UNIVERSITÀ DEGLI STUDI DELL'AQUILA
CORSI DI INGEGNERIA
A.A. 2014/2015
Fisica generale I ( I3A )
- Filipponi Adriano - Profeta Gianni (Aggiornato il 24-02-2015)
Contenuti del corso (abstract del programma):
Meccanica del punto materiale e dei sistemi. Fisica dei fluidi e termodinamica.
Programma esteso:
(programma preliminare)
1. Concetti introduttivi e cinematica del punto
Grandezze fisiche, dimensioni fisiche e sistemi di unità di misura, relazioni fra grandezze fisiche. Sistemi
meccanici e gradi di libertà: il punto materiale e il corpo rigido. La cinematica come nuova scienza (G. Galilei)
e la formulazione moderna basata su concetti di analisi matematica. Legge oraria del moto, velocità ed
accelerazione: quantità medie e istantanee. Grandezze fisiche vettoriali, composizione e operazioni con i
vettori. Moti rettilinei e moti curvi (circolare, parabolico) nel piano.
2. Dinamica del punto materiale
I principi della dinamica (Galilei, Newton). Le equazioni differenziali e la natura deterministica del moto.
Forze e loro origine, contatto o azione a distanza, forze fondamentali gravitazionale (legge di Coulomb), forza
peso, forze elastiche e reazioni vincolari, legge di Hooke. I sistemi unidimensionali con forze dipendenti
unicamente dalla posizione e la conservazione dell'energia meccanica. Discussione qualitativa del moto e
diagrammi posizione energia. Oscillatore armonico e pendolo. Il caso del moto nello spazio, lavoro delle forze
e variazione dell'energia cinetica. Forze conservative ed energia potenziale. Forze dissipative e loro origine,
attrito radente, viscoso e quadratico nella velocità. Momento angolare e momento di una forza. Forze centrali e
riduzione a problemi unidimensionali. Forze apparenti in sistemi non inerziali. L'oscillatore armonico con
attrito viscoso, soluzione dell'equazione differenziale lineare del secondo ordine a coefficienti costanti. I
regimi di smorzamento sovra e sotto critico. Il caso dell'oscillatore con una forzante sinusoudale e il fenomeno
della risonanza in meccanica.
3. Dinamica dei sistemi e del corpo rigido
Sistemi di punti: forze interne e forze esterne. Il terzo principio della dinamica e natura delle forze interne.
Definizione e ruolo del centro di massa per un sistema di punti materiali. Il problema dei due corpi e la massa
ridotta. Il momento angolare e le equazioni cardinali della dinamica dei sistemi. Esempi di conservazione della
quantità di moto e del momento angolare. Forze impulsive e urti tra punti materiali, il caso elastico e anelastico.
Corpi rigidi, centro di massa, momento angolare e momento di inerzia. Teoremi di Koenig. Teorema di
Huygens-Steiner. Calcolo della posizione e del momento di inerzia di corpi rigidi ad elevata simmetria.
L'energia cinetica di un corpo rigido. Esempi del moto in cui la direzione del momento angolare non cambia:
il rotolamanto di un corpo rigido di forma cilindrica, il pendolo composto. Urto tra punti materiali e corpi
rigidi vincolati e non vincolati.
4. Meccanica dei fluidi e Termodinamica
Natura e proprietà di un fluido. Fluido in equilibrio meccanico e legge di Stevino. La pressione di un fluido. La
forza di Archimede. Il teorema di Bernoulli: applicabilità e sue conseguenze. I limiti della descrizione fornita
dalla meccanica e necessità di introdurre la grandezza fisica temperatura. Da un sistema meccanico
macroscopico ad un sistema termodinamico (f,l,T) o (P,V,T). Equilibrio termodinamico, stato termodinamico,
variabili di stato, equazione di stato e funzioni di stato. Trasformazioni termodinamiche reversibili e
irreversibili. Il calcolo del lavoro su una trasformazione. Scambi di calore in assenza di lavoro meccanico e
variazioni di temperatura. Il primo principio della termodinamica e l'esistenza della funzione di stato energia
interna. I sistemi termodinamici ideali e l'origine microscopica dell'energia interna. Il caso del gas ideale.
Equazione di stato, energia interna, e principali trasformazioni reversibili: isoterme, isobare e isocore e
adiabatiche: calcolo del lavoro eseguito e del calore scambiato (calori specifici). Le trasformazioni cicliche. Il
ciclo di Carnot e il rendimento di una macchina termica. Trasformazioni cicliche in macchine termiche e
macchine frigorifere. Il secondo principio della termodinamica, equivalenza fra enunciati storici. Il Teorema di
Carnot e la temperatura termodinamica assoluta. Disuguaglianza e integrale di Clausius. La funzione di stato
entropia. Entropia e trasformazioni irreversibili. Il fenomeno della conduzione del calore e legge di Fourier.
Applicazioni della termodinamica alla descrizione dei fenomeni naturali e al risparmio energentico.
Modalità d'esame:
L'esame si svolgerà con una prova scritta e una prova orale. Nella prova scritta lo studente dovrà dimostrare la
capacità di impostare e risolvere problemi di Fisica Generale. Nella prova orale saranno ulteriormente valutate
le capacità espositive e di ragionamento. Durante il semestre saranno svolte prove parziali scritte in itinere
aperte agli studenti regolarmente iscritti e frequentanti l'insegnamento nell'A.A. 2014/15. Gli esiti e gli
eventuali esoneri totali o parziali dalla prova scritta saranno comunicati tramite la segreteria virtuale. Gli
esoneri sono validi solo per la II sessione di esami. Gli studenti (salvo i casi di esonero totale) dovranno
sostenere una prova scritta. NOTA BENE: le prove scritte previste sono visibili dalla segreteria virtuale come
PROVE PARZIALI. E' obbligatoria la prenotazione entro le scadenze previste. Gli studenti dovranno anche
prenotarsi per un appello di esame orale entro le scadenze previste: per ogni appello sono previsti vari turni nei
quali saranno smistate le prenotazioni. Solo gli studenti esonerati o che hanno superato la prova scritta
potranno sostenere la prova di esame orale. Ulteriori informazioni sono disponibili al link:
http://cdlfisica.aquila.infn.it/A.Filipponi/corsi/I0199/Info-Prove-Esame-I0199.pdf
Risultati d'apprendimento previsti:
Questo insegnamento ha l'obiettivo di consolidare le conoscenze di base della meccanica e termodinamica e
fornire allo studente le competenze per poter schematizzare un fenomeno e applicare le conoscenze alla
previsione del comportamento di un sistema meccanico o termodinamico.
Link al materiale didattico:
http://cdlfisica.aquila.infn.it/A.Filipponi/corsi/I0199-1415.html
Testi di riferimento:
P. Mazzoldi, M. Nigro e C. Voci ``Elementi di Fisica Vol. 1 - Meccanica e Termodinamica' EdiSES, Napoli
(2007).
ISBN:9788879594189
