PROGRAMMA DEL CORSO DI
FISICA I PER INGEGNERIA ELETTRONICA ED INFORMATICA,da a.a. 2016-2017
Il corso di Fisica I
ha lo scopo di fornire agli studenti gli
strumenti utili alla
comprensione dei principali meccanismi della dinamica e cenni di termodinamica
Si cercherà di dare allo
studente un metodo di analisi di alcuni sistemi, soprattutto mediante le
esercitazioni.
Analisi
dimensionale
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Grandezze fisiche fondamentali
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Unita' di misura e Sistema
Internazionale
Calcolo Vettoriale
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Somma, differenza, prodotto scalare e vettoriale, derivata, integrale, versori, componenti cartesiane, scrittura intrinseca
Cinematica
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Posizione,
velocita', accelerazione. Velocita' vettoriale e velocita' scalare. Accelerazione tangenziale e centripeta. Integrali del moto o problema inverso della cinematica.
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Moto rettilineo: integrali del moto. Moto rettilineo
uniforme e uniformemente accelerato. Caduta dei gravi
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Moto armonico semplice
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Moto parabolico (o moto del proiettile)
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Moto circolare vario,
uniforme e uniformemente accelerato
Dinamica del punto materiale
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Forza e leggi
della dinamica, le tre leggi della dinamica
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Vettore quantita' di moto, teorema dell'impulso
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Forza peso,
Reazione Normale, Forza di attrito dinamico e statico,
Tensione di una fune, Forza elastica e moto armonico
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Piano inclinato, Macchina di Atwood,
Pendolo Semplice, Carrucola fissa e carrucola mobile.
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Lavoro di una forza, lavoro della forza peso, della forza elastica, della forza di attrito.
Teorema dell'energia cinetica. Definizione di potenza istantanea
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Forze
conservative e energia potenziale
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Energia potenziale per forza peso e forza elastica.
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Momento di una forza e momento angolare . Teorema del momento angolare per polo fisso
Moti Relativi
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Derivata del vettore con modulo costante. Leggi di composizione di posizione, velocita' e accelerazioni, con dimostrazione.
Sistemi di riferimento non inerziali, forze apparenti.
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La terra come sistema di riferimento non inerziale, moto di rivoluzione e moto di rotazione. Spostamento rispetto alla verticale del filo a piombo. Cenni su :spostamento verso oriente della caduta dei gravi, forza di Coriolis all'emisfero boreale e all'emisfero australe.
Dinamica dei sistemi
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Forze interne e forze esterne.
Prima e Seconda equazione cardinale, polo fisso e mobile,
leggi di conservazione della quantita' di moto e del momento angolare. Coppia di Forze.
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Sistema di riferimento del centro di massa. Teoremi di Konig per il momento angolare e per la energia cinetica (dimostrazione solo per il secondo).
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Teorema dell'energia cinetica per un sistema di punti materiali. Forze interne conservative o non conservative.
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Urti totalmente anelastici e urti elastici, forze impulsive e non impulsive.
Gravitazione universale
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Legge di
gravitazione universale, velocita' di fuga, leggi di Keplero con dimostrazione della seconda e della terza (per il caso di moto circolare)
velocita' areale e momento angolare,
Orbite circolari e Satelliti geostazionari
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.
Posizione del centro di massa nel sistema Terra-Sole.
Dinamica del Corpo Rigido
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Definizione di Centro di un sistema di forze parallele, forza peso e baricentro
Leggi del moto rototraslatorio. Lavoro delle forze interne in un sistema di punti materiali. Momento angolare assiale e Momento di Inerzia. Teorema di Huygens-Steiner senza dimostazione.
Esempio di calcolo di centro di massa e momento di inerzia per un corpo omogeneo: anello sottile di raggio R
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Energia cinetica di rotazione. Lavoro compiuto da un momento assiale e potenza associata
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Processi di urto con corpi rigidi e leggi di conservazione: esempio di collisione totalmente inelastica con corpo rigido vincolato
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Moto di rotolamento senza strisciamento: relazione tra velocita' angolare e velocita' del centro di massa.
Statica del corpo rigido: esempio della scala appoggiata al muro
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Conservazione del momento angolare.
Precessione del momento angolare: esempio della trottola. Giroscopi (cenni)
Fluidi
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Definizione di pressione e densita'.
Fluidi all'equilibrio statico. Legge di Stevino,
Barometro di Torricelli, Principio di Pascal.
Spinta di Archimede, considerazione sulla posizione del centro di massa e
del centro di spinta in un corpo galleggiante.
. Teorema di Bernulli.
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Dinamica dei fluidi. Viscosita'.
Fluido ideale. Moto stazionario. Portata ed equazione di continuita'. Legge di Leonardo.
Teorema di Bernulli. Portanza di un'ala, teorema di Torricelli.
Cenni sulla resistenza del mezzo, paradosso di D'Alembert, formula di Stokes.
Termodinamica
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Termologia. Principio zero della termodinamica. Scale termometriche: celsius, assoluta.
Termometro a gas perfetto. Dilatazione termica dei solidi e dei liquidi,
caso particolare dell'acqua.
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Calorimetria. Definizione di chilocaloria, scambio di calori
all'equilibrio termico. Cambiamenti di fase e calori latenti. Cenni sulla propagazione del calore: Formula di Fourier per la conduzione.
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Principio di equivalenza calore-lavore ed esperienze di Joule.
Primo principio della termodinamica. Energia interna.
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Sistema termodinamico all' equilibrio termodinamico.
Trasformazioni reversibili e irreversibili.
Lavoro delle forze di pressione.
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Equazione di stato dei gas perfetti.
Leggi di trasformazione dei gas perfetti:
isoterme, isocore, isobare, e lavori corrispondenti per
trasformazioni reversibili. Calori specifici molari per i gas perfetti biatomici e monoatomici.
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Espansione libera ed Energia interna per un gas perfetto.
Relazione di Mayer con dimostrazione.
Trasformazione adiabatica per gas perfetti,
legge di Poisson per adiabatiche reversibili (senza dimostrazione).
Trasformazioni cicliche: macchine termiche e macchine frigorifere
Ciclo di Carnot.
Rendimento di macchina termica.
Si consiglia di rifare
tutti gli esercizi fatti a lezione, e di svolgere quelli risolti nei libri
di testo consigliati.
Mazzoldi, Nigro, Voci,
Fisica Volume I,
Editrice EdiSES, Napoli.
Focardi, Massa, Uguzzoni, Villa
Fisica Generale- Meccanica e Termodinamica,
Casa Editrice Ambrosiana, Milano.
Mencuccini e Silvestrini,
Fisica I Meccanica e Termodinamia
Casa Editrice Ambrosiana, Milano.
M. Villa e A. Ugozzini,
Esercizi di Fisica (Meccanica),
Casa Editrice Ambrosiana, Milano.
P. Mazzoldi, A. Saggion, C Voci,
Problemi di Fisica Generale (Meccanica, Termodinamica),
Edizioni Libreria Cortina, Padova