove in itinere, non obbligatorie, della durata di 1 ora ciascuna,
approssimativamentea metà e alla fine del corso. Le prove consistono, rispettivamente, nella risoluzione
di 2 problemi di Meccanica e di 2 problemi di Termodinamica, il cui livello di difficoltà è simile agli esercizi
svolti in aula e alla risoluzione di ogni problema sarà assegnato un punteggio compreso tra 0/30 e 15/30.
Il superamento delle prove in itinere, con un punteggio almeno pari a 15/30 in ognuna di esse, permette
direttamente la prenotazione alla prova orale.
PROVE DI FINE CORSO
L'esame finale consiste in una prova scritta seguita da una prova orale. La prova scritta, di durata pari a
2 ore, consiste nella risoluzione, giustificata e commentata in maniera chiara, di 2 problemi di Meccanica
e di 2 problemi di Termodinamica. Alla risoluzione di ogni problema sarà assegnato un punteggio
compreso tra 0/30 e 7.5/30.
Gli/le allievi/e che superano la prova scritta, con un punteggio almeno pari a 15/30, possono sostenere la
prova orale che consiste nella trattazione di almeno 3 distinti agomenti del programma, di cui il primo a
scelta del'allievo/a.
Gli/le allievi/e che avranno superato entrambe le prove in itinere sono ammessi/e direttamente alla prova
orale.
ESEMPI DI DOMANDE E/O ESERCIZI FREQUENTI
Le domande poste durante la prova orale d'esame saranno relative esattamente agli argomenti del
programma. Ad esempio: "Mi parli del principio di conservazione dell’energia meccanica" oppure "Mi parli
dell'equilibrio termodinamico e del principio dell’Equilibrio Termico", ecc. Essendo questo il primo anno di
corso tenuto da un nuovo docente, non esiste una statistica di domande più frequenti.
Una raccolta di esercizi, molti dei quali assegnati durante le prove scritte d'esame, sarà altresì resa
disponibile sulla pagina del corso sul portale Studium, nella sezione Documenti.
