Ingegneria Meccanica

ALESSIO SARTI
DANIELE PASSERI

Nel corso di Fisica I vengono illustrati i principi fondamentali della meccanica classica, i concetti di forza, lavoro ed energia e, successivamente, il principio generale di conservazione dell’energia e le proprietà di evoluzione dei fenomeni naturali (primo e secondo principio della termodinamica).
Il corso ha i seguenti obiettivi formativi:
- introdurre alla metodologia di base del metodo scientifico e della misura;
- comprensione della meccanica classica del punto materiale;
- acquisizione e comprensione delle leggi e dei principi della dinamica e della statica dei corpi rigidi;
- acquisizione delle leggi fondamentali che regolano la statica dei fluidi;
- comprensione dei fenomeni oscillatori;
- acquisizione dei principi fondamentali della termodinamica.

Il corso si propone di introdurre le metodologie di base della Fisica Sperimentale con l'obiettivo formativo di sviluppare le capacità di identificazione degli aspetti essenziali dei fenomeni fisici e le abilità logico critiche che consentono di proporre e/o verificare modelli fenomenologici in grado di descriverli.
Il corso si prefigge l'obiettivo che al suo termine lo studente abbia acquisito (Descrittore di Dublino 1) le principali conoscenze di base della meccanica del punto, dei sistemi di punti e del corpo rigido, e abbia assimilato i fondamenti della termodinamica classica. Lo studente possiederà conoscenze approfondite sui principi di conservazione in fisica, sui campi di forze e loro specifiche proprietà e sui modelli elementari di trattazione dei sistemi meccanici complessi.

Dall'insieme di queste conoscenze, le principali abilità acquisite dallo studente (capacità di applicare le conoscenze acquisite, Descrittore di Dublino 2, e di adottare con autonomia di giudizio l'opportuno approccio, Descrittore di Dublino 3) consisteranno nella capacità di modellizzare fenomeni fisici anche complessi, abilità nell'esecuzione di esercizi e problemi e capacità di sviluppare autonomamente semplici dimostrazioni basate sull'estensione e l'applicazione delle conoscenze acquisite.

RISULTATI DI APPRENDIMENTO ATTESI
Ci si aspetta che al termine del corso lo studente abbia appreso i fondamenti teorici e sperimentali della Fisica Classica, le sue leggi fondamentali e abbia acquisito la capacità di applicare le leggi della meccanica newtoniana e della termodinamica classica per risolvere problemi specifici.
Importanti e fondamentali risultati attesi sono la comprensione del metodo scientifico, della natura e delle modalità della ricerca in Fisica, e la capacità di esporre gli argomenti trattati durante il corso.

L'acquisizione degli obiettivi formativi identificati, permetterà agli studenti di disporre degli strumenti per interpretare e descrivere i problemi di interesse nelle discipline caratterizzanti.
I Risultati di apprendimento attesi si possono così riassumere:
Conoscenza e capacità di comprensione: acquisizione delle basi teoriche e sperimentali della meccanica e della termodinamica; comprensione critica delle loro leggi; avvio alla comprensione del metodo scientifico, della natura e delle modalità della ricerca in Fisica;
Applicazione pratica delle conoscenze acquisite: capacità di identificazione degli elementi essenziali di un fenomeno, in termini di ordine di grandezza e di livello di approssimazione necessario; capacità di applicazione delle leggi e delle teorie a situazioni concrete mediante la risoluzione di problemi.

Conoscenze delle leggi fondamentali della meccanica classica e della termodinamica classica con riferimento alle osservazioni sperimentali.

Capacità di analisi e di elaborazione quantitativa per problemi di Fisica di limitata complessità.

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.

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.

FISICA (meccanica e termodinamica) Mencuccini Silvestrini. (Ambrosiana - Zanichelli)

Eserciziari:
1. Esercizi di fisica, Mencuccini Silvestrini (Ambrosiana - Zanichelli)

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.

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.

Studio del moto del pendolo semplice.
Studio dell'oscillatore armonico.
Teorema dell'energia cinetica.
Teorema dell'impulso.
Teorema del momento angolare.
Calcolo del momento di inerzia.
Sistema di riferimento del centro di massa.
Statica e dinamica dei fluidi.
Leggi di Keplero.
Primo e secondo principio della termodinamica.
Teoria cinetica dei gas ideali.
Calore specifico in una trasformazione politropica.

• Cinematica del punto materiale


• Dinamica del punto materiale


• Sistemi di punti materiali


• Corpo rigido


• Statica dei fluidi


• Termodinamica: termometria


• Termodinamica: primo principio


• Termodinamica: secondo principio