Da dove veniamo ?
Dove siamo ?
Dove andremo ?
Corso di Fisica
Cosa dovrete imparare / sapere ???
Cosa dovrete mostrare di sapere /aver imparato??
Saper “VEDERE” ? Saper “CALCOLARE” ?
Che ruoli abbiamo : DOCENTE <-> STUDENTE
Perche?
Meneguzzo - Presentazione
1
40 anni luce : tempo impiegato
dalla luce a percorrere la
distanza Terra-Trappist1 (c = 3
× 108 m/s)
(1 anno= 365*24*3600 s)
Meneguzzo - Presentazione
2
Meneguzzo - Presentazione
4
Giostra ->Schema -> Pendolo conico
Tempo impiegato dalla luce a
percorrere la distanza Terra-Luna
(circa 1,28 secondi).
Meneguzzo - Presentazione
3
1
5
Meneguzzo - Presentazione
Cosa hanno in comune e cosa hanno di
diverso?
c
• Corpi di masse molto diverse ma dimensioni piccole rispetto loro moto
• Stesso ~ moto nel piano orizzontale ( anche se dimensioni diverse ):
circonferenza ..moto circolare
• Approssimazione: modulo velocita’ ~costante ( ogni corpo la sua!!) ma
per tutti cambia direzione curva
velocita’ parallela alla traiettoria-à
qualcosa fa cambiare la direzione della velocita’ cioe’ fornisce
accelerazione normale (centripeta)
Tempo impiegato dalla luce a
percorrere la distanza Terra-Luna
(circa 1,28 secondi).
F=ma/dt
c
F=mdv/dt
• NOTA LA LEGGE CHE MI COLLEGA LA VARIAZIONE DI VELOCITA’
ALLA CAUSA DI TALE VARIAZIONE:
•
per tutti I casi
nella direzione normale-à aN= FN/m
si deve solo capire chi e’ la FN nei vari casi Meneguzzo - Presentazione
Tempo impiegato dalla luce a
percorrere la distanza Terra-Trappist1
40 anni luce (c = 3 × 108 m/s)
(1 anno= 365*24*3600 s)
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c
Meneguzzo - Presentazione
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Meneguzzo - Presentazione
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2
Tempo impiegato dalla luce a
percorrere la distanza Terra-Trappist1
40 anni luce (c = 3 × 108 m/s)
(1 anno= 365*24*3600 s)
c
c
Tempo impiegato dalla luce a
percorrere la distanza Terra-Luna
(circa 1,28 secondi).
c
Meneguzzo - Presentazione
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Meneguzzo - Presentazione
Corso di Fisica
Corso di Fisica
Testi:
• Mazzoldi, Nigro, Voci: “Elementi di Fisica: Meccanica
e Termodinamica” e “Elettromagnetismo”, EdiSES
• Fisica in Laboratorio, Mazzi, Ronchese, Zotto, Esculapio, Bologna
Per consultazione:
• Problemi di Fisica Generale, Zotto, Lo Russo, Edizioni La Dotta
Fisica (matricole PARI) per Ingegneria Meccanica. A.A. 2016/2017
Prof.ssa A.T. Meneguzzo
e-mail: [email protected]
soggetto : fisica studenti
Ricevimento: - Mercoledi h 12.20 -13 solo nel periodo lezioni
- tramite appuntamento posta elettronica
Dipartimento di Fisica e Astronomia, via Marzolo 8, uff. 128/130
Martedi
Mercoledì
Giovedì
Venerdì
08:15-10:15
08:15-10:15
08:15-12:15
08:15-12:15
10
Per informazioni sul corso, lucidi, esami, dispense di Laboratorio, ecc. e per ricevere
avvisi, iscriversi al moodle presente in
https://elearning.unipd.it/dii/
seguire “Anno Accademico 2016 – 2017”, “Corsi di Laurea Triennale”, “Ingegneria
Meccanica ”, “ Fisica (ult.Numero…pari) 2016-2017“
aula M2 Via G. Colombo
M1 Via G. Colombo
P1 Via Paolotti
P1 Via Paolotti
Meneguzzo - Presentazione
Chiave di accesso: Fisica2017M1
Link diretto: https://elearning.unipd.it/dii/course/view.php?id=1042
11
Meneguzzo - Presentazione
12
3
Regolamento del Corso di Fisica
Regolamento del Corso (cont.)
