programma di fisica generale i aa 2008/2009

PROGRAMMA DI FISICA GENERALE I A.A 2008/2009
Corsi di laurea in INGEGNERIA:
codice 238402 MECCANICA
codice 328402 TESSILE
Crediti 6
ore di lezione 40+20 esercitazioni
periodo 1° semestre
Prerequisiti.
Fondamenti di algebra elementare, trigonometria, geometria euclidea e cartesiana. Elementi di
analisi matematica.
Obiettivi.
Il corso si propone di comunicare i principi generali e i formalismi che regolano i fenomeni
meccanici e termici, affinché l'allievo da un lato sviluppi la capacità di comprendere e descrivere la
realtà fisica che ci circonda, e dall'altro acquisisca le conoscenze di base per affrontare gli
argomenti che può incontrare nella propria professione.
Contenuti
Telegraficamente -- MECCANICA CLASSICA: Cinematica del punto materiale. Dinamica del punto
materiale. Lavoro e Energia. Dinamica dei sistemi. Cenni di Statica e Dinamica del corpo rigido
esteso. Meccanica dei fluidi; TERMOLOGIA: Termometria. Calorimetria. Processi termodinamici.
Gas perfetto. Teoria cinetica dei gas. Primo principio della termodinamica. Secondo principio della
termodinamica. Macchine termiche. Entropia.
Sinteticamente – Grandezze fisiche e loro dimensioni fisiche. Unità di misura. Grandezze scalari e
vettoriali. -- Cinematica del punto materiale. Moti rettilinei. Moto circolare uniforme. Moto
armonico. -- Dinamica del punto materiale. Leggi di Newton. Quantità di moto. Lavoro e potenza.
Energia cinetica e potenziale. Simmetrie dello spazio-tempo e Principi di conservazione. Cenno
alla legge fondamentale di una teoria fisica (principio dell’azione stazionaria) -- Gravitazione
universale. Campo gravitazionale terrestre. Satelliti artificiali. -- Meccanica dei fluidi. Pressione
atmosferica. – Cenno a Onde meccaniche e fenomeni ondulatori. -- Calorimetria. Temperatura
assoluta. Trasformazioni termodinamiche. Quantità di calore ed energia interna. Gas perfetti. Primo
principio della termodinamica. Secondo principio della Termodinamica. Entropia.
Più in dettaglio
Premessa: Grandezze fisiche e loro dimensioni. Cenno alla teoria delle dimensioni fisiche. Sistemi
di unità di misura assoluti. Multipli e sottomultipli: nomenclatura e simboli. Cenno alla teoria degli
errori, e alla propagazione degli errori. Cifre significative. Come si scrive un risultato in fisica.
Cinematica del Punto Materiale: Punto materiale. Moti unidimensionali, coordinate curvilinee.
Velocità media ed istantanea. Accelerazione media ed istantanea. Curve orarie. Moto uniforme.
Moto rettilineo. Moto rettilineo uniforme. Moto uniformemente accelerato. Caduta libera dei corpi,
problemi balistici. Descrizione vettoriale dei moti nel piano e nello spazio. Angoli, radiante,
frequenza e frequenza angolare (“velocità angolare”). Moto circolare uniforme: accelerazione e
forza centripete. Moto armonico semplice e smorzato. Moto pendolare. Accelerazione radiale e
tangenziale nel generico moto piano. Principio di relatività galileiana o einsteiniana. Sistemi di
riferimento inerziali. Inesistenza delle forze centrifughe nei sistemi inerziali. Cenni ai Sistemi non
inerziali. Opzionale: costanza della velocità della luce, invarianza del ds2 e paradosso dei gemelli.
Dinamica – Cenno alla legge fondamentale di una teoria fisica (principio dell’azione stazionaria).
Fenomenologia delle quattro forze fondamentali della natura. Dinamica del punto materiale: Legge
fondamentale di Newton, massa inerziale. Principio di inerzia: esempio di Leonardo da Vinci. Peso,
principio di equivalenza. Densità, peso specifico. Quantità di moto, e impulso; principio di azione e
reazione. Applicazioni della legge di Newton: piano inclinato, pendolo semplice, sistemi elastici,
etc. Cenno alle forze di attrito statico e dinamico. Lavoro: prodotto scalare tra vettori. Potenza.
Energia. Simmetrie dello spazio-tempo e Principi di conservazione. Campi di forze conservative,
energia potenziale. Cenni a equilibrio stabile, instabile, indifferente. Problemi energetici. Cenni
sulla pila atomica, e sulla fusione termonucleare. Gravitazione universale: massa gravitazionale.
