Ingegneria Meccanica

INTRODUZIONE ALLA FISICA Il metodo scientifico. Grandezze fisiche fondamentali e derivate. Sistemi di unità di misura. Dimensione ed equazioni dimensionali. Misure ed errori. CINEMATICA DEL PUNTO MATERIALE Sistemi di riferimento. Modello di punto materiale. Equazioni del moto: moti componenti, traiettoria, equazione oraria. Vettori spostamento, velocità e accelerazione. Moto rettilineo uniforme, moto uniformemente accelerato, moto vario. Moto verticale dei gravi. Moto con traiettoria piana: accelerazione tangenziale e normale. Moto circolare uniforme e moti armonici componenti. Moti centrali e velocit`a areolare. Moti relativi e grandezze cinematiche relative. DINAMICA DEL PUNTO MATERIALE Legge d’inerzia e concetto di forza. Massa inerziale. Primo, secondo e terzo principio della dinamica. Azione e reazione. Quantità di moto e impulso di una forza. Forza peso, forze elastiche, reazioni vincolari, forze di attrito, resistenze passive. Oscillatore armonico. Oscillazioni smorzate e forzate. Pendolo semplice. Momento di una forza rispetto a un punto. Teorema del momento della quantità di moto. Sistemi di riferimento non inerziali: forze apparenti, forze centrifughe. LAVORO ED ENERGIA PER IL PUNTO MATERIALE Lavoro e potenza. Campi di forze conservativi: energia potenziale. Energia cinetica e teorema delle forze vive. Conservazione dell’energia meccanica. Conservazione dell’energia. MECCANICA DEI SISTEMI DI PUNTI MATERIALI Centro di massa e moto del centro di massa. Quantit`a di moto di un sistema di punti e teorema della quantità di moto. Conservazione della quantità di moto e del momento della quantità di moto. Teorema del lavoro e dell’energia cinetica per un sistema di punti. Energia cinetica e potenziale per un sistema di punti: conservazione dell’energia meccanica. Problemi di meccanica dei sistemi. Processi d’urto: urto normale centrale, urto nello spazio. MECCANICA DEL CORPO RIGIDO Cinematica e dinamica dei corpi rigidi. Sistemi equivalenti di forze. Corpo rigido girevole attorno a un asse fisso. Momento di inerzia. Energia cinetica di un corpo rigido libero. Statica del corpo rigido. GRAVITAZIONE Legge di gravitazione universale. Massa gravitazionale. Moto dei pianeti e dei satelliti: leggi di Keplero. Teorema di Gauss (opzionale per gli allievi del corrente a.a.). MECCANICA DEI CORPI DEFORMABILI Deformazioni elastiche plastiche. Deformazioni di volume e di scorrimento. Sforzi. Compressione di volume. Deformazione lungo un asse. Deformazione di scorrimento e di torsione. Origine delle propriet`a elastiche dei solidi. Sollecitazioni e deformazioni dei liquidi: viscosità. (Questa parte di programma è opzionale per gli allievi del corrente a.a.) STATICA DEI FLUIDI Pressione. Equazioni della statica dei fluidi. Statica dei fluidi pesanti. Principio di Pascal. Principio di Archimede. ONDE IN MEZZI ELASTICI Tipi di onde elastiche. Principio di sovrapposizione. Onde piane longitudinali sinusoidali. Onde piane longitudinali. Velocità di propagazione ed equazione delle onde longitudinali. Intensit`a di un’onda. Sovrapposizione e interferenza di onde. Velocità di fase e di gruppo. Interferenza di onde. Onde stazionarie. Battimenti. (Questa parte di programma è opzionale per gli allievi del corrente a.a.) TERMOLOGIA Temperatura. Principio zero della termodinamica. Scale termometriche. Quantità di calore, calori specifici. Espansione termica dei solidi. Trasmissione del calore. I PRINCIPIO DELLA TERMODINAMICA: Sistemi termodinamici. Equilibrio termodinamico. Grandezze e variabili di stato. Trasformazioni. Lavoro nelle trasformazioni reversibili. Calore ed energia. Equivalente meccanico della caloria. Primo principio della termodinamica. Calori specifici. Processi isotermi e adiabatici. STATO GASSOSO E LIQUIDO DELLA MATERIA Equazione di stato per i gas perfetti. Energia interna dei gas perfetti. Primo principio della termodinamica per i gas perfetti. Trasformazioni nei gas perfetti. Teoria cinetica dei gas perfetti. Pressione nella teoria cinetica. Interpretazione cinetica della temperatura. Calori specifici nei gas perfetti ed equipartizione dell’energia. Modello di Van der Waals (cenni). II PRINCIPIO DELLA TERMODINAMICA Macchine termiche. Ciclo di Carnot. Il secondo principio della termodinamica. Teorema di Carnot. Temperatura termodinamica. Zero assoluto e sua irraggiungibilità. Entropia. Disuguaglianza di Clausius. Entropia nei sistemi isolati. Processi irreversibili. Entropia e disordine. Entropia e informazione (cenni).