Corso di Laurea in Ingegneria Meccanica
b) Il laboratorio consiste nello svolgimento di alcune esperienze relative alla materia
svolta con valutazione finale; si svolgeranno durante il corso in tre sessioni di due
ore ciascuna. La frequenza e’ obbligatoria e le presenze verranno registrate. Il
test di Laboratorio avverra’ nell’ultima sessione e la valutazione del laboratorio
( da -1 a +1 trentesimi) sara’ sommata alla votazione finale dell’esame.
La prova di esame del corso di FISICA e costituita da
a) una prova scritta propedeutica all orale.
b) esperienze di laboratorio con il relativo test di verifica.
c) una prova orale.
a) La prova scritta consiste nell’applicazione delle leggi studiate per la risoluzione di problemi
proposti e risposte a quesiti di teoria. Il superamento della prova scritta puo avvenire con
diverse modalità, secondo quanto specificato nel seguito.
c) Prova orale.
– Per chi supera i compitini, la prova orale sara’ obbligatoria per chi non risponde
sufficientemente ai quesiti di teoria e per chi vuole registrare un voto >27/30. Tutti
possono sostenere l’orale per migliorare il voto. Nel precompitino ci saranno quesiti di
teoria che costituiranno parte della valutazione per la prova orale.
Prove in itinere: Durante lo svolgimento del corso verranno effettuate tre prove scritte in
itinere. Una prima prova propedeutica con solo soglia minima di ammissione ai due
successivi compitini + due Compitini. Ciascuno dei due compitini si intende superato se il
voto conseguito non è inferiore a 15/30. Lo scritto e superato se la votazione media delle
due compitini e almeno 18/30. Una descrizione dettagliata della materia su cui vertono le
prove verrà fornita durante il corso.
– La prova orale e’ obbligatoria per chi sostiene la prova scritta negli appelli e
consisterera’ nella discussione del compito scritto e in una domanda tra un set di
domande definite fornite preventivamente dal docente.
Prova scritte negli appelli regolari: La prova d esame copre l intero programma del corso . Ci
saranno due appelli nella sessione estiva, uno nella sessione autunnale e uno nella sessione
invernale. Il voto ottenuto nella prova scritta ha la durata di un anno.
–
–
per chi ha superato la prova scritta con votazione inferiore a 21/30.
per chi vuole raggiungere un voto finale superiore a 27/30.
E’ quindi esonerato chi ha una votazione nello scritto maggiore o uguale a 21/30. Lo studente può comunque scegliere di sostenere la prova orale per rimediare la votazione.
Meneguzzo - Presentazione
13
Regolamento del Corso (cont.)
Meneguzzo - Presentazione
14
Regolamento del Corso (cont.)
Informazioni pratiche
Votazione finale.
Per accedere al laboratorio, partecipare ai compitini, ai compiti scritti e agli esami orali
occorre iscriversi in forma elettronica nelle apposite liste presenti nel sito
dell’Università ( UniWEB). Per le prove gli studenti dovranno poi presentarsi fuori dalle
aule almeno un quarto d’ora prima dell’orario d’inizio. Gli studenti dovranno essere muniti del
libretto universitario o, se non disponibile, di un documento col quale possano dimostrare la
loro identità. Durante lo svolgimento delle prove scritte non è ammessa la consultazione di
libri e di appunti di nessun tipo, tranne un (1) foglio A4 con le sole formule utili, che verrà
messo a disposizione nel sito del docente. E’ necessaria una calcolatrice tascabile. E’ inoltre
vietato utilizzare in aula per qualsiasi scopo telefoni cellulari o altri strumenti di
comunicazione.
