Obiettivi formativi
Il corso si propone di fornire allo studente una conoscenza organica delle leggi fondamentali della meccanica classica (del punto materiale e dei sistemi, con cenni ai fluidi), delle onde meccaniche e le nozioni fondamentali di termodinamica. Lo studente dovrà comprendere gli aspetti fondamentali della materia ed acquisire la capacità di impostare e risolvere in modo autonomo semplici problemi. E’ a disposizione degli studenti un sito Internet, specifico per il corso, attraverso il quale è fornito materiale didattico.
Prerequisiti
Si richiede la conoscenza delle matematiche elementari e dei fondamenti del calcolo differenziale ed integrale, perciò i corsi di Analisi Matematica I e Geometria sono considerati propedeutici al corso di Fisica Generale I
Contenuti dell'insegnamento
MODULO A
Grandezze fisiche:
Dimensioni, unità di misura; sistemi di unità di misura e grandezze campione; cifre significative; grandezze fisiche fondamentali e derivate.
I vettori:
Grandezze vettoriali; operazioni fra vettori.
Cinematica del punto materiale:
Grandezze cinematiche fondamentali (spostamento, velocità, accelerazione); classificazione dei moti: moti rettilinei (uniforme, uniformemente accelerato, es. caduta dei gravi), moti in due dimensioni (es. moto del proiettile, moto circolare); accelerazione radiale e tangenziale; sistemi di riferimento.
Dinamica del punto materiale:
Le leggi di Newton; forze di contatto e a distanza; il diagramma di corpo libero; dinamica del moto rettilineo, dinamica del moto circolare; sistemi di riferimento inerziali e non inerziali; forze fittizie.
Lavoro ed energia:
Concetti di lavoro ed energia cinetica; il teorema lavoro-energia cinetica; la potenza; forze conservative ed energia potenziale; conservazione dell’energia meccanica.
Quantità di moto:
Definizione di quantità di moto e di impulso; legge di conservazione della quantità di moto.
Sistemi discreti e continui:
Il centro di massa. Velocità ed accelerazione del centro di massa.
Il corpo rigido:
Cinematica del corpo rigido: traslazione e rotazione (definizione delle grandezze spostamento, velocità e accelerazione angolari); relazioni fra grandezze cinematiche rotazionali e lineari.
Dinamica del corpo rigido:
Momento di una forza rispetto ad un asse; centro di gravità; momento di inerzia; teorema degli assi paralleli; momento angolare; equazioni cardinali della dinamica; teoremi di Koenig; energia cinetica rotazionale e lavoro; legge di conservazione del momento angolare; moto di rotolamento perfetto.
Gravitazione universale:
Legge di gravitazione universale e leggi di Keplero.
Urti:
Forze impulsive ed urti a due corpi (urti centrali in 1 e 2D, urti con corpi rigidi liberi o vincolati)
Statica del corpo rigido:
Condizioni di equilibrio statico del corpo rigido.
Le oscillazioni:
Cinematica e dinamica del moto armonico; considerazioni energetiche per l’oscillatore armonico.
MODULO B
Onde meccaniche:
Il moto ondulatorio, sovrapposizione ed interferenza delle onde, equazione lineare delle onde, onde sulle corde, onde sonore, onde stazionarie.
I sistemi continui:
Deformazioni nei solidi; grandezze e leggi fondamentali della fluidostatica e della fluidodinamica: legge di Stevino, di Archimede, equazione di continuità; teorema di Bernoulli.
Introduzione alla Termodinamica:
Variabili termodinamiche e concetti di base.
Temperatura:
Principio zero della termodinamica ed equilibrio termico; definizione di temperatura; termometri e scale di temperatura Kelvin e Celsius; il termometro a gas a volume costante; la dilatazione termica.
I gas perfetti:
Equazione di stato dei gas ideali; teoria cinetica dei gas; teorema di equipartizione dell’energia; trasformazioni termodinamiche per gas perfetti; trasformazioni reversibili e irreversibili; diagramma pressione-volume; equazione di Van der Vaals per i gas reali.
Il calore:
Scambio di calore fra sistemi: capacità termica e calore specifico; calore latente; meccanismi di conduzione del calore.
Il lavoro termodinamico:
Calore e lavoro nelle trasformazioni termodinamiche per i gas perfetti (trasformazioni isobare, isocore, isoterme, adiabatiche).
Primo principio della termodinamica:
L’energia interna nelle trasformazioni termodinamiche; relazione di Meyer tra i calori specifici.
Secondo principio della termodinamica:
Macchine termiche e rendimento; il ciclo di Carnot; la scala assoluta della temperatura; l’entropia; cenni su entropia, disordine e probabilità.
Programma esteso
Consultare il sito del corso:
http://www.fis.unipr.it/corsi/abcivili/fisica_ab/
Bibliografia
Testi consigliati:
W.E. Gettys, “Fisica 1: Meccanica - Termodinamica”, vol. 1 (casa editrice McGraw-Hill).
D. Halliday, R. Resnick, K.S. Krane, “Fisica”, vol. 1 (casa editrice Ambrosiana).
P.A. Tipler, G. Mosca, "Corso di fisica", vol. 1-Meccanica Onde termodinamica (casa editrice Zanichelli).
Testi di approfondimento:
S. Focardi, I. Massa, A. Uguzzoni, “Fisica Generale, Meccanica e Termodinamica” (casa editrice Ambrosiana).
P. Mazzoldi, M. Nigro, C. Voci, “Fisica” vol. 1 oppure “Elementi di Fisica” in più volumi (ediSES.
R.G.M. Caciuffo, S. Melone, “Fisica Generale - Meccanica e termodinamica” (casa editrice Masson S.p.A.).
Metodi didattici
Parte delle ore del corso saranno dedicate alle esercitazioni, per fornire una guida alla risoluzione dei problemi ed alla preparazione delle prove scritte.
La prova d'esame consiste in una prova scritta ed una prova orale con possibilità di prove scritte in itinere.
Modalità verifica apprendimento
Il grado di apprendimento delle nozioni sarà verificato attraverso prove d'esame sia scritte che orali.
Altre informazioni
E’ vivamente consigliata la frequenza del corso.
