FACOLTÀ
ANNO ACCADEMICO
CORSO DI LAUREA
INSEGNAMENTO
TIPO DI ATTIVITÀ
AMBITO DISCIPLINARE
CODICE INSEGNAMENTO
ARTICOLAZIONE IN MODULI
NUMERO MODULI
SETTORI SCIENTIFICO DISCIPLINARI
DOCENTE RESPONSABILE
CFU
NUMERO DI ORE RISERVATE ALLO
STUDIO PERSONALE
NUMERO DI ORE RISERVATE ALLE
ATTIVITÀ DIDATTICHE ASSISTITE
PROPEDEUTICITÀ
ANNO DI CORSO
SEDE DI SVOLGIMENTO DELLE
LEZIONI
ORGANIZZAZIONE DELLA DIDATTICA
MODALITÀ DI FREQUENZA
METODI DI VALUTAZIONE
TIPO DI VALUTAZIONE
PERIODO DELLE LEZIONI
CALENDARIO DELLE ATTIVITÀ
DIDATTICHE
ORARIO DI RICEVIMENTO DEGLI
STUDENTI
Ingegneria
2012-2013
Ingegneria dell’Energia
FISICA I
Di base
Fisica e chimica
15540
NO
FIS/03
Alfonso Mangione
Docente a contratto
Università degli Studi di Palermo
9
129
96
Nessuna
I
Consultare il sito www.ingegneria.unipa.it
Lezioni frontali, ed Esercitazioni in aula
Facoltativa
Prova Orale e Prova Scritta
Voto in trentesimi
Consultare il sito www.ingegneria.unipa.it
Consultare il sito www.ingegneria.unipa.it
Da definire
RISULTATI DI APPRENDIMENTO ATTESI
Conoscenza e capacità di comprensione
Lo studente al termine del Corso avrà conoscenza delle problematiche riguardanti la costruzione di
un modello fisico per la descrizione dei fenomeni naturali attraverso schematizzazione,
osservazione, previsione e verifica sperimentale; avrà acquisito i concetti di grandezza fisica, di
equazione del moto e il significato delle variabili cinematiche; avrà acquisito dimestichezza con le
leggi fondamentali della meccanica e la loro applicazione ad alcuni tipi di forza come gli attriti le
forze gravitazionali, le forze di richiamo, l’azione di vincoli e tensioni agenti su un sistema; avrà
compreso l’importanza dei principî di conservazione dell'energia meccanica, della quantità di moto
e del momento angolare e la loro utilità nella risoluzione di un’ampia classe di problemi; avrà
inoltre studiato e fatto propri i principî e le leggi della statica e della dinamica dei fluidi.
Lo studente avrà infine acquisito conoscenze riguardanti la termodinamica, i suoi principî, le
trasformazioni termodinamiche e i concetti di energia interna di un gas, lavoro, calore ed entropia.
In particolare, lo studente sarà in grado di comprendere problematiche inerenti alla trasformazione
del calore in lavoro, al rendimento di un ciclo termodinamico e alla variazione di entropia,
distinguendo tra trasformazioni reversibili e irreversibili.
Capacità di applicare conoscenza e comprensione
Lo studente saprà individuare le variabili e le incognite necessarie alla costruzione di un modello
fisico; affinerà inoltre le capacità di utilizzo dei principî e delle leggi della Fisica con applicazioni a
situazioni concrete; sarà in grado di risolvere esercizi e problemi di Meccanica e Termodinamica
facendo eventualmente ricorso ai principî di conservazione; utilizzando strumenti di analisi
matematica (derivazione e calcolo integrale) saprà individuare e calcolare le forze e i momenti
torcenti presenti in un sistema meccanico, scrivendo e risolvendo le relative equazioni del moto.
Sarà infine in grado di analizzare semplici problemi legati ai moti periodici ed a sistemi posti in
oscillazione; sarà infine in grado di ottenere, in varie trasformazioni termodinamiche e in
particolare in quelle cicliche, il valore delle grandezze coinvolte (lavoro, calore, energia interna ed
entropia) e/o delle loro variazioni.