Organizzazione delle esperienze di laboratorio, parte integrante del corso. Si devono iscrivere
e frequentare il Laboratorio gli studenti che non hanno mai partecipato al Laboratorio di
Ingegneria dell’Universita’ di Padova (*). Per questi la frequenza al laboratorio è obbligatoria
e l’iscrizione, per motivi organizzativi, dovra’ avvenire entro la prima settimana; il calendario
delle esperienze verra’ comunicato successivamente. Gli studenti saranno suddivisi in
squadre, ciascuna costituita da più gruppi di persone ed eseguiranno esperimenti di fisica su
argomenti attinenti il programma svolto in tre sessioni di due ore. Alla fine del corso di
laboratorio verrà svolta una verifica scritta in cui gli studenti saranno tenuti a rispondere a
domande sugli esperimenti effettuati.
- Lo studente con votazione nello scritto ≥ 21/30 e (scritto+laboratorio) ≤ 27/30 ha
confermato il voto scritto+laboratorio. Lo studente può comunque scegliere di sostenere la
prova orale per rimediare la votazione;
- Se il voto finale (scritto+laboratorio) e’ maggiore di 27/30 lo studente può scegliere di non
sostenere la prova orale, nel qual caso il voto definitivo dell’esame è 27/30, oppure sostenere
la prova orale.
Per chi sostiene la prova orale la votazione e’ la media opportunamente pesata della prova
scritta e della prova orale con l’aggiunta della votazione in trentesimi del laboratorio.
Meneguzzo - Presentazione
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(*)Gli studenti che provengono da corsi di Laurea in Ingegneria e che siano in grado di dimostrare di aver frequentato un
corso di laboratorio di Fisica per Ingegneria, sono esentati dal parteciparvi.
Meneguzzo - Presentazione
16
4
Programma del Corso –
Meccanici A. Meneguzzo
Calendario (indicativo) degli esami 2016-17
È necessario verificare le rispettive date in UNIWEB, ed
iscriversi.
1) Misure ed unità di misura: Introduzione. Misura. Grandezze fondamentali. Unità
fondamentali. Unità e dimensioni derivate.
2) Cinematica del punto materiale. Spazio e tempo. Traiettoria e Sistemi di riferimento.
3) Vettori: Grandezze vettoriali. Operazioni tra vettori: prodotto per uno scalare, prodotto scalare,
componenti di un vettore e prodotto vettoriale.
4) Cinematica in una o piu dimensioni: Moto unidimensionale : velocita’ media e
velocita'istantanea. Accelerazione media e accelerazione istantanea. Moto rettilineo (uniforme,
uniformemente accelerato, armonico, smorzato). Rappresentazione vettoriale di posizione,
velocità ed accelerazione ( coordinate ) . Moto curvilineo: velocità, accelerazione tangenziale
e normale. Moto circolare: velocità angolare, accelerazione angolare.
5) Moti relativi: sistemi di riferimento; composizione di velocità e accelerazioni e trasformazioni
Galileiane. Moto relativo traslazione e rotazionale. Composizione di velocità e accelerazioni e
trasformazioni Galileiane. Accelerazione di Coriolis.
6) Dinamica del punto materiale: Leggi di Newton. Prima legge della dinamica (legge d'inerzia).
Sistemi di riferimento inerziali. Forze e seconda legge della dinamica. Terza legge della
dinamica. Le quattro forze fondamentali. Applicazioni varie della seconda legge: forze
elastiche e risoluzione dell'equazione del moto armonico, forze vincolari, attrito e sue
proprietà. Resistenza di un mezzo e velocità limite. Moto circolare uniforme: forza centripeta e
forza tangente. Applicazioni Forze ( pendolo semplice , curva sopraelevata , pendolo conico).
