Fisica generale 1

FISICA GENERALE I
Docente: Dott.ssa Alessandra Satta
Insegnamento da impartire nel:
Primo semestre - primo AA
Durata del corso: 60 ore
Crediti: 6
Obiettivi e contenuto schematico del corso: Il corso mira a fornire le nozioni fondamentali della
Meccanica Classica e della Termodinamica. In particolare, lo studente è stimolato ad acquisire
dimestichezza nella risoluzione di problemi numerici che coinvolgono grandezze fisiche.
Prerequisiti: Sono richieste nozioni elementari di analisi matematica e geometria.
PROGRAMMA DEL CORSO:
Introduzione (2ore) :
Sistema Internazionale delle unità di misura. Grandezze fondamentali e grandezze derivate. Analisi
dimensionale. Algebra vettoriale. Addizione e sottrazione tra vettori. Prodotto scalare e prodotto
vettoriale.
Cinematica del punto materiale (10 ore):
Moto in una dimensione. Definizione della velocità media e istantanea. Moto rettilineo uniforme.
Definizione dell’accelerazione media e istantanea. Moto uniformemente accelerato. Moto dei corpi in
caduta libera. Accelerazione gravitazionale. Moto in due e tre dimensioni. Moto del proiettile. Moto
circolare uniforme. Accelerazione centripeta. Moti relativi in una e due dimensioni.
Dinamica del punto materiale (18 ore):
Prima Legge della Dinamica. Seconda Legge della Dinamica. Definizione di massa. Concetto d’inerzia
di un corpo. Principio di sovrapposizione delle forze. Risultante delle forze. Natura vettoriale di una
forza. Forza gravitazionale. Forza peso. Forza Normale. Tensione di una corda. Terza legge della
Dinamica. Coppie di forze. La macchina di Atwood. Forza d'attrito. Proprietà dell'attrito. Moto circolare
uniforme: forza centripeta.
Energia e Lavoro. Lavoro compiuto da una forza costante. Energia cinetica. Teorema dell'energia
cinetica. Concetto di trasferimento d’energia. Lavoro compiuto dalla forza gravitazionale. Forze
variabili. Forza elastica. Lavoro compiuto da una forza elastica. Lavoro compiuto, in generale, da una
forza variabile. Energia cinetica associata ad una forza variabile. Potenza. Energia potenziale. Energia
potenziale gravitazionale. Energia potenziale elastica. Forze conservative e non conservative. Energia
meccanica. Sistemi isolati. Sistemi chiusi. Principio di conservazione dell'energia.
Dinamica di un sistema di punti materiali (3 ore):
Sistemi di punti materiali. Centro di massa in un sistema discreto e in un sistema continuo. Seconda
legge della dinamica per un sistema di punti materiali. Quantità di moto (impulso). Espressione della
seconda legge della dinamica attraverso la quantità di moto. Principio di conservazione della quantità di
moto. Sistemi a massa variabile. Relazione fondamentale della propulsione e reazione.
Moto di rotazione (3 ore) :
Spostamento angolare. Velocità angolare media e istantanea. Accelerazione angolare media e istantanea.
Relazioni tra grandezze lineari e angolari. Energia cinetica rotazionale. Momento d’inerzia. Teorema
degli assi paralleli. Momento di una forza. Principio di sovrapposizione dei momenti. Momento
risultante. Espressione della seconda legge della dinamica nei moti di rotazione. Lavoro ed energia
cinetica rotazionale.
Moti di roto-traslazione (rotolamento) (4 ore):
Spostamento. Velocità. Accelerazione. Energia cinetica. Momento di una forza. Modulo direzione e
verso del momento di una forza. Momento angolare. Espressione della seconda legge della dinamica
attraverso il momento angolare. Momento angolare di un corpo rigido. Principio di conservazione del
momento angolare.
Equilibrio ed Elasticità (2 ore):
Equilibrio statico. Equilibrio nei moti di traslazione. Equilibrio nei moti di rotazione. Baricentro come
centro di massa e come centro di gravità. Corpi elastici. Natura cristallina dei corpi. Sforzo e
deformazione. Proprietà meccaniche dei corpi sottoposti a sforzo longitudinale, sforzo normale e sforzo
da taglio. Trazione e compressione. Modulo di Young. Modulo di scorrimento. Modulo di
compressibilità.
Gravitazione (3 ore):
Legge di gravitazione universale. Teorema del guscio sferico di Newton. Gravità in prossimità della
superficie terrestre. Accelerazione gravitazionale. Energia potenziale gravitazionale. Natura centrale e
conservativa della forza gravitazionale. Velocità di fuga. Leggi di Keplero (prima seconda e terza).
I Fluidi (5 ore):
Definizione di fluido. Massa volumica. Pressione. Pressione idrostatica. Pressione in profondità e ad
alta quota. Misura della pressione. Barometro a mercurio. Manometro a tubo aperto. Principio di Pascal.
Il martinetto idraulico (o pressa idraulica). Principio di Archimede. Definizione di fluido ideale.
Equazione di continuità. Definizione di portata volumica e portata massica. Equazione di Bernoulli.
Termodinamica (10 ore):
Temperatura. Legge zero della termodinamica. Misura della temperatura. Termometro a gas a volume
costante. Scale Celsius, Kelvin e Fahrenheit nella misura della temperatura. Zero assoluto. Limiti dei
termometri. Dilatazione termica. Comportamento anomalo dell'acqua. Temperatura e calore. Caloria.
Capacità termica. Calore specifico. Calore e lavoro. Equilibrio termodinamico. Prima legge della
termodinamica. Rappresentazione grafica Pressione-Volume di una trasformazione termodinamica.
Diversi tipi di trasformazione termodinamica: adiabatica, isocora, isobara, isoterma. Trasformazioni
cicliche. Espansione libera. Calcolo del lavoro nelle trasformazioni suddette. Trasmissione del calore:
conduzione, convezione, irraggiamento. Teoria cinetica dei gas. Mole. Numero di Avogadro. Legge dei
gas perfetti. Costante di Boltzmann. Pressione, temperatura e velocità quadratica media secondo il
modello statistico. Energia cinetica. Libero cammino medio. Distribuzione delle velocità molecolari:
legge di distribuzione di Maxwell. Energia interna. Calore specifico molare a volume costante. Calore
specifico molare a pressione costante. Espansione adiabatica di un gas ideale. Rapporto tra i calori
specifici a pressione e volume costanti. Teorema di equipartizione dell'energia. Espressione che lega la
pressione e il volume in un’espansione adiabatica. Espressione che lega la pressione ed il volume in
un’espansione libera. Entropia. Sistemi chiusi. Processi irreversibili. Postulato dell'entropia. Funzioni di
stato. Seconda legge della termodinamica. Macchine termiche. Il ciclo di Carnot. Il lavoro ed il
rendimento termico nel ciclo di Carnot. Motore di Stirling. Macchina frigorigena. Rendimento di una
macchina reale.
Materiale didattico:
D. Halliday, R. Resnick, J. Walker, Fondamenti di Fisica, Vol. I, VI edizione, casa editrice
Ambrosiana, Milano;
R. A. Serway, R. J. Beichner, Fisica per Scienze ed Ingegneria, EdiSES, Napoli.
Esame: L’esame si svolge in due prove scritte (in alternativa un’unica prova scritta generale)
propedeutiche ad una prova orale.