Scheda Insegnamento: FISICA I A.A. 2017/2018
  • Corso di Laurea: INGEGNERIA INDUSTRIALE (L-9)
  • Codice: 15664
  • Crediti: 9
  • Anno Off. Formativa: 2017/2018
  • Anno di Corso: 1
  • Erogazione: II semestre
  • Docente: ILARIA ARMENTANO

Programma

OBIETTIVI FORMATIVI
Il corso di FISICA 1 si propone di introdurre lo studente ai principi della Meccanica, Statica e Dinamica dei fluidi, Oscillazioni e Termodinamica, fornendogli le conoscenze fondamentali della fisica classica sia dal punto di vista teorico che da quello sperimentale.
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 che regolano la statica e dinamica 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 sviluppando le capacità di identificazione degli aspetti essenziali dei fenomeni fisici e le abilita’ logico critiche che consentono di proporre e/o verificare modelli fenomenologici in grado di descriverli.

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 capacita’ di applicare le leggi della meccanica newtoniana per risolvere problemi specifici.
Un importante risultato atteso e’ la comprensione del metodo scientifico, della natura e delle modalita’ della ricerca in Fisica, e la capacita’ di esporre gli argomenti trattati durante il corso.
L’acquisizione degli obiettivi formativi identificati, permettera’ agli studenti di disporre degli strumenti per interpretare e descrivere i
problemi di interesse nelle discipline caratterizzanti.

PROGRAMMA
Unita’ di misura fondamentali e derivate. Sistema Internazionale.. Moto in una dimensione: posizione, spostamento, velocita’ media ed istantanea. Modo rettilineo uniforme. Accelerazione media edistantanea. Moto uniformemente accelerato: equazioni del moto. Caduta di un grave. Vettori e operazioni.. Componenti di un
vettore. Versori. Moto in due dimensioni: vettore posizione, spostamento, velocita’ media ed istantanea, accelerazione media ed istantanea. Moto del proiettile. Cinematica del moto circolare: accelerazione centripeta e tangenziale. Esempi. Velocita’ relativa.
Leggi della dinamica, sistemi di riferimento inerziali. Forza gravitazionale. Massa inerziale e massa gravitazionale. Reazione normale. Forza elastica. Tensione. Piano Inclinato. Attrito: attrito statico, dinamico, cenni all'attrito volvente. Moto in fluido: resistenza e velocita’ limite. Dinamica del moto circolare: forza centripeta.
Lavoro. Prodotto scalare tra due vettori, proprieta’ del prodotto scalare. Teorema dell'energia cinetica. Lavoro della forza elastica. Potenza. Forze conservative. Energia potenziale. Principio di conservazione dell'energia meccanica. Lavoro della forza di attrito.
Sistemi di punti materiali: definizione di centro di massa. Determinazione del centro di massa per sistemi discreti e continui. Moto del centro di massa. Equilibrio stabile, instabile e indifferente. Quantita’ di moto di un punto materiale e di un sistema di punti materiali. Prima equazione cardinale della dinamica. Conservazione della quantita’ di moto. Energia cinetica di un sistema di punti materiali: Teorema di Konig.
Impulso. Urti in una dimensione: urto elastico, urto completamente anelastico. Coefficiente di restituzione. Esempi. Urti obliqui. Moto rotatorio: variabili angolari e loro relazione con quelle lineari.
Energia cinetica di un corpo in rotazione. Momento di inerzia per sistemi discreti di punti materiali e sistemi continui. Teorema di Huygens-Steiner. Rotolamento. La seconda legge di Newton per le rotazioni. Momento di una forza.
Prodotto vettoriale. Esempi e applicazioni. Momento di una forza e momento angolare. Seconda equazione cardinale della dinamica. Conservazione del momento angolare.