Compitini
Test ammissione compitini : 28 Marzo 2017 ore 9.00 aula M2
Primo compitino :
6 Maggio 2017 ore 9.00
Secondo compitino:
9(?) o 12 (?) Giugno 2017 ore 9.00
Sessione Estiva
Primo appello scritto:
20 Giugno 2017
Primo appello orale:
xx Giugno 2017
Secondo appello scritto: 17 Luglio 2017
Secondo appello orale: xx Luglio 2016
Sessione Autunnale
Appello scritto: 19 settembre 2017
Appello orale: xx settembre 2017
Sessione Invernale
Appello scritto: xx Febbraio 2017.
Meneguzzo - Presentazione
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Programma del Corso -2
Meneguzzo - Presentazione
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Programma del Corso - 3
7) Quantità di moto e momento angolare. Momento di una forza. 2a legge della dinamica in
forma angolare.
8) Lavoro ed energia: Lavoro di una forza e potenza. Energia cinetica. Unità di energia. Lavoro di
una forza costante. Energia potenziale e relazioni con il lavoro. Relazione tra momento della
forza ed energia potenziale nel moto curvilineo piano. Conservazione dell'energia di una
particella e forze conservative. Forze non conservative ed energia dissipata. Forza ed
energia nel moto armonico semplice. Pendolo semplice. Oscillazioni.
9) Dinamica di Sistemi di particelle: Moto del centro di massa di un sistema di particelle: sistema
isolato e sistema soggetto a forze esterne. Momento angolare di un sistema di particelle. II
equazione della dinamica. Energia cinetica di un sistema di particelle. Teoremi di Koenig.
Energia interna di un sistema di particelle. Leggi di conservazione di un sistema di punti
materiali.
10) Urti tra particelle. Urti elastici e anelastici.
11) Corpo Rigido e dinamica Corpo rigido: Moto di un corpo rigido. Momento assiale.
Applicazione della II equazione della dinamica al moto di rotazione di un corpo rigido.
Teorema di H.S.Energia cinetica di rotazione di un corpo rigido.
Moto di puro rotolamento ed energia nel moto di puro rotolamento. Equilibrio di un corpo
rigido.
12) Forze Centrali e proprieta'. Forza centrale e moto di un corpo in un campo di forze centrali
( leggi di Keplero).Forza gravitazionale ( massa gravitazionale ) e forza elettrostatica ( carica
elettrica).
Meneguzzo - Presentazione
13) Forza Elettrostatica ( carica elettrica). Proprietá dei materiali ( Isolanti e conduttori). Concetto
di campo e Campo elettrostatico. C.E. di una o piu' cariche puntiformi. Accenni a campo di
cariche distribuite con densitá costante. Legge di Gauss. Applicazioni L. di Gauss ( filo
infinito, piano infinito ). Lavoro e potenziale elettrostatico. Conduttori: campo e potenziale;
applicazioni. Forza di Lorentz. Moto di una carica Elettrica in un campo elettrostatico .
14) Fluidi: Massa volumica e pressione. Fluidi a riposo. Moto di fluidi. Legge di Bernoulli e leggi
derivate (Stevino, Archimede).
15) Termodinamica: Gas ideali. Lavoro. Lavoro adiabatico ed Energia interna. Scambi di calore,
Principio zero e Temperatura. Primo principio della termodinamica. Processi reversibili e
irreversibili. Trasferimento del calore , Capacità termica e Calore specifico. Trasformazioni
reversibili: isoterme, isobare, isocore adiabatiche.
Processi reversibili e irreversibili. Esercizi ed Applicazioni I principio Termodinamica. Teoria
cinetica dei gas.
19
Meneguzzo - Presentazione
20
5
****
Galileo Galilei
15 February 1564 – 8 January 1642
[Il libro della natura]… non si può
intendere se prima non si impara
a intender la lingua, e conoscere i
caratteri, ne’ quali è scritto.