Per affrontare con successo lo studio del modulo di Fisica I e comprendere più agevolmente gli argomenti trattati è indispensabile una conoscenza solida della matematica di base (equazioni di vario grado, disequazioni, sistemi di equazioni), della trigonometria, della geometria elementare e della geometria analitica (studio di funzioni, etc.). È richiesta inoltre la conoscenza dei vettori e delle operazioni tra vettori. Per una comprensione più approfondita dei primi argomenti di cinematica trattati nel corso è utile la conoscenza delle tecniche elementari di integrazione e derivazione. La conoscenza di tutte le tecniche matematiche elencate e la capacità di saperle applicare in modo efficace sono prerequisiti indispensabili per seguire il corso con profitto. In termini di propedeuticità, per poter sostenere l'esame di Fisica I, è necessario aver già superato almeno uno degli esami appartenenti ai SSD MAT/*

Testi consigliati per lo studio fondamentale in lingua italiana: D. Sette, A. Alippi: Lezioni di Fisica - vol. 1 Meccanica e Termodinamica, Zanichelli C. Mencuccini, V. Silvestrini: Fisica. Meccanica e termodinamica. Con esempi ed esercizi. Con Contenuto digitale (fornito elettronicamente), edizione 2016, Casa editrice Ambrosiana. Testo consigliato per gli esercizi: A. Alippi, A. Bettucci, M. Germano: Fisica Generale. Esercizi Risolti e Guida allo Svolgimento con Richiami di Teoria, Esculapio. Nella pagina web del docente sul sito del dip.to SBAI sono inoltre disponibili dispense di esercizi, test d’esame degli anni precedenti, test di autovalutazione e altre informazioni: https://www.sbai.uniroma1.it/rossi-marco/fisica-i/2018-2019 In ogni caso lo studente può utilizzare per la preparazione dell’esame qualunque testo didattico di Fisica Generale che tratti gli argomenti del programma con un livello di approfondimento analogo a quello dei testi sopra indicati.

Il corso è organizzato in lezioni frontali. Sono previste 90 ore di lezioni frontali inclusive di esercitazioni (svolte dal co-docente). Le esercitazioni sono svolte a completamento ed approfondimento degli argomenti trattati nel corso dal docente di riferimento. Tutti gli argomenti proposti nel corso vengono rivisitati dal punto di vista della loro applicazione anche nella risoluzione di esercizi pratici, al fine di rendere lo studente sufficientemente autonomo e padrone della materia. Ulteriori informazioni e dettagli sono disponibili al seguente url: https://www.sbai.uniroma1.it/rossi-marco/fisica-i/2019-2020

La frequenza alle lezioni e alle esercitazioni in aula, anche se non obbligatoria, è fortemente consigliata.