Leggi di Keplero, campo gravitazionale all’esterno ed all’interno della Terra; satelliti naturali e
artificiali. Energia potenziale gravitazionale; velocità di fuga; traiettorie di Apollonio. Calcolo della
massa della Terra, del Sole, della nostra Galassia (e, opzionale, del nostro Cosmo). Meccanica dei
fluidi: pressione; principi di Pascal e Archimede. Paradosso idrostatico. Equazione di Bernouilli.
Pressione atmosferica. Cenno a onde meccaniche e fenomeni ondulatori (e alle proprietà dei suoni).
Cenni elementari alle stelle di neutroni e ai black-holes.
Dinamica dei sistemi e del corpo esteso rigido: cenni -- Sistemi di punti materiali. Centro di
massa. Momento di una forza: prodotto vettoriale tra vettori. Condizioni per l’equilibrio statico ed
applicazioni; baricentro di un grave. Momento della quantità di moto (“momento angolare”). Forze
interne e moto del centro di massa. Applicazioni dei principi di conservazione per gli urti: urti
elastici centrali, urti anelatici. Conservazione del momento angolare. Legge fondamentale della
dinamica del corpo rigido esteso. Energia cinetica rotazionale.
Parte II: TERMOLOGIA E TERMODINAMICA
Termometria e Calorimetria, e Processi termodinamici
Temperatura, scale termometriche, termometri. Leggi di Gay-Lussac, temperatura assoluta. Grado
centigrado e Kelvin. Calore come forma di energia. Capacità termica, calore specifico. Definizione
di caloria. Calori latenti dei cambiamenti di stato. Sistemi termodinamici: variabili macroscopiche,
funzioni di stato. Gradi di libertà di un sistema termodinamico. Trasformazioni tipiche di un sistema
termodinamico e loro rappresentazione grafica. Trasformazioni reversibili ed irreversibili. Lavoro
delle forze di pressione di un gas.
Gas Perfetti, e Principi della Termodinamica.
Descrizione macroscopica: equazione di stato dei gas perfetti. Descrizione microscopica, e Teoria
Cinetica dei Gas: interpretazione cinetica della temperatura assoluta, velocità molecolari medie.
Principio di equivalenza, equivalente meccanico del calore. Primo principio della termodinamica.
Energia interna. Conseguenze per i gas perfetti: espansione libera, trasformazioni reversibili
adiabatiche, isocore, isobare, isoterme. Secondo Principio della Termodinamica: vari suoi enunciati.
Ciclo di Carnot, macchina di Carnot. Lavoro prodotto o assorbito da un gas perfetto che segua un
ciclo reversibile. Rendimento di un ciclo termodinamico. Rendimento in un ciclo reversibile.
Rendimento di una locomotiva a vapore. Cenno alle macchine frigorifere. Entropia. Calcolo
dell’entropia nelle trasformazioni reversibili. Trasformazioni irreversibili: legge dell’accrescimento
dell’entropia, degradazione dell’energia; entropia e disordine. Leggi “della vita”: diminuzione
dell’entropia (aumento dell’ordine) in sistemi spazialmente limitati.
Integrazioni ed Esercitazioni
Il corso è integrato da esercitazioni, la cui frequenza è pure indispensabile per il raggiungimento
degli obiettivi fissati.
Modalità di accertamento: l’esame consta di una prova scritta, cha fa da “filtro” (essendo
necessario raggiungere almeno 12/30 per l’ammissione all’orale), ed una orale (consigliata anche a
chi ottiene un buon voto nello scritto) al termine di ogni semestre. Il voto finale sarà in generale la
media tra i due voti semestrali.
Argomenti facoltativi: Fenomeni superficiali; Trottole e giroscopi; Macchine statiche; Oscillazioni
e onde; Elasticità; Acustica; Propagazione del calore; Dilatazione termica dei liquidi e dei solidi;
Gas reali; Soluzioni elettrolitiche, colloidali, etc. ; Terzo principio della termodinamica
Testi consigliati
Paul A. TIPLER: Corso di Fisica I (e successivamente Corso di Fisica II), 1995; Zanichelli.
Raymond A. SERWAY et al.: Principi di Fisica I (e, successivamente, II); EDISES.
D.Halliday et al., Fondamenti di Fisica, CEA (Milano).
Giovanni SALESI: Fisica Generale I (Appunti di Lezione), 2008; Fac. di Ingegneria, Univ. di BG.
(Prof. E. Recami)