Autonomia di giudizio
Lo studente sarà in grado di stabilire se in un dato problema va utilizzata un approccio “dinamico”
(analisi del sistema in termini di forze e momenti torcenti) o, diversamente, un approccio
“energetico” (analisi del sistema attraverso l’applicazione del principio di conservazione
dell’energia meccanica), valutando se, a seconda del caso in esame, possano essere applicati altri
principî di conservazione (quantità di moto e momento angolare); sul moto in condizioni di attrito,
valutando come le forze dissipative, solitamente presenti in natura, possano far variare la
“percezione” e il significato dei principî della dinamica quando si considerano sistemi reali.
Lo studente, risolvendo esercizi e problemi di Termodinamica, saprà interpretare il significato dei
valori calcolati per le grandezze coinvolte, mettendole in relazione col funzionamento di macchine
termiche e frigorigene reali.
Abilità comunicative
Lo studente acquisirà la capacità di comunicare ed esprimere problematiche riguardanti l’oggetto
del corso. Sarà in grado di sostenere conversazioni su argomenti di Meccanica e Termodinamica,
riferendosi ai principî su cui esse si fondano e facendo considerazioni qualitative su specifici
problemi; in una discussione sul moto di uno o più oggetti, eventualmente interagenti, saprà
indicare quali forze e momenti torcenti concorrono a determinare tale moto e quali sono le quantità
eventualmente conservate all’interno del sistema considerato.
Capacità d’apprendimento
Lo studente avrà acquisito e affinato le capacità di consultare libri e riviste scientifiche. Ciò gli
consentirà di comprendere meglio gli argomenti affrontati durante il corso, trovando applicazioni
concrete dei principî e delle leggi studiati in Meccanica e Termodinamica.
Questo permetterà allo studente di proseguire gli studi ingegneristici con maggiore indipendenza
intellettuale ed accresciute capacità nell’operare valutazioni e nel prendere decisioni.
OBIETTIVI FORMATIVI
La conoscenza adeguata degli aspetti metodologici-operativi relativi agli argomenti oggetto del
corso e la capacità di utilizzare tale conoscenza per interpretare e descrivere i problemi
dell'ingegneria.
ORE FRONTALI
30
2
LEZIONI FRONTALI
Meccanica
Argomenti introduttivi
Sistemi di unità di misura, unità di misura, grandezze scalari e grandezze
vettoriali. Proprietà dei vettori e operazioni: proprietà commutativa,
distributiva, associativa; scomposizione in coordinate cartesiane e in
coordinate polari; somma, differenza, prodotto scalare e prodotto vettoriale,
momento di un vettore rispetto ad un polo e cambiamento del polo.
5
Cinematica del punto
Spazio, tempo, velocità, accelerazione, traiettoria, legge oraria, centro di
curvatura. Moto rettilineo uniforme, moto rettilineo uniformemente
accelerato, moto verticale di un corpo, moto armonico semplice, moto
rettilineo smorzato esponenzialmente. Moto circolare: velocità angolare, moto
circolare uniforme, accelerazione angolare, moto circolare uniformemente
accelerato, definizione vettoriale della velocità angolare. Moto parabolico dei
corpi: gittata, altezza massima, tempo di volo.
5
Dinamica del punto materiale
Punto materiale. Principio d’ inerzia, interazioni gravitazionale,
elettromagnetica, forte e debole. Legge di newton, massa inerziale, limiti di
validità (sistemi inerziali e limite relativistico). Principio di azione e reazione,
quantità di moto ed impulso, teorema dell’ impulso, principio di
conservazione della quantità di moto. Equilibrio di un punto materiale:
reazioni vincolari, risultante delle forze. Forza centripeta, forza peso, forze di
attrito radente statico e dinamico. Piano inclinato. Forza elastica, forza di
attrito viscoso, moto dei corpi in aria. Pendolo semplice.
5
Lavoro ed energia per punto materiale
Lavoro, potenza, teorema dell’ energia cinetica, lavoro della forza peso,
lavoro della forza elastica, lavoro della forza di attrito radente. Forze
conservative, conservazione dell’ energia meccanica. Momento angolare,
conservazione del momento angolare, teorema del momento e dell’ impulso.
