541/00
A.A. 2000/01
UNIVERSITA' DEGLI STUDI DI TRIESTE
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CORSO DI LAUREA
INGEGNERIA AMBIENTALE, CIVILE,
EDILE, MECCANICA E NAVALE
PROGRAMMA DEL CORSO DI
DOCENTE
FISICA GENERALE I
Prof. Livio LANCERI
Preliminari matematici ed elementi di calcolo vettoriale
Derivata, differenziale. Integrale indefinito e definito. Derivate parziali. Integrali di
superficie e volume. Equazioni differenziali. Vettori e grandezze vettoriali.
Operazioni con vettori. Rappresentazione cartesiana, versori, coseni direttori. Derivate
e integrali di funzioni vettoriali. Gradiente di una funzione scalare.
Elementi di Metrologia
Il metodo scientifico. Grandezze fisiche, misura. Sistemi di unita` di misura. Il sistema
Internazionale. Equazioni dimensionali, principio di omogeneita'. Generalita' sugli
strumenti di misura. Elementi di teoria degli errori.
Meccanica
Cinematica della particella o punto materiale: Legge oraria del moto,
velocita` scalare media, velocita` scalare istantanea come derivata, spazio
percorso come integrale. Velocita` e accelerazione vettoriali. Esempi.
Accelerazione tangenziale e centripeta. Velocita' areolare, velocita' angolare
(vettoriale).
Moti relativi: Velocita' relativa di due corpi, cinematica dei moti relativi,
relazioni tra velocita` e accelerazioni rispetto a due sistemi di riferimento in
moto relativo. Composizione di movimenti.
Dinamica della particella: Il primo principio. Sistemi di riferimento inerziali.
Principio di relativita` galileiana. Massa inerziale. Secondo principio e
definizione dinamica di forza. Quantita` di moto. Forze fondamentali in
natura: gravitazionale, elettromagnetica, forte, debole. Forze
"fenomenologiche": attriti, reazioni elastiche. Terzo principio e conservazione
della quantita` di moto per un sistema di due corpi. Misura di masse e forze.
Integrazione delle equazioni del moto per ottenere la legge oraria, note le forze
applicate per una particella. Esempi: caduta libera dei gravi, oscillatore
armonico, pendolo; moto circolare, forza centripeta.
L'attrito: Attrito statico e dinamico; coefficienti. Attrito viscoso nei fluidi,
spazio d'arresto, velocita' limite.
Gravitazione universale: Leggi di Keplero. Legge di gravitazione universale.
Gravitazione terrestre al variare della distanza dalla superficie terrestre.
Satelliti terrestri artificiali, periodo per orbite circolari, orbite geostazionarie.
Dinamica nei riferimenti non inerziali: Sistemi di riferimento in moto
traslatorio e arbitrario. Forze apparenti o fittizie nei riferimenti non inerziali.
Forza centrifuga e forza di Coriolis. Effetti della rotazione terrestre per un
osservatore solidale con la terra.
Impulso, lavoro ed energia: Impulso e quantita' di moto, teorema
dell'impulso. Lavoro di forze costanti e variabili. Integrale di linea. Potenza.
Energia cinetica e teorema delle forze vive. Forze conservative ed energia
potenziale. Esempi: forza di gravita`, forza elastica. Energia meccanica,
conservazione dell'energia meccanica. Forze dissipative. Determinazione di
una forza conservativa nota l'energia potenziale ad essa associata.
Il momento angolare: Momento angolare di una particella rispetto a un polo.
Momento di una forza rispetto a un polo. Seconda equazione cardinale del
moto e conservazione del momento angolare. Applicazioni alle forze centrali.
Esempi: campo gravitazionale; pendolo.
Dinamica dei sistemi: Forze interne e forze esterne. Gradi di liberta` di un
sistema. Sistemi di particelle. Prima e seconda equazione cardinale del moto.
Centro di massa e teoremi relativi: moto del c.m., scomposizione dell'energia
cinetica e del momento angolare. Sistemi a due corpi e massa ridotta.
Estensione delle proprieta` discusse ai sistemi continui.
Dinamica dell'urto: Urti elastici ed anelastici, per corpi liberi e in presenza di
vincoli. Forze impulsive e non, applicazione dei teoremi di conservazione.
Esempi.
Dinamica e statica del corpo rigido: Moto rotatorio e traslatorio, gradi di
liberta', equazioni cardinali del moto. Casi particolari: rotazione rispetto ad
asse fisso, momento d'inerzia, momenti assiali (angolare e delle forze esterne
applicate). Calcolo dei momenti d'inerzia, teorema di Huygens-Steiner. Lavoro
ed energia per rotazioni con asse fisso. Teoremi di conservazione. Reazioni
vincolari, nei moti con asse fisso, esempi. Moti roto-traslatori: puro
rotolamento, esempi ed applicazioni. Cenni al caso generale di moto non
vincolato. Statica del corpo rigido come caso particolare di applicazione delle
equazioni cardinali. Cenni sulle proprieta' dei sistemi di vettori applicati.
