Obiettivi formativi
Conoscenze e abilità da acquisire: l’attività di insegnamento punta alla costruzione di conoscenze, abilità e competenze nell'ambito della Meccanica e della Termodinamica finalizzate a saper analizzare e risolvere problemi di media diffcoltà. In tale direzione lo studente dovrà dimostrare di:
(1) conoscere in modo organico le leggi fondamentali della meccanica classica (meccanica del punto materiale e dei sistemi, con cenni ai fluidi), delle onde meccaniche e le nozioni fondamentali di termodinamica (conoscenze e capacità di comprendere);
(2) saper discutere degli aspetti fondamentali della materia, saper impostare e risolvere in modo autonomo semplici problemi (Competenze);
(3) possedere gli strumenti per valutare criticamente i risultati ottenuti nello svolgimento dei problemi, mostrando capacità di controllare gli errori, ad es. attraverso il calcolo dimensionale, la ragionevolezza del risultato, verifiche analitiche (autonomia di giudizio);
(4) saper esporre i concetti acquisiti in maniera chiara e organica (capacità comunicative).
Prerequisiti
Si richiede la conoscenza delle matematiche elementari e dei fondamenti del calcolo differenziale ed integrale, perciò i corsi di Analisi Matematica 1 e Geometria sono considerati propedeutici al corso di Fisica Generale 1. Lo studente deve avere nozioni di algebra, geometria piana e geometria nello spazio, geometria analitica, trigonometria.
Contenuti dell'insegnamento
Il corso prevede una parte di lezioni teoriche e una di esercitazioni su tutti gli argomenti del corso.
Gli argomenti affrontati sono i seguenti:
1) Meccanica classica per il punto materiale, per i sistemi discreti e continui, per il corpo rigido. Il moto e la cinematica in una e più dimensioni.
2) I fluidi: statica e dinamica.
3) Termometria e calorimetria.
4) Termodinamica dei gas perfetti e cenni ai gas reali. Macchine termiche.
Programma esteso
Grandezze fisiche: Dimensioni, unità di misura; sistemi di unità di misura e grandezze campione; cifre significative; grandezze fisiche fondamentali e derivate, scalari e vettoriali, operazioni fra vettori.
Dinamica del punto materiale: le leggi di Newton, forze di contatto e a distanza (forza peso e gravitazione, forze vincolari, forza elastica), il diagramma di corpo libero, dinamica del moto rettilineo, dinamica del moto circolare, sistemi di riferimento inerziali e non inerziali, forze fittizie.
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.
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.
Sistemi discreti e continui: il centro di massa, velocità ed accelerazione del centro di massa, quantità di moto e impulso, legge di conservazione della quantità di moto. Urti: Forze impulsive ed urti a due corpi (urti centrali in 1 e 2D, urti con corpi rigidi liberi o vincolati).
Dinamica del corpo rigido: traslazione e rotazione (definizione delle grandezze spostamento, velocità e accelerazione angolari); relazioni fra grandezze cinematiche rotazionali e lineari, 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, condizioni di equilibrio statico del corpo rigido.
Cenni a oscillazioni e onde: cinematica e dinamica del moto armonico, considerazioni energetiche per l’oscillatore armonico, onde meccaniche e equazione delle onde, deformazioni nei solidi e elasticità.
Fluidi: grandezze e leggi fondamentali della fluidostatica e della fluidodinamica, legge di Stevino, di Archimede, equazione di continuità, teorema di Bernoulli.
Termometria e calorimetria: 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, calore e scambio di calore fra sistemi, capacità termica e calore specifico, calore latente, meccanismi di conduzione del calore.
Termodinamica: grandezze termodinamiche, gas perfetti, equazione di stato dei gas, teoria cinetica dei gas, teorema di equipartizione dell’energia, trasformazioni termodinamiche per gas perfetti, lavoro - calore - energia interna, trasformazioni reversibili e irreversibili, principi della termodinamica, macchine termiche e rendimento, ciclo di Carnot, cenni su entropia, disordine e probabilità.
Bibliografia
Testi consigliati:
Serway-Jewett, "Fisica per Scienze e Ingegneria", vol. 1 (EdiSES)
W.E. Gettys, “Fisica 1: Meccanica - Termodinamica”, vol. 1 (McGraw-Hill)
P. Mazzoldi, M. Nigro, C. Voci: Elementi di Fisica - Meccanica e Termodinamica (EdiSES)
D. Halliday, R. Resnick, K.S. Krane, “Fisica”, vol. 1 (Casa Editrice Ambrosiana)
Esistono anche testi specifici per esercizi come:
M. Villa, A. Uguzzoni, "Esercizi di Fisica - Meccanica (Come risolvere i problemi)" (Casa Editrice Ambrosiana)
M. Zani, L. Duò, P. Taroni: "Esercizi di Fisica - Meccanica e Termodinamica" (EdiSES)
I libri di testo contengono sempre molti esercizi con svolgimento completo o il risultato. Durante il corso verranno svolti molti esercizi in aula e esempi di esercizi svolti verranno messi a isposizione degli studenti su piattaforma Elly.
Metodi didattici
Per ogni argomento sono svolte lezioni frontali, avvalendosi dell’uso della lavagna. Gli schemi riassuntivi sono preliminarmente messi a disposizione degli studenti su piattaforma Elly2023. Le lezioni teoriche sono seguite da ore dedicate alle esercitazioni, durante le quali sono risolti problemi in modo guidato. I testi di questi esercizi sono messi a disposizione degli studenti preliminarmente attraverso il sito del corso, in modo da consentire, agli studenti che lo desiderano di svolgere i problemi, anche prima delle ore di esercitazione. Durante le ore di esercitazione, per ogni problema proposto si lascia tempo agli studenti di impostarne lo svolgimento in modo autonomo, offrendo assistenza su richiesta, quindi si passa alla presentazione della soluzione alla lavagna, in modo da fornire una guida alla risoluzione del problema, perciò anche alla preparazione delle prove scritte. La sequenza delle ore di lezioni ed esercitazioni segue un calendario comunicato agli studenti all’inizio del corso. Sono previste esercitazione aggiuntive (30 ore circa) con docente del Progetto IDEA.
In caso di necessità, le attività si svolgeranno in telepresenza attraverso l’utilizzo delle piattaforme Teams ed Elly.
Modalità verifica apprendimento
La valutazione avrà luogo in trentesimi. La prova d'esame consiste in una prova scritta e una prova orale (entrambe in presenza). Si richiede di saper svolgere/discutere alcuni problemi di media difficoltà; l'esposizione di concetti teorici e/o la risposta a semplici dimostrazioni. Si valuta la correttezza dell’impostazione del problema [40%], la completezza della preparazione [30%], il senso critico e la proprietà di linguaggio [30%].
Altre informazioni
E’ vivamente consigliata la frequenza del corso.
Obiettivi agenda 2030 per lo sviluppo sostenibile
4,7,8,9,12,13