L'esame è volto ad accertare la conoscenza degli argomenti elencati nel programma ufficiale del corso di FISICA I e la capacità di applicare la teoria ed i suoi metodi alla soluzione di esercizi. L'esame si compone di una prima parte P1 scritta (obbligatoria) seguita da una seconda parte P2 orale. Durante lo scritto non si possono portare in aula libri di alcun tipo o appunti del corso. È consentito l'uso di una calcolatrice non programmabile. L'esame scritto è rivolto prioritariamente ad accertare la capacità di risoluzione di quesiti e calcoli (sia simbolici che numerici) inerenti agli argomenti trattati nel corso. Lo scritto è articolato in 5 esercizi strutturati e 2 domande (facoltative) di teoria. Gli esercizi dello scritto hanno un livello di difficoltà non superiore al livello degli esercizi svolti durante il corso e durante le attività di tutoraggio: esso si ispirano agli esercizi ed agli esempi dei libri di testo indicati dal docente. Le 2 domande di teoria, se svolte in maniera sufficiente, possono essere – su proposta del docente e con decisione che spetta allo studente – sostitutive della parte orale e concorrere al voto finale. Si consiglia di sostenere la parte orale dell’esame solo nel caso in cui siano stati svolti correttamente almeno due esercizi della prova scritta. Si consiglia comunque di non sostenere la prova orale nel caso in cui non sia stato svolto correttamente neanche uno dei due esercizi di termodinamica o neanche uno degli esercizi di meccanica. L'orale sarà prevalentemente rivolto ad accertare una adeguata conoscenza della teoria discussa nel corso e include la discussione dello scritto. La parte orale dell'esame va sostenuta nell'appello in cui si è sostenuta la parte scritta. Le valutazioni degli scritti e degli orali sono espresse in trentesimi. Il voto finale (in trentesimi) è una media pesata dei voti ottenuti in P1 e in P2, con pesi indicativamente nel rapporto 1/2. In definitiva, l'articolazione dell'esame in due parti (scritta, P1 e orale,P2) ha lo scopo di verificare: i) la capacità di comprensione delle problematiche proposte durante il corso; ii) la capacità di applicare correttamente le conoscenze teoriche (descrittore di Dublino 2); iii) l'abilità di formulare in autonomia di giudizio osservazioni appropriate sulle possibili alternative modellistiche (descrittore di Dublino 3); iv) l'abilità di comunicare in modo efficace e pertinente in forma scritta (descrittore di Dublino 4). Dall'inizio della prova scritta fino alle ore 24:00 del 3 giorno successivo alla prova scritta, l'allievo può ritirarsi dall'esame – senza che questo lasci traccia alcuna nel suo profilo curriculare – comunicando formalmente al docente tale intenzione (per posta elettronica all'indirizzo: marco.rossi@uniroma1.it). Tutti coloro che non fanno esplicita richiesta di ritirarsi dall'esame verranno verbalizzati sul sistema INFOSTUD, anche in caso di esito negativo della prova (corrispondente in termini di votazione informatizzata a 17/30), che andrà quindi ripetuta.

Testi di approfondimento in italiano: J. Kakalios: La Fisica dei supereroi, Einaudi. E. Fermi: Termodinamica, Boringhieri. Ulteriori testi di riferimento consigliati (in italiano) W.E. Gettys, F.J. Keller, M.J. Skove, “Fisica classica e moderna”, vol. 1 e 2 (casa editrice McGraw-Hill) D. Halliday, R. Resnick, K.S. Krane, “Fisica”, vol. 1 e 2 (casa editrice Ambrosiana) P.A. Tipler, G. Mosca, "Corso di fisica", vol. 1-Meccanica Onde termodinamica e vol. 2-Elettricità Magnetismo Ottica (casa editrice Zanichelli) S. Rosati, “Fisica Generale”, in due volumi (casa editrice Ambrosiana) S. Focardi, I. Massa, A. Uguzzoni, “Fisica Generale, Meccanica e Termodinamica” (casa editrice Ambrosiana) P. Mazzoldi, M. Nigro, C. Voci, “Fisica” vol. 1 e 2 oppure “Elementi di Fisica” in più volumi (ediSES) R.G.M. Caciuffo, S. Melone, “Fisica Generale - Meccanica e termodinamica” (casa editrice Masson S.p.A.)

Il corso è organizzato in lezioni frontali. Sono previste 90 ore di lezioni frontali inclusive di esercitazioni (svolte dal co-docente). Le esercitazioni sono svolte a completamento ed approfondimento degli argomenti trattati nel corso dal docente di riferimento. Tutti gli argomenti proposti nel corso vengono rivisitati dal punto di vista della loro applicazione anche nella risoluzione di esercizi pratici, al fine di rendere lo studente sufficientemente autonomo e padrone della materia. Ulteriori informazioni e dettagli sono disponibili al seguente url: https://www.sbai.uniroma1.it/rossi-marco/fisica-i/2019-2020