Proprieta` elastiche dei corpi (cenni): Elasticita' per compressione e
trazione, legge di Hooke, modulo di Young e sua misura.
Statica e dinamica dei fluidi: Fluidi ideali. Forze di volume e forze di
superficie. Pressione e variazione della pressione all'interno di un fluido in
condizioni statiche: legge di Stevino in presenza di forza di gravita` e di altre
forze di volume p.es. apparenti). Variazione della pressione con la quota in
una atmosfera isoterma. Legge di Archimede e galleggiamento. Misura della
pressione. Dinamica dei fluidi ideali. Linee e tubi di flusso. Portata, equazione
di continuita'. Teorema di Bernoulli. Esempi e applicazioni. Moto dei fluidi
reali, coefficiente di viscosita', legge di Poiseuille, numero di Reynolds.
Termodinamica
Termometria e calorimetria: Scale termometriche empiriche, scala Celsius.
Termometri a gas e scala assoluta delle temperature. Scala Kelvin. Dilatazione
termica dei gas, dei liquidi e dei solidi. Calori specifici e quantita` di calore.
Calorimetria; calorimetro di Regnault. Calori latenti. Propagazione del calore
(cenni): conduzione, convezione, irraggiamento.
Gas ideali e gas reali: Equazione di stato dei gas ideali o perfetti. Capacita`
termiche molari dei gas: definizioni e dati sperimentali. Le isoterme di un gas
reale; equazione di stato di Van der Waals. Fasi (solida, liquida, aeriforme) e
transizioni di fase; punto triplo.
La teoria cinetica dei gas: Interpretazione cinetica della pressione e della
temperatura assoluta di un gas ideale. Distribuzione maxwelliana delle
velocita`. Energia interna e capacita` termiche dei gas ideali
nell'interpretazione cinetica.
Trasformazioni termodinamiche e primo principio della termodinamica:
Stato termodinamico di un sistema, trasformazioni reversibili e irreversibili.
Esempi di trasformazioni, loro rappresentazione. Lavoro termodinamico.
Lavoro meccanico e scambi di calore. Il primo principio per trasformazioni
cicliche e non. Energia interna di un sistema come funzione di stato.
Applicazioni del primo principio ai gas ideali: Espansione libera di un gas
ideale; energia interna. Relazione di Meyer. Trasformazioni adiabatiche
reversibili. Trasformazioni isoterme, isobare, isocore. Macchine termiche;
diagrammi di flusso energetico e rendimento. Macchine frigorifere e pompe di
calore. Ciclo di Carnot.
Il secondo principio della termodinamica: Secondo principio: enunciati di
Clausius e di Lord Kelvin, loro equivalenza. Teorema di Carnot.
Irreversibilita` dei processi: sistema e ambiente. Temperatura termodinamica
assoluta e irraggiungibilita' dello zero assoluto.
L'entropia: Disuguaglianza di Clausius. Definizione di entropia come
funzione di stato. Esempi di calcolo di variazione di entropia per
trasformazioni reversibili e irreversibili. Diagrammi entropici. Conseguenze
della disuguaglianza di Clausius; formulazione del secondo principio in
termini di variazione di entropia. Accrescimento dell'entropia in un sistema
isolato. Significato fisico dell'entropia: entropia e disordine (cenni sulla
probabilita` termodinamica di uno stato), variazione di entropia come lavoro
inutilizzato. Esempi e applicazioni.
Esercitazioni
Il corso e' affiancato da esercitazioni numeriche in aula sugli argomenti svolti, con
discussione e soluzione di temi d'esame e problemi vari. Il corso e` integrato anche da
esercitazioni pratiche di laboratorio con misure di costanti elastiche, momenti
d'inerzia e calori specifici, ed elaborazione statistica dei risultati delle misure.
Testi consigliati
Meccanica e Termodinamica:
o
Halliday-Resnick-Walker, Fondamenti di Fisica, Casa Editrice
Ambrosiana, Milano.
o
S.Focardi, I.Massa, A.Uguzzoni, Fisica Generale - Meccanica e
Termodinamica, Casa Editrice Ambrosiana, Milano, 1999.
Laboratorio e teoria degli errori:
o
Taylor J.R., Introduzione all'analisi degli errori, Zanichelli Editore,
Bologna, 1999.
o
P.Ciuti, A.Lavenia, Guida alle esercitazioni di Fisica I, Libreria
Goliardica, Trieste.
o
M.Fazio, Dizionario e manuale delle unita' di misura, Zanichelli,
Bologna.
Problemi risolti:
o
P.Ciuti, R.Nabergoj, Problemi di Fisica Generale, Libreria Goliardica,
Trieste.