Egli è scritto in lingua matematica, e i
caratteri son triangoli, cerchi,
ed altre figure geometriche, senza i
quali mezzi è impossibile intenderne
umanamente parola; senza questi è un
aggirarsi vanamente per un oscuro
laberinto.
Galileo Galilei, Il Saggiatore
www.cern.ch
(sperimentale - galileiano)
• Esperimento riproducibile
in ogni tempo e in ogni luogo
• Valutazione dell errore
• Elaborazione della teoria
• Uso della matematica
• Analisi statistica dei dati
- Galileo si domanda :” che cosa l'uomo vuole arrivare a conoscere nella sua
ricerca? «O noi vogliamo specolando tentar di penetrar l'essenza vera ed
intrinseca delle sustanze naturali; o noi vogliamo contentarci di venir in
notizia d'alcune loro affezioni»
Meneguzzo - Presentazione
Metodo scientifico
21
Meneguzzo - Presentazione
22
23
Meneguzzo - Presentazione
24
23.09.2011: OPERA experiment
invites scrutiny of unexpected results
The OPERA experiment, which
observes a neutrino beam from
CERN 730 km away at Italy's INFN
Gran Sasso Laboratory, will present new
results in a seminar at CERN today.
The OPERA result is based on the
observation of over 15000 neutrino events
measured at Gran Sasso, and appears to
indicate that the neutrinos travel at a
velocity 20 parts per million above the
speed of light, nature s cosmic speed limit.
Given the potential far-reaching
consequences of such a result,
independent measurements are needed
before the effect can either be refuted
or firmly established. This is why the
OPERA collaboration has decided to open
the result to broader scrutiny.
A view of the OPERA detector in Gran
Sasso, Italy. Neutrino beams from
CERN in Switzerland are sent over
700 km through the Earth's crust
to the laboratory in Italy.
Meneguzzo - Presentazione
6
Fisica: scienza sperimentale
Fisica: scienza sperimentale
Studia i processi del mondo fisico e stabilisce un certo numero di leggi
con le quali si possono descrivere il maggior numero dei fenomeni
osservabili e si possono predire i risultati di nuove esperienze.
Studia i processi del mondo fisico e stabilisce un certo numero di leggi
con le quali si possono descrivere il maggior numero dei fenomeni
osservabili e si possono predire i risultati di nuove esperienze.
Questi fenomeni devono allora essere osservati e misurati
Scoperta di una nuova legge fisica o verifica di una ipotesi teorica
Il processo di misura è alla base di tutte le teorie fisiche e consiste nella
valutazione relativa tra grandezze della stessa specie
Individuazione delle grandezze significative OSSERVABILI
In questo processo sono coinvolti tre sistemi:
1) sistema oggetto
2) unità di misura
3) sistema di misura
Misura delle grandezze, con un procedimento chiaro e ripetibile,
possibilmente variando i parametri in gioco
Legge fisica: legge quantitativa che esprime, con il linguaggio della
matematica, una relazione tra le grandezze misurate
Il processo di misura definisce la grandezza fisica
(definizione operativa di una grandezza fisica)
Meneguzzo - Presentazione
25
Grandezze fisiche
Meneguzzo - Presentazione
26
Sistema Internazionale (S.I.) di Unità di Misura
Grandezze fondamentali, la cui misura è diretta:
- definizione di un procedimento (ripetibile)
di misura
- definizione di un “campione” di riferimento e di
una unità di misura
Esempi:
grandezza fisica
Grandezza
unità di misura
metro
secondo
chilogrammo
grado Celsius
Lunghezza
Tempo
Massa
Temperatura
metro
tempo
secondo
massa
kilogrammo
temperatura
corrente elettrica
Grandezze la cui misura è indiretta (“grandezze derivate”):
espresse come funzioni delle “grandezze dirette”
Esempi:
Unità
lunghezza
Simbolo
s
kg
9192631,77 periodi della radiazione prodotta
dalla transizione tra i due livelli iperfini dello
stato fond. dell’atomo di Cesio 133
massa del campione di Pt-Ir cons. a Sèvre
Kelvin
K
1/273,16 della temperatura
assoluta del punto triplo dell’acqua
ampère
A
intensità di corrente che in due conduttori
rettilinei paralleli di lunghezza infinita posti
a distanza di 1 m produce una forza di 2 10-7 N
intensità luminosa di 1/683 di watt per steradiante di
radiazione di frequenza 540 · 1012 Hertz
intensità luminosa candela
cd
velocità, accelerazione, energia cinetica,
Meneguzzo - Presentazione
Definizione
m 1/299.792.458 dello spazio percorso
dalla luce nel vuoto in 1 s
27
Meneguzzo - Presentazione
28
7
Ordini di grandezza
Ordini di grandezza: distanze
Distanze:
log10 r(m)
-18
-15
elettrone
nucleo
-10
atomo
-7
l luce vis.
