Ingegneria Elettronica

ALESSANDRO BELARDINI
EMILIJA PETRONIJEVIC
MARIA CRISTINA LARCIPRETE

ITA
GENERALI
L’insegnamento di Fisica Generale I ha l’obiettivo di fornire agli studenti una solida base nei principi fondamentali della meccanica classica, introducendo i concetti di forza, moto, energia e quantità di moto e concetti sui fluidi e la termodinamica. Particolare attenzione è dedicata allo sviluppo di un metodo scientifico rigoroso, basato sull’osservazione, la modellizzazione e la verifica sperimentale. Per questo il corso è integrato della parte di laboratorio sperimentale.
L’insegnamento mira inoltre a far acquisire allo studente la capacità di analizzare e risolvere problemi fisici attraverso modelli matematici, facilitando il collegamento tra fenomeni osservabili e leggi fondamentali della fisica. Questo corso rappresenta una base essenziale per gli studi successivi nell’ambito delle scienze e dell’ingegneria.

SPECIFICI
• Conoscenza e capacità di comprensione: Comprendere i principi fondamentali della meccanica classica e della termodinamica.
• Capacità di applicare conoscenza e comprensione: Risolvere problemi fisici utilizzando strumenti matematici adeguati.
• Autonomia di giudizio: Valutare criticamente i risultati ottenuti e la validità dei modelli fisici adottati.
• Abilità comunicative: Esprimere in modo chiaro e coerente concetti e soluzioni nell’ambito della fisica.
• Capacità di apprendimento: Acquisire un metodo di studio autonomo per approfondire tematiche scientifiche.

1) Conoscenza e comprensione dei principi fondamentali della fisica e le loro applicazioni; in particolare: Conoscenza delle principali leggi che spiegano i fenomeni fisici della meccanica e termodinamica.

2) Capacità di applicare conoscenza e comprensione: applicazione delle leggi fisiche di base per risolvere problemi di meccanica e termodinamica, sia proponendo una soluzione parametrica (in funzione delle grandezze del sistema), sia una soluzione numerica, con la giusta unità di misura.

Conoscenze di matematica generale, trigonometria, geometria euclidea, geometria analitica, calcolo differenziale e integrale.