MECCANICA Cinematica del punto materiale. La legge oraria di un punto materiale. Velocità ed accelerazione istantanee. Moti piani su traiettoria qualsiasi. I principi della dinamica del punto materiale. Sistemi di riferimento inerziali. Forza e accelerazione. Sistemi non inerziali e forze dette apparenti o fittizie. Impulso e quantità di moto. Momento angolare e momento della forza. Lavoro e energia. Teorema dell'energia cinetica. Campi di forze conservative. Energia potenziale. Il teorema della conservazione dell'energia meccanica. La potenza. Le leggi delle forze Le leggi della gravitazione universale. La forza peso. Forze elastiche. Forze viscose di resistenza del mezzo. Moto di un grave sottoposto a forza di resistenza viscosa. Moto oscillatorio smorzato. Reazioni vincolari. Forze di attrito. Attrito statico. Attrito dinamico radente. Oscillazioni forzate. Le leggi della dinamica dei sistemi. Centro di massa. Equazioni cardinali della dinamica dei sistemi ed il moto del centro di massa. Energia cinetica e teorema di Koenig. Sistemi rigidi. Equilibrio dei corpi rigidi. Momento angolare rispetto al baricentro e momento di inerzia. Energia cinetica di un sistema rigido - Momento angolare rispetto ad un polo fisso. Corpo rigido girevole intorno ad un asse fisso, teorema di Huygens-Steiner. Moto di rotolamento. Urto centrale elastico fra particelle puntiformi. Urti anelastici. Statica dei fluidi. Equazioni della statica dei fluidi, legge di Stevino, principio di Pascal, principio di Archimede. Teorema di Bernoulli. TERMODINAMICA Temperatura. Sistemi termodinamici. Stati di equilibrio termodinamico. Calore. Trasformazioni termodinamiche. Variabili di stato. Lavoro in una trasformazione termodinamica. Rappresentazione grafica delle trasformazioni e del lavoro - Dilatazione termica. Il primo principio della termodinamica. L'equivalente meccanico della caloria . Applicazioni del primo principio ad un corpo solido. Applicazioni del primo principio ad un gas perfetto. Il piano di Clapeyron. Trasformazioni quasi statiche, lavoro e reversibilità. L'energia interna di un gas perfetto. Calori specifici di un gas perfetto. Adiabatica reversibile di un gas perfetto. I gas reali. Sistema generico descritto dai parametri P, V, T. Agitazione termica e transizioni di fase. Secondo principio della termodinamica. Enunciati del secondo principio. Il ciclo di Carnot. Teorema di Carnot. Integrale di Clausius ed entropia. L 'entropia e il secondo principio della termodinamica. Entropia di alcuni sistemi termodinamici notevoli. L'entropia come parametro di stato. Interpretazione microscopica delle grandezze termodinamiche Interpretazione microscopica della pressione. Interpretazione microscopica della temperatura. Principio di equipartizione dell’energia.

Per comprendere al meglio le relazioni fisiche presentate nel corso e le implicazioni nella risoluzione dei problemi sono importanti dei rudimenti di calcolo differenziale ed integrale (derivate ed integrali di funzioni semplice quali esponenziali, logaritmi, polinomi, radici) e del calcolo vettoriale.

FISICA (meccanica e termodinamica) Mencuccini Silvestrini. (Ambrosiana - Zanichelli) Eserciziari: 1. Esercizi di fisica, Mencuccini Silvestrini (Ambrosiana - Zanichelli)

La frequenza non è obbligatoria, ma altamente raccomandata e raccomandata in presenza. Gli studenti che non seguono o seguono a distanza, nel tempo hanno manifestato chiaramente maggiori difficoltà nel superamento dell'esame.

L'esame appurerà le conoscenze delle leggi fondamentali della meccanica classica e della termodinamica classica con riferimento alle osservazioni sperimentali. Lo studente dovrà dimostrare le capacità di analisi e di elaborazione quantitativa acquisite, risolvendo problemi di Fisica di limitata complessità. La prima parte dell'esame consiste nell'affrontare un esame scritto (5 esercizi, da svolgere in 2h 30 min) e per tutti coloro che superano una valutazione di 14 su 30 è previsto lo svolgimento di un esame orale.

