Corso di Laurea in Matematica 

Programma del corso di  FISICA 1   (Prof. Bruno Ghidini)

Anno Accademico 2009/10

- Introduzione: La Fisica e il metodo scientifico. Grandezze fisiche, unità di misura, dimensioni fisiche, analisi dimensionale. Precisione delle misure, errori, cenni di teoria dell’errore. Accuratezza e cifre significative. Sistemi di riferimento nel piano e nello spazio. Rappresentazione grafica di dati.

- Calcolo vettoriale:  Grandezze scalari e grandezze vettoriali, vettori e versori. Elementi di calcolo vettoriale: moltiplicazione di un vettore per uno scalare, somme e differenze di vettori, prodotti fra vettori (prodotto scalare, vettoriale, misto, doppio vettoriale), scomposizione di vettori lungo direzioni assegnate, componenti cartesiane, operazioni fra vettori in forma cartesiana.

- Cinematica del punto materiale:  Elementi caratteristici del moto: traiettoria, spostamento, legge oraria, moti componenti. Moto in una dimensione: velocità ed accelerazione nei moti rettilinei e curvilinei; moto rettilineo uniforme, uniformemente accelerato, oscillatorio armonico. Moto in due dimensioni: moto balistico; moto circolare: accelerazione tangenziale e centripeta, velocità ed accelerazione angolare, espressione vettoriale delle grandezze angolari e relazione con quelle lineari; moto curvilineo generico: cerchio osculatore, raggio di curvatura. Moto circolare e moti armonici componenti. Componenti polari della velocità.

- Dinamica del punto materiale:  Definizione di forza e di massa inerziale, leggi di Newton, quantità di moto ed impulso. Esempi di forze (con applicazioni): forza gravitazionale e forza peso, forza elastica, reazioni vincolari, tensione di un filo (pendolo semplice, carrucole), attrito radente statico e dinamico, attrito viscoso, velocità limite.

- Moti relativi:  Sistemi di riferimento inerziali e sistemi non inerziali, relazioni fra due sistemi di riferimento in moto relativo, relatività galileana, forze apparenti, moto relativo alla Terra.

- Lavoro ed energia:  Lavoro di una forza, potenza, energia cinetica. Forze conservative ed energia potenziale, conservazione dell’energia meccanica.

- Momento rispetto ad un punto e rispetto ad un asse:  Teorema del momento angolare, conservazione del momento angolare di un punto materiale; lavoro in un moto circolare.

- Dinamica dei sistemi di punti materiali:  Forze esterne e forze interne, centro di massa e teorema del moto del centro di massa, conservazione della quantità di moto. Teorema del momento angolare e conservazione del momento angolare rispetto ad un punto e rispetto ad un asse. Moto relativo al centro di massa, teoremi di König. Lavoro ed energia in un sistema di punti materiali; conservazione dell’energia. Sistemi di forze applicate in punti diversi; forze parallele e baricentro.

- Dinamica dei corpi rigidi:  Definizione di corpo esteso, densità, calcolo della posizione del centro di massa. Definizione di corpo rigido, numero di parametri, caratteristiche dei tipi di moto possibili (traslazione, rotazione, rototraslazione). Equazioni del moto. Rotazioni intorno ad un asse fisso: assi principali d’inerzia, precessione, momento d’inerzia, teorema di Huygens-Steiner, pendolo composto. Lavoro ed energia cinetica. Moto di puro rotolamento (rotolamento senza strisciamento); attrito volvente. Impulso angolare e reazioni vincolari. Leggi di conservazione nel moto di un corpo rigido. Equilibrio statico  dei corpi rigidi.

- Proprietà elastiche dei corpi:  Definizione di elasticità e comportamento elastico, legge di Hooke, deviazioni dall’elasticità (ciclo di isteresi, deformazioni plastiche). Principali deformazioni elastiche omogenee e non omogenee, moduli elastici, pendolo di torsione e bilancia di torsione.

- Fenomeni d’urto:  Definizione di urto; urto elastico, anelastico, completamente anelastico, coefficiente di restituzione. Urti fra punti materiali, sistema del Laboratorio e sistema del Centro di Massa. Urti fra punti materiali e corpi rigidi e fra corpi rigidi.

- Proprietà meccaniche dei fluidi:  Definizione di fluido, fluido ideale. Pressione, lavoro della pressione. Equazione base della statica dei fluidi e sue conseguenze: legge di Stevino, principio dei vasi comunicanti, principio di Pascal, manometro ad U, barometro di Torricelli, principio di Archimede.

- Fenomeni termici:   Sistemi e stati termodinamici, equilibrio termodinamico. Equilibrio termico, definizione di temperatura, scale termometriche, termometro a gas perfetto.

- Primo principio della termodinamica:   Esperimenti di Joule: lavoro adiabatico, energia interna, equivalenza lavoro-calore. Primo principio della termodinamica e sue applicazioni, trasformazioni termodinamiche.

- Calorimetria:  Calore specifico e capacità termica, calori latenti. Trasmissione del calore. Dilatazione termica di solidi e fluidi.

- Leggi e proprietà dei gas:  Leggi dei gas. Gas ideale e sua equazione di stato. Energia interna, esperimento di Joule dell’espansione libera. Calori specifici molari, relazione di Mayer. Studio delle trasformazioni del gas ideale. Trasformazioni cicliche: cicli termici, cicli frigoriferi, ciclo di Carnot. Gas reali: equazione di stato (di Van der Waals); espansione strozzata di Joule-Kelvin ed energia interna; cambiamenti di fase, diagrammi pV e pT, vapore saturo, formula di Clapeyron. Cenni di teoria cinetica: modello cinetico del gas ideale, significato microscopico di pressione, temperatura, calore; equipartizione dell’energia; gradi di libertà e calori specifici molari.

- Secondo principio della termodinamica:  Equivalenza dei due enunciati, significato fisico del II principio. Teorema di Carnot. Temperatura termodinamica assoluta. Teorema di Clausius. Definizione di entropia; processi reversibili e irreversibili; principio di aumento dell’entropia. Esempi di calcolo della variazione di entropia. Energia inutilizzabile.

-Terzo principio della termodinamica (cenni): Enunciato e principali conseguenze.

Testo adottato:

- P. Mazzoldi, M. Nigro, C. Voci: “Elementi di Fisica” (EdiSES, Napoli) Vol I, capp. 1-9 e 12-14, Appendici A, B, C

- integrato da dispense del docente (reperibili sul sito web:  beta.fisica.uniba.it/ghidini)

Testi di esercizi suggeriti:

-P. Mazzoldi, A. Saggion, C. Voci: “Problemi di Fisica Generale - Meccanica e Termodinamica” (Ed. Cortina, Padova)

-V. Augelli, B. Ghidini: “Prove d’esame di Fisica – Meccanica, Termodinamica”(2 voll) (EdiSES, Napoli)

-R. Bellotti, G.E. Bruno, G. Florio, N. Manna: “Esercizi di Fisica - Meccanica e Termodinamica”  (Ed. Ambrosiana, Milano)