2
Moti relativi
Velocità e accelerazione relativa, relatività galileiana, moto rotatorio
uniforme di trascinamento.
5
Sistemi di più punti materiali
Definizioni, cambio di sistema di riferimento; quantità di moto; centro di
massa, moto del centro di massa; conservazione della quantità di moto;
teorema del momento angolare, conservazione del momento angolare; sistema
di riferimento del centro di massa; primo e secondo teorema di Koenig;
riduzione ad una risultante e ad una coppia; sistema di forze parallele, centro
delle forze parallele, baricentro.
6
Corpo rigido-I parte
Moto rigido, sistema di riferimento inerziale, del centro di massa e solidale;
moto di traslazione e di rotazione; sistemi discreti e sistemi continui;
passaggio al continuo, densità; centro di massa per sistemi continui; momento
risultante per la forza peso in sistemi continui; momento d’ inerzia; equazioni
del moto per corpi rigidi; energia cinetica, lavoro e potenza del corpo rigido
in rotazione; non parallelismo tra momento angolare e velocità angolare.
Teorema di Huygens-Steiner, teorema di H-S e teorema di Koenig. Pendolo
composto
18
ESERCITAZIONI
TESTI
CONSIGLIATI
ORE FRONTALI
30
4
3
5
3
4
3
3
5
LEZIONI FRONTALI
Corpo rigido-II parte
Moto di puro rotolamento, attrito volvente. Momento dell’ impulso. Leggi di
conservazione nel moto di un corpo rigido. Equilibrio di un corpo rigido.
Proprietà elastiche dei solidi: trazione, compressione, legge di Poisson,
deformazione plastica ed isteresi, scorrimento, torsione.
Fenomeni d’urto
Urti tra due punti materiali, sistema del laboratorio e sistema del centro di
massa. Urto completamente anelastico, urto elastico, urto anelastico, urti tra
punti materiali e corpi rigidi e tra corpi rigidi
Proprietà meccaniche dei fluidi
Fluidi: definizioni, pressione. Legge di Stivino, vasi comunicanti, manometro
ad U, barometro di Torricelli, principio di Archimede. Fluido ideale e fluido
reale, viscosità. Regime stazionario, linee di corrente, tubo di flusso, portata,
teorema di Bernoulli.
Termodinamica
Argomenti introduttivi
Sistema termodinamico aperto, chiuso e isolato: definizioni. Variabili
estensive ed intensive, stato termodinamico, equilibrio termodinamico,
equazione di stato. Trasformazione termodinamica. Temperatura, principio
dell’ equilibrio termico, sistema adiabatico, termometro, punto fisso, grado
Kelvin, scale Celsius e Fahrenheit.
Primo principio della termodinamica
Calore, esperienze di Joule, primo principio della termodinamica, energia
interna. Trasformazioni adiabatiche, trasformazioni reversibili ed irreversibili.
Calorimetria
Trasmissione di calore tra copri a contatto a diversa temperatura, calore
specifico, capacità termica, calore specifico nei solidi. Processi isotermi,
cambiamenti di fase, calore latente. Trasmissione del calore: conduzione,
legge di Fourier; convezione; irraggiamento, legge di Stefan-Boltzmann.
Dilatazione termica nei solidi e nei liquidi.
Leggi dei gas
Gas ideali, legge isoterma di Boyle, legge isobara di Volta-Gay Lussac, legge
isocora di Volta-Gay Lussac, legge di Avogadro, equazione di stato dei gas
ideali. Lavoro di un gas. Calore specifico a pressione costante e a volume
costante. Espressione dell’ energia interna del gas ideale, relazione di Mayer,
espressione dei calori specifici per gas ideali monoatomici e biatomici.
Trasformazioni adiabatiche; trasformazioni isocore; trasformazioni isobare,
entalpia. Trasformazioni cicliche, ciclo di Carnot.
Secondo principio della termodinamica
Enunciato di Kelvin-Plank ed enunciato di Clausius, irreversibilità; enunciato
del teorema di Carnot; entropia, formulazione matematica del secondo
principio, principio di aumento dell’ entropia.
18
TESTI
CONSIGLIATI
ESERCITAZIONI