Il corso si articola in 45 lezioni circa di due ora ciascuna in cui viene affrontato il programma intero del corso. Partendo dalla cinematica del punto materiale, proseguendo con la dinamica del punto e la dinamica dei sistemi si arriva a discutere il moto dei corpi rigidi. Infine si affrontano i fluidi ed i gas. Per ultimo si introduce il problema dei molti corpi dal punto di vista della termodinamica. Viene introdotto il concetto di calore, i gas ideali e le macchine termiche. Infine si affronta la definizione della funzione di stato Entropia.

Campo gravitazionale e teorema di Gauss. Statica dei fluidi. Teoria cinetica dei gas perfetti. Esercitazioni preparatorie all'esame.

Per affrontare con successo lo studio del modulo di Fisica I e comprendere più agevolmente gli argomenti trattati è indispensabile una conoscenza solida della matematica di base (equazioni di vario grado, disequazioni, sistemi di equazioni), della trigonometria, della geometria elementare e della geometria analitica (studio di funzioni, etc.). È richiesta inoltre la conoscenza dei vettori e delle operazioni tra vettori. Per una comprensione più approfondita dei primi argomenti di cinematica trattati nel corso è utile la conoscenza delle tecniche elementari di integrazione e derivazione. La conoscenza di tutte le tecniche matematiche elencate e la capacità di saperle applicare in modo efficace sono prerequisiti indispensabili per seguire il corso con profitto.

Testi consigliati per lo studio fondamentale in lingua italiana: D. Sette, A. Alippi: Lezioni di Fisica - vol. 1 Meccanica e Termodinamica, Zanichelli C. Mencuccini, V. Silvestrini: Fisica. Meccanica e termodinamica. Con esempi ed esercizi. Con Contenuto digitale (fornito elettronicamente), edizione 2016, Casa editrice Ambrosiana. Testo consigliato per gli esercizi: A. Alippi, A. Bettucci, M. Germano: Fisica Generale. Esercizi Risolti e Guida allo Svolgimento con Richiami di Teoria, Esculapio. Nella pagina web del docente sul sito del dip.to SBAI sono inoltre disponibili dispense di esercizi, test d’esame degli anni precedenti, test di autovalutazione e altre informazioni: https://www.sbai.uniroma1.it/rossi-marco/fisica-i/2018-2019 In ogni caso lo studente può utilizzare per la preparazione dell’esame qualunque testo didattico di Fisica Generale che tratti gli argomenti del programma con un livello di approfondimento analogo a quello dei testi sopra indicati.

Gli argomenti trattati vengono illustrati in modalità tradizionale (uso di lavagna). Ulteriori informazioni e dettagli sono disponibili al seguente url: https://www.sbai.uniroma1.it/rossi-marco/fisica-i/2019-2020

La frequenza non è obbligatoria ma è fortemente raccomandata.

Le prove finali vengono svolte come indicato dal docente principale del corso.

Testi di approfondimento in italiano: J. Kakalios: La Fisica dei supereroi, Einaudi. E. Fermi: Termodinamica, Boringhieri. Ulteriori testi di riferimento consigliati (in italiano) W.E. Gettys, F.J. Keller, M.J. Skove, “Fisica classica e moderna”, vol. 1 e 2 (casa editrice McGraw-Hill) D. Halliday, R. Resnick, K.S. Krane, “Fisica”, vol. 1 e 2 (casa editrice Ambrosiana) P.A. Tipler, G. Mosca, "Corso di fisica", vol. 1-Meccanica Onde termodinamica e vol. 2-Elettricità Magnetismo Ottica (casa editrice Zanichelli) S. Rosati, “Fisica Generale”, in due volumi (casa editrice Ambrosiana) S. Focardi, I. Massa, A. Uguzzoni, “Fisica Generale, Meccanica e Termodinamica” (casa editrice Ambrosiana) P. Mazzoldi, M. Nigro, C. Voci, “Fisica” vol. 1 e 2 oppure “Elementi di Fisica” in più volumi (ediSES) R.G.M. Caciuffo, S. Melone, “Fisica Generale - Meccanica e termodinamica” (casa editrice Masson S.p.A.)

Gli argomenti trattati vengono illustrati in modalità tradizionale (uso di lavagna). Ulteriori informazioni e dettagli sono disponibili al seguente url: https://www.sbai.uniroma1.it/rossi-marco/fisica-i/2019-2020