MECCANICA
1. Cinematica del punto materiale
1.1 Introduzione, 1.2 Moto rettilineo, 1.3 Velocità nel moto rettilineo. Moto rettilineo uniforme, 1.4 Accelerazione nel moto rettilineo, moto rettilineo uniformemente accelerato, 1.5 Moto verticale di un corpo, 1.6 Moto armonico semplice, 1.7 Moto rettilineo smorzato esponenzialmente, 1.9 Moto nel piano, posizione e velocità, componenti cartesiane, 1.10 Accelerazione nel moto piano, componenti cartesiane, 1.11 Moto circolare, notazione vettoriale, 1.12 Moto parabolico dei corpi, 1.13 Moto nello spazio, composizione di moti.
2. Dinamica del punto materiale
2.1 Principio d’inerzia, introduzione al concetto di forza, 2.2 Leggi di Newton, 2.3 Quantità di moto, impulso, 2.4 Risultante delle forze, equilibrio, reazioni vincolari, 2.5 Classificazione delle forze, 2.6 Azione dinamica delle forze, 2.7 Forza peso, 2.8 Forza di attrito radente, 2.9 Piano inclinato, 2.10 Forza elastica, 2.11 Forza di attrito viscoso, 2.12 Forze centripete, 2.13 Pendolo semplice, 2.14 Tensione dei fili, 2.15 Lavoro, potenza, energia cinetica, 2.16 Lavoro della forza peso, 2.17 Lavoro di una forza elastica, 2.18 Lavoro di una forza di attrito radente, 2.19 Forze conservative, energia potenziale, 2.20 Conservazione dell’energia meccanica, 2.21 Cenni alla relazione tra energia potenziale e forza, 2.22 Momento angolare, momento della forza, teorema del momento angolare,
3. Moti relativi
3.1 Sistemi di riferimento. Velocità e accelerazione relative teorema delle velocità relative, teorema delle accelerazioni relative, 3.2 Sistemi di riferimento inerziali. Relatività galileiana, 3.3 Moto di trascinamento rettilineo uniforme, 3.4 Moto di trascinamento rettilineo accelerato, 3.5 Moto di trascinamento rotatorio uniforme.
4. Dinamica dei sistemi di punti materiali
4.1 Sistemi di punti, forze interne e forze esterne, 4.2 Centro di massa di un sistema di punti, teorema del moto del centro di massa, osservazioni ed esempi sulle proprietà del centro di massa, 4.3 Conservazione della quantità di moto, 4.4 Teorema del momento angolare, 4.5 Conservazione del momento angolare, 4.6 Sistema di riferimento del centro di massa, 4.7 Teoremi di König per il momento angolare e per l’energia cinetica, 4.8 Il teorema dell’energia cinetica, 4.9 Urti tra due punti materiali nel sistema di riferimento del laboratorio, 4.10 Urto completamente anelastico, 4.11 Urto elastico centrale, 4.12 Cenni all’urto anelastico, 4.15 Proprietà dei sistemi di forze applicate a punti diversi, sistema di forze parallele, momento assiale.
5. Dinamica del corpo rigido. Cenni di statica
5.1 Definizione di corpo rigido, prime proprietà, 5.2 Moto di un corpo rigido, 5.3 Corpo continuo, densità, posizione del centro di massa, calcolo della posizione del centro di massa, centro di massa e forza peso, 5.4 Rotazioni rigide attorno ad un asse fisso in un sistema di riferimento inerziale, calcolo del momento angolare, momento d’inerzia, esempi sugli effetti del non parallelismo tra L e ω, equazione del moto, calcolo dell’energia cinetica e del lavoro, 5.5 Momento d’inerzia, 5.6 Teoremi di Huygens-Steiner e di König, 5.7 Pendolo composto, 5.8 Moto di puro rotolamento, conservazione dell’energia, attrito volvente, 5.9 Giroscopi, 5.10 Urti tra punti materiali e corpi rigidi o tra corpi rigidi, 5.11 Statica.
6. Gravitazione
6.1 La forza gravitazionale, 6.2 Massa inerziale e massa gravitazionale, 6.3 Energia potenziale gravitazionale.
7. Oscillazioni e onde
7.1 Proprietà dell’equazione differenziale dell’oscillatore armonico, 7.2 Oscillatore armonico smorzato da una forza viscosa, smorzamento forte, critico e debole, 7.3 Oscillatore armonico forzato, studio della risposta in funzione di ω, alcune considerazioni sul fenomeno della risonanza.
TERMODINAMICA
8. Calorimetria
8.1 Calorimetria, misura dei calori specifici, calori specifici dei solidi, 8.2 Processi isotermi, cambiamenti di fase, sorgenti di calore.
9. Primo principio della termodinamica
9.1 Sistemi e stati termodinamici, 9.2 Equilibrio termodinamico, principio dell’equilibrio termico, 9.3 Definizione di temperatura, termometri, scale termometriche, 9.4 Sistemi adiabatici, esperimenti di Joule, calore, 9.5 Primo principio della termodinamica, energia interna, convenzione sui segni di calore e lavoro, 9.6 Trasformazioni termodinamiche, Lavoro e calore, trasformazioni adiabatiche, trasformazioni reversibili e irreversibili,
10. Gas ideali e reali
10.1 Leggi dei gas, equazione di stato dei gas ideali, legge isoterma di Boyle, legge isobara di Volta-Gay Lussac, legge isocora di Volta-Gay Lussac, legge di Avogadro, equazione di stato del gas ideale, 10.2 Trasformazioni di un gas, lavoro, 10.3 Calore, calori specifici, 10.4 Energia interna del gas ideale, relazione di Mayer, 10.5 Studio delle trasformazioni adiabatiche, isoterme, isocore, isobare(entalpia) e generiche, 10.6 Trasformazioni cicliche, ciclo di Carnot, ciclo di Otto (motore a scoppio), cicli frigoriferi, 10.7 Diagrammi pV, equazione di Van der Waals, 10.8 Teoria cinetica dei gas, calcolo della pressione, equipartizione dell’energia, cenno alla distribuzione delle velocità, 10.9 Significato cinetico di temperatura e calore.
11. Secondo principio della termodinamica
11.1 Enunciati del secondo principio della termodinamica, 11.2 Reversibilità e irreversibilità, 11.3 Teorema di Carnot, studio del rendimento massimo, 11.4 Teorema di Clausius, 11.5 La funzione distato entropia, diagrammi T-S, 11.6 Il principio di aumento dell’entropia, 11.7 Calcoli di variazioni di entropia: trasformazioni adiabatiche, scambi di calore con sorgenti, scambi di calore tra due corpi, 11.8 Entropia del gas ideale, trasformazioni adiabatiche, 11.9 Entropia e probabilità.

