Programma del corso di FISICA (12 CFU) Corso di Laurea in

Programma del corso di FISICA (12 CFU)
Corso di Laurea in Ingegneria Elettronica e delle Telecomunicazioni
Anno Accademico 09-10
I Parte - Meccanica e Termodinamica
Introduzione
Il metodo scientifico. Definizione operativa delle grandezze fisiche. Sistemi di unità di misura.
Calcolo dimensionale. Grandezze scalari e vettoriali. Operazioni con i vettori: somma, differenza,
prodotto scalare, prodotto vettoriale. Versori. Sistemi di riferimento cartesiani ortogonali e versori
degli assi.
Cinematica del punto
Sistemi di riferimento. Legge oraria e traiettoria. Il vettore posizione. Vettori velocità media ed
istantanea. Il vettore accelerazione. Dall'accelerazione, alla velocità, alla legge oraria: il
procedimento di integrazione. Moto rettilineo uniforme ed uniformemente accelerato. Traiettorie
curvilinee. Versore tangente e normale alla traiettoria. Moto circolare uniforme e non uniforme;
vettore velocità angolare. Accelerazione tangenziale e centripeta nel moto circolare. Componenti
intrinseche dell'accelerazione nel moto su una traiettoria qualunque. Raggio di curvatura della
traiettoria. Accelerazione di gravità. Moto armonico. Il moto dei gravi in prossimità della superficie
terrestre.
Dinamica del punto materiale
Definizione di forza. Principio di inerzia. Sistemi di riferimento inerziali. Secondo principio della
dinamica. Massa inerziale. Terzo principio della dinamica. Il problema fondamentale della
dinamica: dalle forze al moto. Moto sotto l'azione di una forza costante. Forze vincolari. Moto di un
punto materiale vincolato. Forza di attrito statico e dinamico. Forze elastiche. Moto di un punto
soggetto a forze elastiche. Il pendolo semplice. Sistemi di riferimento in moto relativo: relazione fra
velocità ed accelerazioni misurate nei due sistemi di riferimento. Cenni sull’uso di sistemi di
riferimento non inerziali nello studio della dinamica di un punto materiale. Impulso e quantità di
moto. Teorema dell'impulso. Lavoro di una forza: definizione ed unità di misura. Teorema delle
forze vive, energia cinetica. Energia potenziale. Conservazione dell'energia meccanica. Forze non
conservative. La potenza.
Dinamica dei sistemi e dei corpi rigidi
Sistemi di punti materiali. Forze interne ed esterne. Definizione del centro di massa. Prima
equazione cardinale della dinamica dei sistemi. Teorema del centro di massa. Conservazione della
quantità di moto. Momento angolare. Momento di una forza. Coppia di forze. Momento di una
coppia. Centro di un sistema di forze parallele. Baricentro. Seconda equazione cardinale della
dinamica dei sistemi. Conservazione del momento angolare. Energia cinetica e potenziale di un
sistema di punti materiali. Teorema dell'energia cinetica per un sistema di punti materiali.
Conservazione dell'energia per i sistemi di punti materiali. Urti elastici ed anelastici. Rotazioni di
un corpo rigido intorno ad un asse fisso. Momento di inerzia. Teorema di Huygens-Steiner.
Posizione del centro di massa e momento di inerzia di alcuni corpi rigidi omogenei. Energia cinetica
di un corpo rigido in rotazione attorno ad un asse fisso. Pendolo composto. Moti di puro
rotolamento. Statica del corpo rigido.
Meccanica dei fluidi
Fluidi ideali e reali. Densità. Forze di volume e di superficie. Pressione: definizione ed unità di
misura. Fluidi in equilibrio. Legge di Stevino. Barometro a mercurio e pressione atmosferica. Legge
di Pascal. Legge di Archimede. Dinamica di un fluido ideale. Moti stazionari. Linee di corrente e
linee di flusso; tubo di flusso. Portata. Legge della costanza della portata. Teorema di Bernoulli e
sue applicazioni. Viscosità e legge di Poiseuille. Numero di Reynolds.
Termodinamica
Sistemi termodinamici, ambiente, universo. Variabili di stato intensive ed estensive. Equilibrio
termodinamico. Principio zero della termodinamica. Definizione della temperatura. Scale di
temperatura. Primo principio della termodinamica. Energia interna. Esperienze di Joule. Capacità
termica e calori specifici. Calori latenti. Equazione di stato di un gas perfetto. Trasformazioni
termodinamiche. Energia interna di un gas perfetto. Relazione di Mayer fra i calori specifici a
volume e pressione costante di un gas perfetto. Cicli termodinamici. Secondo principio della
termodinamica: enunciati di Clausius e Kelvin-Planck e loro equivalenza. Rendimento di una
macchina termica. Ciclo di Carnot e suo rendimento. Teorema di Clausius. Integrale di Clausius e
entropia. Entropia e secondo principio. Irreversibilità ed energia inutilizzabile.
II Parte - Elettromagnetismo
Elettrostatica
Forza di Coulomb, Campo elettrostatico E , potenziale elettrostatico, energia elettrostatica, legge di
Gauss , dipolo elettrico, conduttori, teorema di Coulomb, condensatori piani, cilindrici e sferici.
Materiali Dielettrici
il vettore polarizzazione P, il vettore spostamento D, densità superficiale e volumetrica di carica di
polarizzazione, legge di Gauss per i dielettrici, dielettrici lineari, costante dielettrica relativa,
suscettività dielettrica, condensatori con dielettrico.
Corrente elettrica stazionaria
Intensità di corrente elettrica e vettore densità di corrente, equazione di continuità, leggi di Ohm,
resistività e conducibilità elettrica, resistenza, legge di Joule. Cenni alla conduzione elettrica nei
solidi.
Magnetostatica nel vuoto
Forza e campo magnetico, Forza su un conduttore percorso da corrente, campo magnetico generato
da circuiti percorsi da corrente, legge di Ampere, flusso del campo magnetico.
Materiali magnetici
Permeabilità magnetica, suscettività magnetica, materiali dia- e paramagnetici, vettore
magnetizzazione M, vettore H, materiali ferromagnetici.
Campi variabili nel tempo
La legge di Faraday-Neumann. Forza elettromotrice. Legge di Lenz. Esempi: alternatore, correnti di
Foucault. Coefficienti di auto induzione L e di mutua induzione M. Esempi: calcolo di L e M per
circuiti semplici. Legge di Ampere-Maxwell. Equazioni di Mawell. Equazione d'onda, velocità di
propagazione, vettor d’onda e lunghezza d'onda. Onde elettromagnetiche piane. Onde sferiche.
Spettro delle onde elettromagnetiche. Principio di Huygens-Fresnel. Leggi di riflessione e
rifrazione. Interferenza e diffrazione. Diffrazione X da reticoli cristallini.
Cenni di Fisica Quantistica
Radiazione di Corpo nero e ipotesi di Planck.
Effetto fotoelettrico. Fotoni e onde
elettromagnetiche. Elettroni e onde di materia. Principio di indeterminazione di Heisenberg.
Equazione di Schroedinger.