Oscillazioni. Periodo, frequenza. Oscillatore armonico semplice: soluzione generale. Esempi. Moto armonico semplice e moto circolare. Energia nel moto armonico semplice. Esempi di sistemi oscillanti: oscillatore armonico verticale, pendolo semplice, pendolo di torsione, pendolo composto. Oscillazioni smorzate: smorzamento critico e oscillazioni sovrasmorzate. Energia nell'oscillatore armonico smorzato. Fattore di merito. Oscillatore forzato e risonanza.
Equilibrio dei corpi: centro di gravita’ e condizioni di equilibrio.
Sforzi e deformazioni: modulo di Young, modulo di torsione, carico di rottura.
I fluidi: densita’, forze di volume di superficie, pressione. Legge di Stevino. Principio di Pascal, martinetto idraulico. Il barometro di Torricelli per la misura della pressione atmosferica. Il manometro. Principio di Archimede. Dinamica dei fluidi: portato di massa, portata volumica, equazione di continuita’. Teorema di Bernoulli. Casi particolari del Teorema di Bernoulli. Fluidi reali: viscosita’, legge di Poiseuille. Moto laminare e turbolento: numero di Reynolds. Tensione superficiale, coefficiente di adesione, menisco concavo e convesso, angolo di contatto.
Onde elastiche. Onde trasversali e longitudinali. Equazione d'onda. Velocita’ di propagazione di un'onda su una corda. Velocita’ di propagazione di un'onda sonora. Onde periodiche. Onde sinusoidali trasversali: lunghezza d'onda, frequenza, periodo, numero d'onda, pulsazione. Energia trasportata da un'onda. Onde sonore longitudinali. Energia di un'onda sonora. Onde in tre dimensioni. Intensita’. Riflessione, trasmissione e rifrazione. Effetto Doppler. Battimenti. Sovrapposizione di onde. Sovrapposizione ed equazione d'onda. Interferenza di onde sinusoidali. Onde stazionarie.
Equilibrio termico e temperatura: principio zero della termodinamica. Scala termometrica centigrada, termometri a gas e temperatura assoluta. Equazione di stato dei gas perfetti. Teoria cinetica dei gas: interpretazione microscopica della temperatura, teorema di equipartizione dell’energia.
Capacita’ termica e calore specifico. Cambiamenti di stato e calore latente. Primo principio della termodinamica. Energia interna di un gas perfetto. Trasformazioni termodinamiche. Calori specifici dei gas perfetti e teorema di equipartizione dell'energia.
Macchine termiche e secondo principio della termodinamica. Macchine refrigeranti. Macchina di Carnot. Scala di temperatura assoluta. Irreversibilita’, disordine ed entropia. Entropia di un gas perfetto. Variazioni di entropia per alcune trasformazioni. Entropia e secondo principio della termodinamica. Cenni al significato microscopico di entropia.

Statistica e teoria degli errori.
Gli errori sperimentali. La stima degli errori nella lettura delle scale e nelle misure ripetibili. Rappresentazione degli errori. Cifre significative. Discrepanza. Confronto tra valori misurati e valori accettati. Confronto di due misure. Verifica della proporzionalita’ tra due grandezze tramite l’uso di un grafico. Errore relativo. Incertezze nelle misure dirette. Incertezza su una grandezza funzione arbitraria di una variabile. Errori casuali e sistematici. La media e la deviazione standard della media. Istogrammi e distribuzioni limite. La distribuzione normale. Interpretazione della deviazione standard in termini di confidenza del 68. Giustificazione della media come miglior stima. Deviazione standard della media. Metodo dei minimi quadrati. Calcolo delle costanti A e B. Incertezze nelle misure di y. Incertezze sulle costanti A e B. Adattamento ad altre curve del metodo dei minimi quadrati. Coefficiente di correlazione lineare. Chi quadro.
Sono inoltre previste le seguenti esercitazioni (obbligatorie) di Laboratorio di Fisica I:
-misura della costante elastica di una molla;
-misura del periodo di oscillazione di un pendolo semplice;
-misura della densita’ di un corpo;
-misura del calore specifico di un corpo.

Testi consigliati

P.A. Tipler, G. Mosca, “Corso di Fisica: Meccanica, Onde, Termodinamica”, ed Zanichelli.
J.R. Taylor, “Introduzione all'analisi degli errori. Lo studio delle incertezze nelle misure fisiche”, ed Zanichelli.

Propedeuticità

Nessuna Prerequisiti: conoscenze di Analisi Matematica

Frequenza

Facoltativa

Metodologia didattica

Ore lezione: 72

Valutazione del profitto

Prova scritta, prova orale, esercitazioni

Descrizione dei metodi di accertamento

Norme per gli esami di FISICA I e II: 1) Gli esami si svolgono in tre sessioni: sessione invernale, sessione estiva, sessione autunnale. 2) Ogni sessione comprende quattro appelli: due per la prova scritta e due per la prova orale. 3) Per sostenere la prova orale il voto ottenuto nella prova scritta deve essere almeno 18/30. 4) La validita' di una prova scritta e' limitata alla sessione in cui si e' svolta. 5) Durante ognuno dei due corsi sono previste quattro esercitazioni di laboratorio la cui frequenza e' obbligatoria per sostenere l'esame; e' consentito il recupero di una sola esercitazione. Ogni esercitazione prevede la stesura di una relazione inerente il tipo di esperimento eseguito in laboratorio, che dovra’ essere consegnata obbligatoriamente alla fine dell’esercitazione stessa. Ogni relazione e' valutata da un giudizio (A: Ottimo; B: buono; C: sufficiente; D: non sufficiente). 6) La votazione finale di ognuno dei due corsi atterra' alla valutazione della prova scritta, della prova orale e delle relazioni di laboratorio.

Luogo lezioni

Largo dell'Universita' snc Blocco Ingegneria-Campus Aula Magna

Orario lezioni

Lunedì ore 11.00-13.00
Martedì ore 11.00-13.00
Mercoledì ore 9.00-11.00

Comunicazioni

Giovedì 11:00-13:00