PARTE DI LABORATORIO (con IDONEITA’: 4 su 5 relazioni di laboratorio)
Elementi di teoria della misura: sistemi di unità di misura; definizione, significato probabilistico ed uso di elementi di statistica. Errori e incertezze. Errori sistematici e casuali. Sensibilità, precisione e accuratezza di misure e strumenti. Incertezze di tipo A e B. Incertezze assolute e relative. Propagazione delle incertezze delle misure indirette. Confronto fra misure. Rappresentazione grafica di misure. Linearizzazione di funzioni di grandezze fisiche. Significato ed uso del metodo dei minimi quadrati. Laboratorio: esecuzione di semplici esperienze anche con acquisizione dati mediante sensoristica on-line. Elaborazione statistica assistita di dati sperimentali.

Mazzoldi, Nigro, Voci, “FISICA - Volume I - Meccanica e Termodinamica”, Casa Editrice Edises;
Mencuccini, Silvestroni “Meccanica e Termodinamica”, Casa Editrice Ambrosiana.
Appunti delle lezioni in dispense, scaricabili da Classroom.
Per la parte di teoria si consiglia l’uso dei seguenti testi: Mazzoldi, Nigro, Voci, Fisica, Volume I, 2° Edizione, Edises, Napoli. Michelotti, Fisica generale-Esercizi svolti, 3° Edizione, Esculapio Editore. Per la parte di laboratorio si consiglia la visione delle dispense disponibili sul sito del Laboratorio Didattico di Fisica del Dipartimento di Scienze di Base ed Applicate per l’Ingegneria (SBAI) all’indirizzo: https://www.sbai.uniroma1.it/labfis/teoria/errori.pdf

Mazzoldi, Nigro, Voci, “FISICA - Volume I - Meccanica e Termodinamica”, Casa Editrice Edises;
Mencuccini, Silvestroni “Meccanica e Termodinamica”, Casa Editrice Ambrosiana.
Mazzoldi, Nigro, Voci, Fisica, Volume I, 2° Edizione, Edises, Napoli.
Michelotti, Fisica generale-Esercizi svolti, 3° Edizione, Esculapio Editore.

Lezioni ed esercitazioni: due ore di lezione in aula: 1 ora e 30 minuti dell'insegnamento, con 30 minuti in cui il docente e' disponibile per domande e chiarimenti.

Lo studente è libero di non seguire le lezioni.

Prova scritta solo con esercizi seguita da una prova orale.

1) Moto Circolare vario, Accelerazione tangente e accelerazione centripeta
2) Moto Armonico, ampiezza, pulsazione, periodo e fase iniziale
3) Oscillatore armonico (massa molla)
4) Pendolo semplice
5) Sistemi di riferimenti inerziali e non inerziali traslatori
6) Oscillatore smorzato (massa molla con attrito)
7) Risonanza in un oscillatore forzato
8) Lavoro di una forza, Teorema lavoro e energia cinetica
9) Forze conservative, energia potenziale, conservazione energia meccanica
10) Energia meccanica e forze non conservative
11) Momento di una forza e momento angolare
12) Principi della gravitazione universale
13) Centro di massa e Prima equazione cardinale dinamica sistemi di p.m.
14) Momenti di inerzia
15) Seconda equazione cardinale sistemi p.m.
16) Teorema di Koenig
17) I e II equazione cardinale per il corpo rigido
18) Statica dei corpi rigidi
19) Assi liberi di rotazione di un corpo rigido
20) Energia cinetica e energia meccanica di un corpo rigido
21) Pendolo fisico
22) Rotolamento
23) Moto di precessione
24) Urti centrali elastici, urti anelastici
25) Pendolo Balistico
27) Teoria cinetica dei gas, pressione nei gas perfetti
27) La legge empirica dei gas perfetti
28) Energia interna dei gas e principio equipartizione energia
29) Calori molari dei gas ideali e dei solidi ideali
30) I Principio della Termodinamica
31) II Principio della Termodinamica
32) Ciclo di Carnot
33) Teorema di Carnot
34) Diseguaglianza di Clausius
35) Entropia, legge dell’entropia per le trasformazioni adiabatiche

• Orario delle lezioni: Lunedì-Venerdì 12.00-14.00, AULA 11 (RM005)


• Tutoraggio: Venerdì 14.00-16.00, AULA 1L, parte dal 6 Marzo 2026


• Le 5 esercitazioni di laboratorio si svolgeranno presso il
  Laboratorio Didattico di Fisica a via Castro Laurenziano 7a, edificio
  RM018