Grandezze fisiche e sistemi di unità di misura. Cinematica del punto materiale. Dinamica del punto materiale: leggi di Newton, forze, lavoro ed energia. Dinamica dei sistemi di punti materiali e dei sistemi rigidi. Leggi di conservazione della meccanica. Gravitazione. Gas ideali. Primo principio della termodinamica. Secondo principio della termodinamica.
Testo di riferimento:
-P. Mazzoldi, M. Nigro, C. Voci, Elementi di fisica: meccanica e termodinamica, III edizione
Altri testi altrettanto validi:
-C. Mencuccini, V. Silvestrini, Fisica Meccanica e Termodinamica
-D. Sette, A. Alippi, A. Bettucci, Lezioni di Fisica 1 (Meccanica e Termodinamica)
-Focardi, Massa, Uguzzoni, Villa, Fisica Generale
-E. Fermi, Termodinamica (capitoli 1-4)
Obiettivi Formativi
Lo studente è chiamato ad acquisire le basi del metodo scientifico e le conoscenze di base della meccanica del punto materiale, dei sistemi di punti materiali e delle nozioni principali di termodinamica. Alla fine di questo percorso, lo studente sarà in grado di comprendere, schematizzare e risolvere problemi nei campi della fisica trattati durante il corso.
Prerequisiti
Si raccomanda la conoscenza di base delle seguenti nozioni matematiche:
1. Calcolo algebrico
2. Equazioni e disequazioni di primo e secondo grado
3. Definizione e proprietà di esponenziali e logaritmi
4. Geometria nel piano e nello spazio
5. Trigonometria di base
6. Grandezze scalari e vettoriali. Proprietà dei vettori e prodotti tra vettori.
7. Studio di funzioni di variabile reale
8. Sviluppi in serie.
9. Definizione di derivata e suo significato geometrico
10. Concetto di integrale e sua applicazione
Corsi vincolanti: nessuno
Metodi Didattici
Numero di ore relative alle attività in aula: 54
Modalità di verifica apprendimento
L’esame consiste in una prova scritta ed una orale (7 appelli annuali ordinari). Non sono previste prove in itinere. La prova scritta consiste nella risoluzione di 3 problemi. Di questi, il primo concerne la dinamica del punto materiale, il secondo i sistemi di punti materiali mentre il terzo riguarda la termodinamica. La durata di questa prova è di 3 ore. Durate la prova orale lo studente è chiamato ad esporre 2 o 3 argomenti. Verrà valutata la capacità di descrivere e riprodurre dimostrazioni svolte durante il corso, assieme allo svolgimento di semplici calcoli. Si valuterà inoltre la padronanza della materia e la capacità di usare un linguaggio appropriato per la disciplina. La prova orale si svolge alla lavagna e ha una durata di 30 minuti circa.
Programma del corso
Breve introduzione ad alcuni strumenti matematici necessari. Introduzione al concetto operativo di derivate e integrali. Grandezze scalari e vettoriali. Proprietà dei vettori. Equazioni differenziali del primo e del secondo ordine.
Meccanica. Leggi della fisica. Metodo scientifico. Definizione di grandezze fisiche. Sistema internazionale di unità di misura. Cinematica. Sistemi di riferimento, posizione, velocità e accelerazione. Moti rettilinei, moti circolari, moti parabolici e componenti intrinseche dell'accelerazione per qualsiasi moto. Leggi di Newton. Forze di interazione e forze apparenti. Moto armonico. Momento. Momento di una forza. Momento angolare. Lavoro. Energia cinetica. Teorema dell’energia cinetica. Energia potenziale. Legge di conservazione dell'energia. Piccole oscillazioni. Dinamica dei sistemi di punti materiali. Equazioni cardinali della dinamica. Principii di conservazione della quantità di moto e del momento angolare. Dinamica dei corpi rigidi. Rotazioni attorno ad assi fissi, moti di rotolamento, momenti d'inerzia. Collisioni.
Gravitazione. Forze centrali. Leggi di Keplero. Teoria della gravitazione. Massa inerziale e gravitazionale. Energia potenziale gravitazionale. Moto di un corpo soggetto alla forza gravitazionale.
Termodinamica. Stati termodinamici e loro trasformazioni. Stati di equilibrio e di non equilibrio. Equilibrio termico e definizione di temperatura. Gas ideali. Equazione di stato dei gas ideali. Teoria cinetica dei gas (cenni). Primo principio della termodinamica. Conservazione dell'energia per i sistemi termodinamici. Processi termodinamici e applicazioni al primo principio. Calorimetria. Trasformazioni cicliche, motori termici. Ciclo di Carnot. Secondo principio della termodinamica. Teorema di Carnot. Teorema di Clausius. Entropia. Ordine e disordine.