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RAFFAELLO BIANCO
Ricercatore t.d. art. 24 c. 3 lett. B
Dipartimento di Scienze Fisiche, Informatiche e Matematiche sede ex-Fisica
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Insegnamento: Fisica I
Chimica (Offerta formativa 2024)
Obiettivi formativi
Fornire allo studente i fondamenti di fisica generale, inclusa la cinematica, statica e dinamica dei punti materiali e del corpo rigido, oscillazioni, meccanica celeste, meccanica dei fluidi e acustica. Si discuteranno le basi concettuali e formali, nonché gli aspetti di comprensione pratica funzionali alla risoluzione di problemi ed allo svolgimento di esercizi.
Prerequisiti
conoscenze:
- elementari di algebra, trigonometria, analisi matematica
Programma del corso
9 CFU, 36 lezioni di 2 ore ciascuna, per un totale di 72 ore di didattica frontale.
PROGRAMMA CORSO
UNITÀ DI MISURA, ERRORI, GRANDEZZE FISICHE - Grandezze fisiche. Sistemi di unità di misura. Errori. Cifre significative. Equazioni dimensionali. Grandezze scalari e vettoriali.
CINEMATICA DEL PUNTO MATERIALE - Sistemi di riferimento. Moto in una dimensione. Definizione di velocità e accelerazione. Moto con accelerazione costante, il moto dei gravi. Moto in 2 e 3 dimensioni. Vettori velocità e accelerazione. Componente normale e tangente del vettore accelerazione. Moto dei proiettili. Moto circolare. Vettore velocità e accelerazione angolare. Moto armonico.
DINAMICA DEL PUNTO MATERIALE - Sistemi di riferimento inerziali e prime due leggi della dinamica. Forza e massa inerziale. Quantità di moto. Esempi di forze: forza peso, elastica, forze vincolari normali e di attrito radente statico e dinamico, tensione dei fili, forza di attrito viscoso e velocità limite. Forze centripete. Definizione di lavoro, potenza, energia cinetica, e teorema dell’energia cinetica. Campi di forze conservativi. Energia potenziale. Teorema di conservazione dell’energia meccanica. Forze dissipative. Momento angolare e momento della forza. Teorema del momento angolare. Campo di forze centrali. Piano inclinato. Pendolo semplice. Giro della morte.
MOTI RELATIVI - Teorema delle velocità relative e teorema delle accelerazioni relative (velocità ed accelerazione di trascinamento, accelerazione di Coriolis). Relatività Galileiana. Dinamica in sistemi non inerziali, forze apparenti. Moto di trascinamento rettilineo uniformemente accelerato. Moto di trascinamento rotatorio uniforme. Correzioni non inerziali alla forza peso sulla terra.
DINAMICA DEI SISTEMI DI PARTICELLE - Forze esterne ed interne al sistema. Terza legge della dinamica. Coppia di forze. Lavoro di una coppia di forze. Quantità di moto totale, momento angolare totale, momento delle forze totali per il sistema. Centro di massa. Leggi cardinali per la dinamica dei sistemi di corpi. Leggi di conservazione per sistemi isolati. Sistema del centro di massa. Teoremi di Koenig (NO DIM). Centro di un campo di forze parallele, baricentro. Sistemi di due particelle, massa ridotta e velocità/accelerazione relative. Sistemi a massa variabile. Impulso di una forza. Forze impulsive e urti (elastici e anelastici). Urto centrale tra due sfere. Urto di punto materiale contro parete.
MECCANICA CELESTE - Forza di gravitazione universale e massa gravitazionale. Campo gravitazionale generato da oggetto sferico omogeneo e legame tra forza gravitazionale e forza peso. Leggi di Keplero. Moto dei satelliti. Velocità di fuga.
CORPO RIGIDO - Definizione di corpo rigido. Gradi di libertà. Descrizione di un corpo continuo. Cinematica del corpo rigido, asse istantaneo di rotazione. Moto di rotazione attorno ad asse fisso: Momento di inerzia, Teorema di Huygens-Steiner (NO DIM) e legame con teorema di Koenig, Energia cinetica, Componente assiale e ortogonale del momento della quantità di moto e del momento della forza. Equazione cardinale assiale. Carrucola con massa,. Pendolo fisico. Pendolo balistico. Moto di rotolamento. Cenni di statica.
MECCANICA DEI FLUIDI - Fluidi in equilibrio: pressione e relazione tra forze di pressione e forze di volume (Legge di Stevino). Teorema di Torricelli. Principio di Archimede. Superficie libera di liquido in moto accelerato. Dinamica dei fluidi in regime stazionario, equazione di continuità (Legge di Leonardo). Dinamica di fluido perfetto: Teorema di Bernoulli e sue applicazioni. Viscosità. Dinamica di un fluido reale: moto laminare e turbolento. Legge di Poiseuille. Velocità critica e numero di Reynolds.
Metodi didattici
lezioni teoriche frontali alla lavagna, discussione di aspetti concettuali e formali e di problemi, risoluzione guidata di esercizi anche tramite tutorato di 20 ore aggiuntive con un dottorando.
frequenza fortemente consigliata (non obbligatoria)
lingua del corso: italiano
Testi di riferimento
Mazzoldi, Nigro, Voci, Atzeni, Michelotti, Fisica - Volume I - Meccanica e Termodinamica, EdiSES s.r.l. Napoli
Hallidey, Resnick, Krane, Fisica 1, Ambrosiana, Zanichelli
Zani, Duò, Taroni, Esercizi di Fisica, Meccanica e Termodinamica, EdiSES s.r.l. Napoli
o testi equivalenti
Verifica dell'apprendimento
L'esame prevede una prova scritta della durata di 3 ore sugli argomenti definiti nella sezione "Contenuti del corso". La prova comprende domande con risposta aperta ed esercizi da risolvere, e mira a verificare sia la conoscenza/comprensione teorica degli argomenti che la capacità di applicare i concetti appresi alla risoluzione di problemi concreti. Il voto finale è espresso in trentesimi e il superamento dell'esame avviene con valutazione finale >= 18/30. Per chi ottiene alla prova scritta un voto >= 18 è inoltre possibile sostenere una prova orale a completamento, che prevede la possibilità di correggere il voto dello scritto di -4/+4 punti.
Risultati attesi
Conoscenza e Comprensione: acquisire la conoscenza e comprensione della meccanica classica e degli aspetti piu' fondamentali della fluidodinamica e termodinamica, attraverso l'utilizzo efficace di libri di testo universitari.
Capacita' di applicare Conoscenza e Comprensione: risolvere esercizi in maniera autonoma, progettare e descrivere esperimenti fattibili per misurare varie grandezze fisiche
Autonomia di Giudizio: acquisire i dati necessari a risolvere un dato problema, valutare la fattibilita' di esperimenti, generalizzare ed applicare quanto imparato in classe a problemi non esplicitamente trattati
Abilita' Comunicative: interagire con gli insegnanti con linguaggio professionale, comunicare le conoscenze acquisite in formato scritto, con particolare attenzione al formalismo matematico e all'analisi dimensionale
Capacita' di Apprendimento: acquisire quelle competenze e conoscenze necessarie per proseguire gli studi con corsi di fisica piu' avanzati, ad es. meccanica analitica, meccanica statistica, ecc.