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Fisica generale I


Denominazione del corso: Fisica generale I
Corso di studi: I3A - Laurea in Ingegneria Civile e Ambientale
Quadrimestre/Semestre:
Anno:
Numero di moduli: 1
Crediti: 9
Ore: 90
Tipologia: A - Attività formative di base
Struttura: monodisciplinare
Settore Scientifico Disciplinare: FIS/01 (Fisica Sperimentale)

Docente: Adriano Filipponi (20 ore). Titolo copertura: cattedra (prof. ordinario)
Orario di ricevimento: Durante le lezioni: Lunedi` 14:00-15:00 e Mercoledi` ore 13:00-14:00, Roio, Aula A-1.4 Dopo le fine delle lezioni: consultare il link http://cdlfisica.aquila.infn.it/A.Filipponi/corsi/I0199-1617.html

Docente: Simone Paganelli (70 ore). Titolo copertura: cattedra (prof. associato)
Orario di ricevimento: Mercoledì 15.00-16.00. Coppito I, stanza 1093, primo piano


Programma sintetico del corso:

Meccanica del punto materiale e dei sistemi. Termodinamica.

Programma esteso del corso:

Link Programma completo (PDF)    (Aggiornato il 28-09-2018)

1. Grandezze fisiche Il metodo scientifico. Grandezze fisiche e loro misurazione. Dimensioni fisiche delle grandezze fisiche e analisi dimensionale di una formula. Incertezza su una misura e cifre significative.Grandezze scalari e vettoriali. Vettori: notazione vettoriale, somma e differenza di vettori, prodotto di uno scalare per un vettore, versori, scomposizione di vettori, rappresentazioni di un vettore, prodotto scalare, prodotto vettoriale, derivata di un vettore e di un versore, momento di un vettore.

2. Cinematica del punto Punto materiale. Cinematica in una dimensione: legge oraria, velocità media e istantanea, accelerazione media e istantanea, grafici orari, calcolo della velocità e dell’accelerazione a partire dalla legge oraria e formule inverse. Moto rettilineo uniforme. Moto rettilineo uniformemente accelerato. Moto armonico semplice. Cinematica nel piano: vettori spostamento, velocità ed accelerazione, traiettoria, componenti cartesiane, componenti tangenziale e centripeta, componenti polari. Moto circolare uniforme: velocità ed accelerazione angolare. Moto circolare vario. Velocità ed accelerazione angolare nella notazione vettoriale. Moto parabolico.

3. Dinamica del punto materiale Il principio d’inerzia. Il concetto di forza. Le leggi di Newton. Sistemi inerziali e non inerziali. Quantità di moto ed impulso. Risultante delle forze, equilibrio e reazione dei vincoli. Forza peso. Forza di attrazione gravitazionale. Forza d’attrito radente statico e dinamico. Forza elastica. Forze centripete. Tensione dei fili. Il piano inclinato. Il pendolo semplice. Forza di attrito viscoso. Molle uguali in serie e parallelo. Condizione di distacco dal vincolo. Guida circolare verticale. Lavoro di una forza. Potenza. L’energia cinetica e teorema dell’energia cinetica. Forze conservative ed energia potenziale. Relazione tra forza conservativa e gradiente del suo potenziale. Conservazione dell’energia meccanica. Lavoro della forza peso e della forza elastica. Lavoro di una forza d’attrito radente. Momento angolare e momento di una forza. Moto rotatorio intorno ad un asse e precessione di un vettore con modulo costante. Equazioni di Poisson. Velocità e accelerazioni relative. Forze apparenti.

4. Dinamica dei sistemi di punti materiali Sistemi di punti: forze interne e forze esterne. La definizione del centro di massa per un sistema di punti materiali. Il teorema del moto del centro di massa. Conservazione della quantità di moto. Teorema del momento angolare. Equazioni Cardinali. Impulso angolare. Conservazione del momento angolare. Sistema di riferimento del centro di massa. Teoremi di Koenig. Forze impulsive. Urti tra due punti materiali. Urto nel sistema del centro di massa e coefficiente di restituzione. Urto completamente anelastico. Urto elastico. Urto a una parete fissa. Esplosioni. Rinculo.

5. Dinamica del corpo rigido e cenni di statica Definizione e proprietà del corpo rigido. Moto di un corpo rigido. Corpo continuo omogeneo e disomogeneo. Definizione di densità di volume di superficie e lineare. Assi e piani di simmetria di un corpo rigido. Definizione e calcolo della posizione del centro di massa. Rotazioni rigide intorno ad un asse fisso in un sistema di riferimento inerziale. Calcolo del momento angolare e definizione di momento d’inerzia. Momento assiale e componente normale del momento angolare sollecitazioni del vincolo. Equazione del moto di rotazione. Energia cinetica, lavoro e potenza nel moto di rotazione. Teorema di Huygens- Steiner. Calcolo dei momenti d’inerzia. Pendolo composto. Il moto di puro rotolamento. Studio dei problemi d’urto tra punti materiali e corpi rigidi vincolati e non vincolati: condizioni fisiche per l’applicazione delle leggi di conservazione. Condizioni di equilibrio per un corpo rigido. Sistemi di forze equivalenti. Sistema di forze parallele e centro di massa. Studio della distribuzione delle forze vincolari su due punti di contatto. Studio del punto di applicazione della risultante delle forze vincolari su di una superficie di appoggio.

