Facoltà di Scienze Matematiche, Fisiche e Naturali
Corso di Laurea in Chimica
Programma del Corso di Fisica I
A.A. 2010-2011
Docente:Alessandro Cuccoli
Introduzione
La fisica come scienza sperimentale. Il metodo scientifico. Definizione operativa
delle grandezze fisiche. Sistemi di unità di misura. Sistema Internazionale. Calcolo
dimensionale. Errori. Cifre significative.
Elementi di algebra vettoriale: definizione dei vettori, somma di vettori, moltiplicazione per uno scalare, prodotto scalare fra vettori, prodotto vettoriale, doppio prodotto vettoriale. Versori e basi ortogonali. Componenti di un vettore e operazioni
fra vettori in termini delle loro componenti.
Meccanica del punto materiale
Cinematica
Sistemi di riferimento e carattere relativo del moto. La lunghezza, il tempo e relative
unità di misura. Vettore posizione, equazione oraria, traiettoria. Vettore velocità
media e velocità istantanea. Moto uniforme. Accelerazione media e istantanea.
Dall’accelerazione, alla velocità, alla legge oraria: il procedimento di integrazione. Moti rettilinei: rappresentazione grafica di posizione, velocità ed accelerazione
in funzione del tempo. Moto rettilineo uniforme. Moto rettilineo uniformemente
accelerato. Accelerazione di gravità e moti con accelerazione costante. Moto dei
proietti in prossimità della superficie terrestre: traiettoria, gittata, quota massima.
Traiettorie curvilinee. Ascissa curvilinea sulla traiettoria. Versore tangente e normale alla traiettoria. Moto circolare: velocità e velocità angolare. Moto circolare
uniforme: accelerazione centripeta, periodo, frequenza. Moto circolare qualunque:
accelerazione tangenziale e centripeta. Componenti intrinseche dell’accelerazione nel
moto su una traiettoria qualunque. Raggio di curvatura della traiettoria. Sistemi
di riferimento in moto relativo: formule di Poisson, velocità angolare, relazione fra
velocità ed accelerazioni misurate nei due sistemi di riferimento, accelerazione di
trascinamento e di Coriolis.
Dinamica
Dinamometri e forze. I tre principi di Newton. Principio di inerzia e sistemi di riferimento inerziali. Secondo principio della dinamica. Definizione della massa inerziale.
Unità di misura della massa e della forza nel SI. F~ = m~a. Forza peso. Il problema fondamentale della dinamica: dalle forze al moto. Moto sotto l’azione di una
forza costante. Moto di un punto materiale vincolato. Concetto di gradi di libertà.
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Vincoli lisci. Forze vincolari nel caso di vincoli lisci unilaterali e bilaterali. Forza di
attrito radente statico e dinamico. Moto su un piano inclinato liscio e con attrito.
Forze elastiche. Legge di Hooke. Moto di un punto materiale soggetto a forze elastiche. Equazione del moto armonico. Soluzione dell’equazione del moto armonico.
Pulsazione, periodo, frequenza, ampiezza e fase. Pendolo semplice: equazione di moto, piccole oscillazioni, sollecitazione del vincolo. Uso di sistemi di riferimento non
inerziali nello studio della dinamica di un punto materiale. Forze apparenti. Sistemi
di riferimento in moto traslatorio accelerato ed in moto rotatorio: forza centrifuga
e di Coriolis. Il sistema di riferimento terrestre come riferimento non inerziale: variazione dell’accelerazione di gravità con la latitudine. Lavoro di una forza. Lavoro
della forza peso, della forza elastica e delle forze di attrito. Teorema dell’energia
cinetica. Forze conservative e non conservative. Proprietà delle forze conservative.
Energia potenziale di un campo conservativo. Relazione fra energia potenziale e forza; superfici equipotenziali e linee di forza. Conservazione dell’energia meccanica.
Energia potenziale della forza peso; energia potenziale della forza elastica. Energia
potenziale e configurazioni di equilibrio. La potenza: definizione ed unità di misura.
Il terzo principio e le coppie azione-reazione. Impulso e quantità di moto. Teorema
dell’impulso. Conservazione della quantità di moto per un sistema di due particelle
interagenti.
Meccanica dei sistemi
Dinamica dei sistemi di punti materiali
Momento angolare (o momento della quantità di moto). Momento di una forza.
Coppia di forze. Momento di una coppia. Momento di un sistema di forze e dipendenza dalla scelta del polo. Sistemi di punto materiali. Forze interne ed esterne.
Definizione del centro di massa. Baricentro. Momento assiale. Prima equazione
cardinale della dinamica dei sistemi. Seconda equazione cardinale della dinamica
dei sistemi. Energia cinetica e potenziale di un sistema di punti materiali. Leggi
di conservazione per un sistema di punti materiali. Momento angolare ed energia
cinetica nel sistema di riferimento del centro di massa. Teoremi di König.
Dinamica dei sistemi rigidi
Gradi di libertà di un corpo rigido. Formula fondamentale della cinematica dei
corpi rigidi. Rotazioni di un corpo rigido intorno ad un asse fisso. Momento di
inerzia. Teorema di Huygens-Steiner. Calcolo della posizione del centro di massa e
del momento di inerzia rispetto ad assi passanti per il centro di massa di alcuni corpi
rigidi omogenei. Energia cinetica di un corpo rigido. Moti rigidi piani. Moti di puro
rotolamento. Pendolo composto. Energia potenziale di sistemi di punti materiali e
corpi rigidi e configurazioni di equilibrio.
Urti
Caratterizzazione dei fenomeni d’urto. Forze impulsive. Urti elastici ed anelastici.
Urti in una dimensione (urti centrali). Urti fra punti materiali e sistemi rigidi
vincolati.
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(Per ogni grandezza fisica impiegata, unità di misura e dimensioni nel SI)
Testi consigliati:
F. Mazzoldi, M. Nigro, C. Voci, Elementi di Fisica - Meccanica e Termodinamica,
EdiSES, Napoli.
A. Bertin, M. Poli, A. Vitale, Fondamenti di MECCANICA, Progetto Leonardo,
Soc. Ed. Esculapio, Bologna.
C. Mencuccini, V. Silvestrini, FISICA I: Meccanica - Termodinamica, Liguori Editore, Napoli
M. Poli, Esercitazioni di FISICA 1, Ed. Pitagora, Bologna.
Firenze, 26 Gennaio 2011
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