Programma del Corso di

FISICA GENERALE I

(Telecomunicazioni)

prof. Stefano Atzeni, A.A. 1999-2000

 

 

I numeri di pagina sotto riportati si riferiscono al testo "Fisica I" di C. Mencuccini e V. Silvestrini, Terza Edizione, Liguori Editore, Napoli, 1996. Gli esempi presentati nel testo di norma costituiscono applicazioni degli argomenti generali. Costituiscono invece parte integrante del programma quelli il cui argomento è elencato nel programma stesso.

Lo studente può utilizzare qualsiasi altro testo purché svolga tutti gli argomenti in programma, con approfondimento almeno pari a quello delle trattazioni presentate durante le lezioni.

 

 

Il metodo scientifico (pp. 3-12)

Introduzione al metodo scientifico. Definizione operativa delle grandezze fisiche e la grandezza fisica "lunghezza". Grandezze fondamentali e grandezze derivate. Sistemi di unità di misura ed equazioni dimensionali. La grandezza fisica "tempo".

 

Cinematica del punto materiale (pp. 21-26; 31-37; 46-59)

Concetto di punto materiale. Posizione; gradi di libertà; traiettoria, ascissa curvilinea. Vettore posizione e sue rappresentazioni cartesiana e polare. La legge oraria. Velocità media. Derivata dei vettori. Velocità istantanea. Accelerazione istantanea. Il vettore velocità angolare. Moti piani su traiettoria qualsiasi: accelerazione tangenziale e normale. Dall’accelerazione alla legge oraria; condizioni iniziali. Alcuni casi notevoli di moto: rettilineo uniforme, circolare uniforme; rettilineo uniformemente accelerato; parabolico; circolare con legge oraria arbitraria; moto armonico (pp. 111-112).

 

I principi della dinamica del punto materiale (pp. 65-80; 82-88)

Principio di relatività. Definizione statica di forza. Sistemi di riferimento inerziali. Principio di inerzia (primo principio della dinamica). Forza e accelerazione. Massa inerziale e massa gravitazionale. Misura dinamica di forze. Secondo principio della dinamica. Cenni sulle forze fondamentali. Leggi delle forze ed equazioni del moto. Trasformazioni galileiane e covarianza relativistica del secondo principio della dinamica [omettere la dimostrazione]. Sistemi non inerziali: forze apparenti o fittizie (forza centrifuga; forza apparente di trascinamento; forza di Coriolis).

 

Conseguenze del secondo principio della dinamica (pp. 104-122; 126-134; 137-139)

Impulso e quantità di moto. Momento angolare (o momento della quantità di moto) e momento della forza; teorema del momento angolare; il pendolo semplice; il moto armonico. Lavoro di una forza e teorema dell’energia cinetica. Calcolo del lavoro e integrale di linea. Campi di forze conservativi. La funzione potenziale. Calcolo della funzione potenziale. Il teorema di conservazione dell’energia meccanica. Sistemi ad un solo grado di libertà. Posizioni di equilibrio per un punto materiale ed energia potenziale; equilibrio stabile, instabile, indifferente. La potenza.

 

 

Le leggi delle forze (pp. 147-151; 155-162, 164-167; 172-191;194-196)

La legge di gravitazione universale. Campo gravitazionale generato da una massa avente simmetria sferica [solo enunciato; omettere il teorema di Gauss] Sistemi gravitazionali legati e velocità di fuga. Le leggi di Keplero e la loro giustificazione dinamica [omettere dettagli della dimostrazione dell’ellitticità dell’orbita]. Velocità areolare. Il potenziale efficace e la forza di richiamo verso l’orbita di equilibrio. La forza peso. Forze elastiche; legge di Hooke; modulo di Young [su flessione e torsione solo cenni]; equazione dell’oscillatore armonico. Forze viscose e di resistenza del mezzo; moto di un grave sottoposto a forza di resistenza viscosa; moto armonico smorzato. Reazioni vincolari. Forze di attrito: attrito statico; attrito cinematico radente; attrito volvente. Oscillatore forzato.

 

Le leggi della dinamica dei sistemi (pp. 211-231; 235-240)

Leggi fondamentali: secondo principio della dinamica; equazione del momento angolare; teorema dell’energia cinetica. Forze esterne e forze interne. Coppia di forze, braccio della coppia, momento risultante della coppia. Terzo principio della dinamica. Centro di massa; densità. Equazioni cardinali della dinamica dei sistemi. Teorema del centro di massa. Significato del momento angolare; coppia motrice e resistente; assi liberi di rotazione. Razzo come esempio di sistema a massa variabile.

 

Sistemi rigidi (pp. 251-252; 240-244; 252-259; 262-266; 268-270; 272-279; 284-288; 291-293)

Il corpo rigido. Sistemi di forze applicate; sistemi di forze equivalenti; baricentro. Equilibrio dei corpi rigidi; caso notevole di un corpo pesante appoggiato su un piano orizzontale. Momento angolare assiale e momento d’inerzia. Calcolo del momento d’inerzia; teorema di Huygens-Steiner. Energia cinetica di un sistema rigido. Momento angolare rispetto ad un polo fisso. Moto di un sistema rigido non vincolato; discussione qualitativa del moto di un proiettile non puntiforme. Giroscopio appoggiato ad un piano (trottola) senza attrito e moto di precessione [omettere il caso con attrito]. Corpo rigido girevole attorno ad un asse fisso; pendolo fisico o pendolo composto. Moto di rotolamento. Sistemi composti da più sistemi rigidi fra loro collegati.

