Obiettivi formativi
Elementi di meccanica newtoniana, di meccanica dei fluidi, di termodinamica, di elettromagnetismo classico; risoluzione di basilari problemi correlati.
Prerequisiti
Preparazione in matematica e fisica di scuola superiore.
Contenuti dell'insegnamento
Si veda alla sezione "Programma esteso"
Programma esteso
- MECCANICA
Definizione di grandezza fisica. Grandezze scalari e vettoriali. Versori.
Proprietà generali dei vettori: modulo, direzione e verso.
Somma, sottrazione, prodotto scalare e vettoriale per vettori.
Cinematica del punto: vettori posizione, velocità, accelerazione. Relazioni derivative tra questi vettori.
Sistemi di coordinate in 1-3 dimensioni.
Proiezione vettori posizione, velocità, accelerazione su sistemi coordinate.
Moti rettilineo uniforme, rettilineo uniformemente accelerato, circolare uniforme,
circolare accelerato. Accelerazione centripeta.
Concetto di velocità angolare e relazione con velocità circolare.
Concetto di sistema di riferimento e di sistema di riferimento inerziale.
Le tre leggi della dinamica newtoniana. Condizione di equilibrio statico.
Moti di oggetti puntiformi nello spazio.
Piano inclinato, coefficienti di attrito statico e dinamico. Moto parabolico.
Forza di gravità sulla Terra e sua derivazione da legge gravitazione universale.
Molla ideale.
Quantità di moto e sua conservazione, generalizzazione a sistemi di massa non costante.
Definizione di lavoro di una forza.
Definizione di forze conservative e non. Definizione di energie potenziali per
forze conservative. Esempi di forze conservative e loro energie potenziali: gravità, molla, campo centrale.
Teorema delle forze vive e definizione di energia meccanica.
Conservazione dell’energia meccanica.
Definizione di momento angolare e sua conservazione.
Relativa condizione di equilibrio statico.
Braccio di una forza.
Momento angolare e momento di inerzia per un corpo esteso,
sua energia cinetica rotazionale.
- MECCANICA CLASSICA DEI FLUIDI
Definizioni di densità e pressione.
Leggi di Stevino e di Archimede per fluidi incomprimibili.
Legge della portata.
Legge di Bernoullli per fluidi incomprimibili in regime laminare.
Applicazioni: effetto Venturi, legge di Torricelli.
- TERMODINAMICA
Concetti di temperatura, calore, scambio termico.
Conduzione, convezione, irraggiamento.
Equilibrio termico.
Calore specifico e capacità termica a volume costante.
Effetto della temperatura sul volume dei corpi.
Primo principio della termodinamica.
Trasformazioni termodinamiche tipiche: adiabatica, isobara, isocora, isoterma.
Rappresentazioni in diagrammi p,V,T ed identificazione geometrica del lavoro prodotto.
Gas perfetto: definizione, equazione di stato, energia interna, calori specifici a
volume costante ed a pressione costante.
Calcolo lavori e calori scambiati lungo trasformazioni termodinamiche.
Relazione tra temperatura del gas e velocità cinetica media dei costituenti.
Lavoro e calore come energie ordinate e disordinate.
Macchina termica: definizione generale.
Lavoro prodotto e rendimento.
Macchina termica a due temperature.
Secondo principio termodinamica: enunciato e senso fisico.
Macchina termica inversa: frigorifero e pompa calore; rendimento.
- ELETTROMAGNETISMO
Carica elettrica. Forza di Coulomb per carica puntiforme. Paragone tra forza Coulomb
e forza gravitazionale newtoniana. Concetto di campo di forza centrale e sua natura conservativa.
Definizione conseguente di campo elettrico e di potenziale elettrico, per carica puntiforme e per distribuzione estesa di cariche. Legame tra le due quantità.
Teorema di Gauss per campo elettrico e suo impiego per il calcolo del campo elettrico
da distribuzioni molto simmetriche. Caso del piano infinito
e della coppia di piani infiniti. Definizione conseguente di condensatore piano.
Capacità del condensatore piano e sua derivazione.
Energia elettrostatica immagazzinata dal condensatore piano.
Applicazioni del condensatore: scarica in flash.
Condensatori in serie ed in parallelo.
Definizione di corrente elettrica e densità di corrente elettrica.
Definizione di resistenza elettrica, prima e seconda legge di Ohm per resistenze
ohmiche. Resistenze in serie ed in parallelo.
Effetto Joule, applicazione al caso del forno.
Campo magnetico: origine fisica ed effetto su carica singola.
Forza di Lorentz.
Teorema di Gauss per campo magnetico.
Legge di Biot-Savart e campo magnetico generato da corrente in un filo.
Definizione di forza elettromagnetica indotta. Turbina ideale.
Extracorrenti di apertura e di chiusura.
Bibliografia
Walker-Halliday-Resnick,
Mazzoldi-Nigro-Voci.
Metodi didattici
Lezioni ed esercitazioni alla lavagna, con coivolgimento diretto degli studenti.
Modalità verifica apprendimento
Prova scritta + prova orale.
