FACOLTÀ Ingegneria ANNO ACCADEMICO 2013

FACOLTÀ
ANNO ACCADEMICO
CORSO DI LAUREA
INSEGNAMENTO
TIPO DI ATTIVITÀ
AMBITO DISCIPLINARE
CODICE INSEGNAMENTO
ARTICOLAZIONE IN MODULI
NUMERO MODULI
SETTORI SCIENTIFICO DISCIPLINARI
DOCENTE RESPONSABILE
CFU
NUMERO DI ORE RISERVATE ALLO
STUDIO PERSONALE
NUMERO DI ORE RISERVATE ALLE
ATTIVITÀ DIDATTICHE ASSISTITE
PROPEDEUTICITÀ
ANNO DI CORSO
SEDE DI SVOLGIMENTO DELLE
LEZIONI
ORGANIZZAZIONE DELLA DIDATTICA
MODALITÀ DI FREQUENZA
METODI DI VALUTAZIONE
TIPO DI VALUTAZIONE
PERIODO DELLE LEZIONI
CALENDARIO DELLE ATTIVITÀ
DIDATTICHE
ORARIO DI RICEVIMENTO DEGLI
STUDENTI
Ingegneria
2013-2014
Ingegneria dell’Energia
FISICA 1
Di base
Fisica e chimica
15540
no
1
FIS/03
Alfonso Mangione
Docente a contratto
9
144
81
Nessuna
Primo
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Lezioni frontali ed esercitazioni in aula
Facoltativa
Prova scritta e prova orale
Voto in trentesimi
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Da definire
RISULTATI DI APPRENDIMENTO ATTESI
Conoscenza e capacità di comprensione
Lo studente al termine del Corso acquisirà conoscenza delle problematiche riguardanti la
costruzione di un modello fisico per la descrizione dei fenomeni naturali attraverso
schematizzazione, osservazione, previsione e verifica sperimentale; avrà acquisito i concetti di
grandezza fisica, di equazione del moto e il significato delle variabili cinematiche; avrà acquisito
dimestichezza con le leggi fondamentali della meccanica e la loro applicazione ad alcuni tipi di
forza come gli attriti le forze gravitazionali, le forze di richiamo, l’azione di vincoli e tensioni
agenti su un sistema; avrà compreso l’importanza dei principî di conservazione dell'energia
meccanica, della quantità di moto e del momento angolare e la loro utilità nella risoluzione di
un’ampia classe di problemi; avrà inoltre studiato e fatto propri i principî e le leggi della statica e
della dinamica dei fluidi.
Lo studente avrà infine acquisito conoscenze riguardanti la termodinamica, i suoi principî, le
trasformazioni termodinamiche e i concetti di energia interna di un gas, lavoro, calore ed entropia.
In particolare, lo studente sarà in grado di comprendere problematiche inerenti alla trasformazione
del calore in lavoro, al rendimento di un ciclo termodinamico e alla variazione di entropia,
distinguendo tra trasformazioni reversibili e irreversibili.
Capacità di applicare conoscenza e comprensione
Lo studente saprà individuare le variabili e le incognite necessarie alla costruzione di un modello
fisico; affinerà inoltre le capacità di utilizzo dei principî e delle leggi della Fisica con applicazioni a
situazioni concrete; sarà in grado di risolvere esercizi e problemi di Meccanica e Termodinamica
facendo eventualmente ricorso ai principî di conservazione; saprà individuare e calcolare le forze e
i momenti presenti in un sistema meccanico e, anche con l’ ausilio degli strumenti di analisi
matematica, scrivere e risolvere le equazioni del moto. Sarà infine in grado di analizzare semplici
problemi legati ai moti periodici ed a sistemi posti in oscillazione; sarà infine in grado di ottenere,
in varie trasformazioni termodinamiche e in particolare in quelle cicliche, il valore delle grandezze
coinvolte (lavoro, calore, energia interna ed entropia) e/o delle loro variazioni.