 

Problemi d’urto (pp. 309-322; 325)

Considerazioni metodologiche generali. Urto elastico fra particelle sferiche. Urto elastico di una sfera contro una parete rigida di massa infinita. Definizione di urto anelastico e di coefficiente di restituzione [omettere la trattazione dalla seconda metà di pag. 322 a pag. 324]. Il pendolo balistico. Cenni al concetto di sezione d’urto.

 

Statica dei fluidi (pp. 335-356)

Azioni meccaniche sui fluidi; forze di volume e forze di superficie; pressione. Equazioni della statica dei fluidi. Idrostatica nel campo della gravità; legge di Stevino; principio di Archimede. Statica dei fluidi in campi di forze conservative; principio di Pascal. Statica dei fluidi in sistemi di riferimento non inerziali.

 

Calore e temperatura (pp. 461-476)

La grandezza fisica temperatura. Definizione di sistema termodinamico; sistemi termodinamici chiusi; sistemi termodinamici isolati. Equilibrio termodinamico. Il calore. Trasformazioni termodinamiche (cicliche; quasi statiche; reversibili; irreversibili; spontanee). Concetto di variabile di stato e di funzione di stato. Il lavoro nelle trasformazioni termodinamiche. Rappresentazione grafica delle trasformazioni termodinamiche e del lavoro. Dilatazione termica dei corpi.

 

 

 

Interpretazione microscopica di pressione e temperatura (pp. 617-627)

Definizione di gas perfetto. Cenni alla teoria cinetica dei gas. Funzione di distribuzione delle velocità e funzione di distribuzione dell’energia. Interpretazione microscopica della pressione. Interpretazione microscopica della temperatura.

 

Cenni sulla trasmissione del calore (pp. 527-530; 539-540)

Meccanismi di trasmissione del calore. Conduzione termica in regime stazionario. Cenni al concetto di corpo nero; legge di Stefan-Bolzmann. [omettere espressione della funzione di Planck e legge di Wien]. Esempi notevoli di bilancio termico, relativi alla terra e al corpo umano [argomento facoltativo, pp. 544-546]

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Il primo principio della termodinamica (pp. 485-517)

L’equivalente meccanico della caloria. Il primo principio della termodinamica. Esempi: trasformazioni adiabatiche, isocore, isobare. Applicazioni ad un corpo rigido: calore specifico, capacità termica. Applicazioni ad un gas perfetto: trasformazioni quasi statiche; energia interna, calori specifici, adiabatica reversibile, trasformazioni politropiche. I gas reali. Sistema generico descritto da pressione, volume, temperatura. Descrizione qualitativa delle trasformazioni di fase.

 

Il secondo principio della termodinamica (pp. 557-578)

Gli enunciati di Kelvin e di Clausius del secondo principio della termodinamica e la loro equivalenza. Il ciclo di Carnot. La temperatura assoluta. Rendimento dei cicli termici, L’integrale di Clausius e l’entropia. Entropia e secondo principio della termodinamica. Espressione generale dell’entropia e casi notevoli dell’entropia di un solido, di un gas perfetto e di un gas di Van der Waals [omettere par XV.8.4 ed esempio E.XV.8]. L’entropia come funzione di stato. Cenni sul interpretazione microscopica dell’entropia e relazione fra entropia e disordine [argomento facoltativo: pp. 627-632]. Cenni sul terzo principio della termodinamica [argomento facoltativo; pp. 632-634]

 

Cenni sulle funzioni termodinamiche (pp. 587-593; 598-599; 601-602)

Energia interna; proprietà generali ed esempi relativi ad un gas perfetto e a un gas di Van der Waals. Entalpia: relazioni generali e calore specifico a pressione costante per un gas perfetto [omettere la trattazione delle reazioni chimiche]. Definizione di funzione di Helmoltz e configurazioni di equilibrio stabile di un sistema a volume costante [par. XVI.3, fino all’equazione XVI.38 e relativo enunciato]. Definizione di funzione di Gibbs e configurazioni di equilibrio stabile di un sistema a pressione costante [par. XVI.4, fino all’equazione XVI.45 e relativo enunciato].

 

Onde in mezzi elastici (pp.383-391; 394-397; 402-410; 415-417)

Concetto di propagazione ondosa. Onde longitudinali e onde trasversali. Forma matematica delle onde elastiche. Onde sinusoidali; principio di sovrapposizione ed enunciato del teorema di Fourier. Onde elastiche longitudinali; velocità di propagazione; velocità del suono. Aspetti energetici della propagazione ondosa. Interferenza. Onde stazionarie. Effetto Doppler.

 

Cenni sulla teoria della relatività ristretta (pp. 421-429)

Il tempo nella relatività ristretta. Sincronismo degli orologi. Tempo proprio; dilatazione del tempo e contrazione dello spazio. Argomenti facoltativi: cenni sulle trasformazioni di Lorentz.; cenni su alcune conseguenze delle trasformazioni di Lorentz (velocità limite, massa relativistica, equivalenza di massa ed energia).