Finalità del corso
Il corso si propone, attraverso la presentazione dei principi basilari della fisica, di consolidare nello studente un approccio scientifico alla risoluzione dei problemi, favorendo la familiarizzazione con il metodo sperimentale, sviluppando l'interesse per lo studio dei fenomeni e stimolando la capacità di descrivere e analizzare la realtà mediante dei modelli.
Prerequisiti
Il formalismo utilizzato nel corso è semplificato, poiché viene privilegiata la comprensione dei concetti rispetto alla loro elaborazione matematica. Per poter seguire agevolmente gli argomenti trattati è sufficiente una discreta padronanza della matematica della scuola superiore e una conoscenza, almeno a livello elementare, dei principali strumenti della trigonometria e dell’analisi matematica.
Programma del corso
Fondamenti
La fisica ed il metodo sperimentale. Grandezze fisiche. Unità di
misura. Analisi dimensionale. Cenni agli errori sperimentali. Sistemi
di
riferimento. Vettori e scalari. Calcolo vettoriale.
Meccanica del punto materiale
Studio del moto rettilineo: posizione, spostamento, velocità,
accelerazione. Studio del moto in due dimensioni. Moto dei
proiettili. Moto circolare. Forza. Massa. Prima legge della
dinamica. Seconda legge della dinamica e suo significato. Forza peso,
reazione vincolare, tensione di fili e altri esempi di forze. Terza
legge della dinamica. Attrito. Forza centripeta. Lavoro: definizione
ed esempi di calcolo. Energia cinetica. Teorema dell'energia
cinetica. Potenza. Forze conservative e non conservative. Energia
potenziale: definizione ed esempi di calcolo. Energia meccanica e sua
conservazione. Studio dell'energia potenziale. Conservazione
dell'energia. Piano inclinato, pendolo semplice ed altre applicazioni.
Meccanica dei sistemi di punti materiali
Centro di massa. Forze interne ed esterne. Leggi della dinamica dei
sistemi di punti materiali. Quantità di moto. Conservazione
della
quantità di moto nei sistemi di punti materiali. Urti elastici e
anelastici tra punti materiali.
Meccanica dei corpi rigidi
Rotazione di corpi rigidi. Energia cinetica rotazionale. Momento di
inerzia. Calcolo del momento di inerzia e teorema di Huygens-Steiner.
Momento di una forza. Leggi della dinamica dei corpi rigidi.
Lavoro nel moto rotatorio. Moto rototraslatorio. Rotolamento ed
altri esempi. Momento angolare. Conservazione
del momento angolare. Statica dei corpi rigidi.
Gravitazione
Legge di gravitazione universale. Leggi di Keplero. Energia potenziale
gravitazionale.
Meccanica dei fluidi
Densità e pressione. Legge di Stevino. Principio di Pascal.
Principio di
Archimede. Fluidi in movimento. Equazione di continuità.
Portata.
Applicazioni.
Termodinamica
Temperatura e sua misura. Principio zero della termodinamica. Scale
Kelvin, Celsius e Fahrenheit. Dilatazione termica. Calore. Calore
specifico. Calore latente. Equivalenza tra calore e lavoro. Primo
principio della termodinamica. Gas ideali
ed equazione di stato. Trasformazioni termodinamiche.
Macchine termiche e rendimento. Macchina di Carnot. Macchine
frigorifere
ed efficienza. Trasformazioni reversibili ed irreversibili. Secondo
principio della termodinamica. Entropia.
Elettricità
Carica elettrica. Forza di Coulomb. Campo elettrico. Campi elettrici
notevoli. Legge di Gauss. Applicazione della legge di Gauss a
distribuzioni continue di carica. Potenziale elettrico. Energia
potenziale elettrostatica.
Studio del potenziale elettrico. Relazione tra potenziale e campo
elettrico. Capacità elettrica. Calcolo della capacità
elettrica.
Condensatori in serie e in parallelo. Corrente elettrica.
Densità di
corrente. Legge di Ohm. Resistenza. Cenni sui semiconduttori.
Lavoro, energia, forza elettromotrice. Generatori di corrente.
Circuiti elettrici. Leggi di Kirchhoff. Resistenze in serie e in
parallelo. Carica e scarica di un condensatore. Circuiti RC.
Magnetismo
Forza magnetica, forza di Lorentz. Campo magnetico. Forza magnetica su
cariche in moto. Forza magnetica su una corrente. Momento magnetico su
una spira percorsa da corrente. Campo magnetico generato da una
corrente, legge di Biot-Savart. Legge di Ampère. Applicazioni
della
legge di Ampère. Applicazioni della legge di Ampère.
Solenoidi. Legge
di Faraday. Legge di Lenz.
Testo consigliato
Halliday, Resnick, Walker - Fondamenti di Fisica (5a ed.) - Editrice
Ambrosiana, Milano.
Testi di approfondimento
Halliday, Resnick, Krane - Fisica Generale - Editrice Ambrosiana,
Milano
Mazzoldi, Nigro, Voci - Fisica - EdiSes, Napoli
Docente:
Piergiorgio Fusco