Autonomia di giudizio
Lo studente sarà in grado di stabilire se in un dato problema va utilizzata un approccio “dinamico”
(analisi del sistema in termini di forze e momenti torcenti) o, diversamente, un approccio
“energetico” (analisi del sistema attraverso l’applicazione del principio di conservazione
dell’energia meccanica), valutando se, a seconda del caso in esame, possano essere applicati altri
principî di conservazione (quantità di moto e momento angolare); sul moto in condizioni di attrito,
valutando come le forze dissipative, solitamente presenti in natura, possano far variare la
“percezione” e il significato dei principî della dinamica quando si considerano sistemi reali.
Lo studente, risolvendo esercizi e problemi di Termodinamica, saprà interpretare il significato dei
valori calcolati per le grandezze coinvolte, mettendole in relazione col funzionamento di macchine
termodinamiche reali.
Abilità comunicative
Lo studente acquisirà la capacità di comunicare ed esprimere problematiche riguardanti l’oggetto
del corso. Sarà in grado di sostenere conversazioni su argomenti di Meccanica e Termodinamica,
riferendosi ai principî su cui esse si fondano e facendo considerazioni qualitative su specifici
problemi; in una discussione sul moto di uno o più oggetti, eventualmente interagenti, saprà
indicare quali forze e momenti concorrono a determinare tale moto e quali sono le quantità
eventualmente conservate all’interno del sistema considerato.
Capacità d’apprendimento
Lo studente avrà acquisito e affinato le capacità di consultare libri e riviste scientifiche. Ciò gli
consentirà di comprendere meglio gli argomenti affrontati durante il corso, trovando applicazioni
concrete dei principî e delle leggi studiati in Meccanica e Termodinamica.
Questo permetterà allo studente di proseguire gli studi ingegneristici con maggiore indipendenza
intellettuale ed accresciute capacità nell’operare valutazioni e nel prendere decisioni.
OBIETTIVI FORMATIVI
La conoscenza adeguata degli aspetti metodologici-operativi relativi agli argomenti oggetto del
corso e la capacità di utilizzare tale conoscenza per interpretare e descrivere i problemi
dell'ingegneria.
ORE FRONTALI
45
LEZIONI FRONTALI
Meccanica
Argomenti introduttivi
Sistemi di unità di misura, unità di misura, grandezze scalari e grandezze vettoriali. Proprietà
dei vettori e operazioni: proprietà commutativa, distributiva, associativa; scomposizione in
coordinate cartesiane e in coordinate polari; somma, differenza, prodotto scalare e prodotto
vettoriale, momento di un vettore rispetto ad un polo e cambiamento del polo.
Cinematica del punto
Spazio, tempo, velocità, accelerazione, traiettoria, legge oraria, centro di curvatura. Moto
rettilineo uniforme, moto rettilineo uniformemente accelerato, moto verticale di un corpo,
moto armonico semplice, moto rettilineo smorzato esponenzialmente. Moto circolare:
velocità angolare, moto circolare uniforme, accelerazione angolare, moto circolare
uniformemente accelerato, definizione vettoriale della velocità angolare. Moto parabolico dei
corpi: gittata, altezza massima, tempo di volo.
Dinamica del punto materiale
Punto materiale. Principio d’ inerzia, interazioni gravitazionale, elettromagnetica, forte e
debole. Legge di newton, massa inerziale, limiti di validità (sistemi inerziali e limite
relativistico). Principio di azione e reazione, quantità di moto ed impulso, teorema dell’
impulso, principio di conservazione della quantità di moto. Equilibrio di un punto materiale:
reazioni vincolari, risultante delle forze. Forza centripeta, forza peso, forze di attrito radente
statico e dinamico. Piano inclinato. Forza elastica, forza di attrito viscoso, moto dei corpi in
aria. Pendolo semplice.
Lavoro ed energia per punto materiale
Lavoro, potenza, teorema dell’ energia cinetica, lavoro della forza peso, lavoro della forza
elastica, lavoro della forza di attrito radente. Forze conservative, conservazione dell’ energia
meccanica. Momento angolare, conservazione del momento angolare, teorema del momento
e dell’ impulso.
Sistemi di più punti materiali
Definizioni, cambio di sistema di riferimento; quantità di moto; centro di massa, moto del
centro di massa; conservazione della quantità di moto; teorema del momento angolare,
conservazione del momento angolare; sistema di riferimento del centro di massa; primo e
secondo teorema di Koenig; riduzione ad una risultante e ad una coppia; sistema di forze
parallele, centro delle forze parallele, baricentro.