6. Sistemi termodinamici Descrizione macroscopica, sistema termodinamico, ambiente, equilibrio termodinamico, equilibrio termico, variabili termodinamiche, temperature e termometri. Calorimetria, calore specifico di un solido e di un liquido, cambiamenti di fase e calore latente. Dilatazione termica. Passaggio di stato e calore latente. Conduzione del calore attraverso una parete. Esperimento di Joule. Equivalenza Lavoro-Calore. Energia interna e primo principio della termodinamica, convenzione sui segni del calore e lavoro, trasformazioni termodinamiche reversibili ed irreversibili.

7. Gas perfetti Equazione di stato dei gas perfetti, piano di Clapeyron, trasformazioni e lavoro. Espansione libera di Joule e d energia interna. Teoria cinetica dei gas ideali e dipendenza dalla temperatura dell’energia interna. Calore specifico a volume e pressione costante, relazioni di Mayer. Trasformazioni adiabatiche, isoterme, isocore, isobare. Trasformazioni cicliche. rendimento, ciclo di Carnot e di Stirling, cicli frigoriferi e pompe di calore, COP.

8. Secondo principio della termodinamica Enunciati del secondo principio, equivalenza tra l'enunciato di Kelvin-Planck e di Clausius, teorema di Carnot, teorema di Clausius, la funzione di stato entropia. Principio di aumento dell'entropia. Calcolo della variazione di entropia per una trasformazione di un gas perfetto, isoterme, isocore, isobare e adiabatiche. Caso dell'espansione libera. Calcolo della variazione di entropia nelle trasformazioni adiabatiche, negli scambi di calore tra sorgenti ideali e non, durante cambiamenti di fase. Energia non utilizzabile


Testi consigliati:

P. Mazzoldi, M. Nigro e C. Voci ``Elementi di Fisica Vol. 1 - Meccanica e Termodinamica' EdiSES, Napoli (2007).
ISBN: 9788879594189

M. Villa, A. Uguzzoni “Esercizi di Fisica. Meccanica” Casa Editrice Ambrosiana

S. Focardi, I. Massa, A. Uguzzoni, M. Villa "Fisica Generale - Meccanica e Termodinamica"

            
            
                         


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. Sarà possibile sostenere la prova orale solo se si è ottenuta una votazione maggiore o eguale a 15/30 alla prova scritta. Durante il semestre saranno svolte prove parziali scritte in itinere aperte agli studenti frequentanti.

La prova scritta consiste nello svolgimento di tre esercizi: uno di meccanica del punto (10 punti) uno di meccanica dei sistemi e del corpo rigido (12 punti) e uno di termodinamica (8 punti). All’inizio del compito viene fornito il testo e un foglio protocollo per lo svolgimento. Durante il compito si può utilizzare la calcolatrice scientifica. Non sono ammessi altri strumenti quali smartphone, tablet, fogli, appunti o libri. Nel consegnare l’elaborato, ogni studente deve trascrivere il proprio nome e cognome, corso, e numero di matricola. Il candidato può consegnare l’elaborato quando lo desidera prima della fine della prova e può anche decidere di ”non consegnare”.

Le prove parziali si svolgono in tre date durante lo svolgimento del corso. Così come per lo scritto, la prima prova parziale consiste in un esercizio di meccanica del punto (10 punti), la seconda in un esercizio di meccanica dei sistemi e del corpo rigido (12 punti) e la terza in un esercizio di termodinamica (8 punti). L’ultima prova parziale si terrà contestualmente alla prima prova scritta di giugno e consisterà nella risoluzione del solo esercizio di termodinamica di quest'ultima. Il voto finale è dato dalla somma del voto delle tre prove parziali: per essere esonerati il totale non deve essere inferiore a 15/30. I voti degli esoneri rimarranno validi fino alla sessione invernale.

Gli esiti della prova scritta e dei parziali saranno comunicati tramite la segreteria virtuale o sulla pagina e-learning del corso. Gli elaborati sono conservati presso lo studio del docente e possono essere visionati durante il ricevimento studenti oppure durante gli appelli orali.

Ogni sessione di esame prevede uno o più appelli con uno scritto scritto e un orale . Le date degli appelli sono indicate nella segreteria virtuale e si riferiscono alle prove scritte. Le date delle prove orali verranno comunicate successivamente e comunque non si collocheranno mai a una distanza inferiore a 5 giorni dalla data dello scritto. Per poter accedere alle prove di appello è obbligatoria la prenotazione sulla segreteria virtuale entro le scadenze previste.

Superata la soglia dello scritto, lo studente deve presentarsi alla prova orale dello stesso appello, che potrebbe svolgersi su più giorni qualora vi sia un grande numero di studenti. Tranne casi ben motivati, non vengono mantenuti gli scritti per gli appelli successivi. Gli studenti esonerati potranno presentarsi alla prova orale di un appello a loro scelta. In questo caso lo studente dovrà comunque prenotarsi per l'appello scelto e presentarsi direttamente alla prova orale. Nel caso di esito negativo della prova orale il voto dello scritto, così come quello dei parziali, decade.

Ulteriori informazioni sono disponibili al link: http://cdlfisica.aquila.infn.it/A.Filipponi/corsi/I0199/Info-Prove-Esame-I0199-1617.pdf


Risultati di 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/I0199-1617.html