0
Uomo
7
13
Sistema solare
26
Confini
Universo
Galassia più vicina
diametro Terra
22
Tempi:
dimensioni dell’ Universo: ≅ 1010 anni-luce (≅ 1026 m)
distanza della galassia più vicina (Andromeda , M31): ≅ 2.5 106 a.-l.
log10 t(s)
-15
Periodo di
oscill. del
campo e.m.
della luce visibile
( c = λν = λ / τ)
-3
Periodo di
oscillazione di una
nota musicale
(ν la= 440 Hz)
5
7
“anno”
15
“giorno”
17
Età dell’
Universo
10
(10 anni)
Periodo di rivoluzione
del Sole nella nostra Galassia
(~220 milioni di anni)
Masse :
dimensioni della nostra galassia
(Via Lattea, simile ad Andromeda): ≅ 1.6 105 a.-l.
log10 m(kg)
-30
elettrone
-27
protone
-7
batterio
2
Uomo
24
Terra
30
Sole
42
Galassia
Meneguzzo - Presentazione
30
29
Ordini di grandezza: distanze
Prefissi delle unità di misura
Terra
Marte
Mercurio
dimensioni del
sistema solare :
Prefisso
Venere
150 106 Km ≡1 U.A ≅ 8.5 min-luce
≅ 1010 Km
≅ 10 ore-luce
Plutone
Nettuno
Multipli
Giove
Urano
Diametro del:
Sole: 1,4 106 Km
Saturno
Terra : 12 740 Km
1010 Km
31
Giove: 140 000 Km
Simbolo
Fattore
yotta-
Y-
1024
zetta-
Z-
1021
exa-
E-
1018
peta-
P-
1015
tera-
T-
1012
giga-
G-
109
mega-
M-
106
kilo-
k-
103
etto-
h-
deca-
da-
101
deci-
d-
10-1
centi-
c-
10-2
10-3
102
milli-
m-
micro-
m-
nano-
n-
10-9
pico-
p-
10-12
femto-
f-
10-15
atto-
a-
10-18
zepto-
z-
10-21
yocto-
y-
10-24
10-6
Sottomultipli
Meneguzzo - Presentazione
32
8
Limiti Fisica classica -> Fisica Quantistica
Nel processo di misura c’è interazione fra l’oggetto
e l’apparato di misura
Se si sbagliano
le unità di misura...
Questo implica una perturbazione dell’oggetto
http://mars.jpl.nasa.gov/msp98/news/mco991110.html
Fisica classica:
si può sempre costruire un apparato di misura in modo che la
perturbazione sia minima
"The 'root cause' of the loss of the spacecraft
was the failed translation of English units into
metric units in a segment of ground-based,
navigation-related mission software, as NASA
has previously announced,"
A livello atomico la fisica classica perde validità
Fisica quantistica:
il sistema oggetto risulta perturbato sensibilmente nel
processo stesso di misura
Meneguzzo - Presentazione
33
Meneguzzo - Presentazione
34
9