Corpo rigido-I parte
Moto rigido, sistema di riferimento inerziale, del centro di massa e solidale; moto di
traslazione e di rotazione; sistemi discreti e sistemi continui; passaggio al continuo, densità;
centro di massa per sistemi continui; momento risultante per la forza peso in sistemi continui;
momento d’ inerzia; equazioni del moto per corpi rigidi; energia cinetica, lavoro e potenza
del corpo rigido in rotazione; non parallelismo tra momento angolare e velocità angolare.
Teorema di Huygens-Steiner, teorema di H-S e teorema di Koenig. Pendolo composto
Corpo rigido-II parte
Moto di puro rotolamento, attrito volvente. Momento dell’ impulso. Leggi di conservazione
nel moto di un corpo rigido. Equilibrio di un corpo rigido. Proprietà elastiche dei solidi:
trazione, compressione, legge di Poisson, deformazione plastica ed isteresi, scorrimento,
torsione.
Fenomeni d’urto
Urti tra due punti materiali, sistema del laboratorio e sistema del centro di massa. Urto
completamente anelastico, urto elastico, urto anelastico, urti tra punti materiali e corpi rigidi e
tra corpi rigidi
Proprietà meccaniche dei fluidi
Fluidi: definizioni, pressione. Legge di Stivino, vasi comunicanti, manometro ad U,
barometro di Torricelli, principio di Archimede. Fluido ideale e fluido reale, viscosità.
Regime stazionario, linee di corrente, tubo di flusso, portata, teorema di Bernoulli.
Termodinamica
Argomenti introduttivi
Sistema termodinamico aperto, chiuso e isolato: definizioni. Variabili estensive ed intensive,
stato termodinamico, equilibrio termodinamico, equazione di stato. Trasformazione
termodinamica. Temperatura, principio dell’ equilibrio termico, sistema adiabatico,
termometro, punto fisso, grado Kelvin, scale Celsius e Fahrenheit.
Primo principio della termodinamica
Calore, esperienze di Joule, primo principio della termodinamica, energia interna.
Trasformazioni adiabatiche, trasformazioni reversibili ed irreversibili.
Calorimetria
Trasmissione di calore tra copri a contatto a diversa temperatura, calore specifico, capacità
termica, calore specifico nei solidi. Processi isotermi, cambiamenti di fase, calore latente.
Trasmissione del calore: conduzione, legge di Fourier; convezione; irraggiamento, legge di
Stefan-Boltzmann. Dilatazione termica nei solidi e nei liquidi.
Leggi dei gas
Gas ideali, legge isoterma di Boyle, legge isobara di Volta-Gay Lussac, legge isocora di
Volta-Gay Lussac, legge di Avogadro, equazione di stato dei gas ideali. Lavoro di un gas.
Calore specifico a pressione costante e a volume costante. Espressione dell’ energia interna
del gas ideale, relazione di Mayer, espressione dei calori specifici per gas ideali monoatomici
e biatomici. Trasformazioni adiabatiche; trasformazioni isocore; trasformazioni isobare,
entalpia. Trasformazioni cicliche, ciclo di Carnot.
Secondo principio della termodinamica
Enunciato di Kelvin-Plank ed enunciato di Clausius, irreversibilità; enunciato del teorema di
Carnot; teorema di Clausius, entropia, formulazione matematica del secondo principio,
diagramma T-S, entropia sistema universo termodinamico, principio di aumento dell’
entropia, calcolo della variazione di entropia per trasformazioni adiabatiche, scambio tra
sorgenti, scambio di calore tra corpi, cambiamenti di fase e nel caso del gas ideale; energia
inutilizzabile.
36
TESTI
CONSIGLIATI
ESERCITAZIONI
-
P. Mazzoldi, M. Nigro, C. Voci, Elementi di Fisica, Meccanica e Termodinamica,
Edises
Jewett, Serway, Principi di Fisica, 4° edizione, Vol. 1, Edises
P. Pavan, F. Soramel, Problemi di Fisica, 3° edizione, 2° edizione, Vol.1 Casa
Editrice Ambrosiana