CORSI DI LAUREA IN INGEGNERIA DELLE TELECOMUNICAZIONI (A-M)

PROGRAMMA DEL CORSO INTENSIVO DI FISICA I - A.A. 97/98

Prof. G. Vitali

Metodologia della Fisica - Grandezze fisiche: fondamentali e derivate - Sistemi di unità di misura - Equazioni dimensioniali

CINEMATICA DEL PUNTO MATERIALE

Schematizzazioni: punto materiale e sistemi di riferimento - Rappresentazioni del moto: a) Equazioni del moto (parametriche). Traiettoria e moti componenti; b) Legge oraria su traiettoria nota - Legge oraria, spostamento, velocità ed accelerazione nei moti rettilinei (uniforme, uniformemente accelerato, armonico, vario) - Vettore posizione, spostamento, velocità e accelerazione e loro componenti cartesiane - Caso del moto verticale dei gravi - Vettori spostamento, velocità e accelerazione (tangenziale e normale) su traiettoria piana. Cinematica del moto circolare uniforme ed uniformemente accelerato - Moti circolari: ascissa angolare, velocità angolare ed accelerazione angolare. Riferimenti in moto di traslazione e rotazione: espressioni per le grandezze di trascinamento - Moto di un punto riferito a sistemi di riferimento in moto relativo: grandezze assolute, relative e di trascinamento. Trattazione fisico-matematica della composizione delle grandezze cinematiche nei moti relativi traslatori e rotatori. Accelerazione complementare (Coriolis).

DINAMICA DEL PUNTO MATERIALE

Principi della dinamica newtoniana: il 1° Principio ed i riferimenti inerziali; il 2° Principio ed il problema generale del moto: equazioni differenziali e condizioni iniziali - Applicazioni del 2° Principio ad un punto soggetto a forze notevoli: moto dei gravi, senza e con resistenza passiva (velocità limite); moti oscillatori liberi e smorzati (oscillazioni forzate e risonanza); pendolo semplice - Momento polare di una foza e della quantità di moto - Teorema del momento della quantità di moto e relativo teorema di conservazione - Moti centrali - Moti circolari - Dinamica nei riferimenti non inerziali e forze apparenti.

LAVORO ED ENERGIA PER IL PUNTO MATERIALE

Lavoro e potenza (definiz.) - Calcolo del lavoro di forze notevoli (costanti, peso, di attrito, elastiche, centrifughe, centrali, gravitazionali) - Teorema del lavoro e dell'energia cinetica - Forze conservative ed energia potenziale - Conservazione dell'energia meccanica - Energia meccanica dell'oscillatore armonico - Forze non conservative e variazione dell'energia meccanica - Aspetti fisico-matematici nei campi conservativi (lavoro come differenziale esatto, forza come gradiente dell'energia potenziale, superfici equipolenziali e linee di forza) - Equilibrio ed energia potenziale - Aspetti generali del moto di un punto con assegnata energia potenziale (caso unidimensionale).

MECCANICA DEI SISTEMI DI PUNTI MATERIALI

Sistemi discreti e continui - Forze interne ed esterne - I Equazione cardinale - Centro di massa in sistemi semplici - Moto del centro di massa - Principio di conservazione della quantità di moto - II Equazione cardinale (polo, fisso e mobile) - Momenti assiali di una forza e della quantità di moto - Momento d'inerzia - Principio di conservazione del momento della quantità di moto - Teorema del lavoro e dell'energia cinetica - Energia cinetica e moto del centro di massa (teorema di Koening) - Energia potenziale e conservazione dell'energia meccanica - Statica dei sistemi di punti - Processi d'urto (elastico ed anelastico, centrale e non).

MECCANICA DEI SISTEMI RIGIDI

Gradi di libertà - Cinematica del corpo rigido: espressione della velocità istantanea di un punto generico. Casi particolari: moto traslatorio, moto rotatorio intorno ad un asse fisso, moto rigido piano, rotolamento senza e con strisciamento - Dinamica del corpo rigido (generalità) - Sistemi equivalenti di forze. Baricentro - Dinamica del corpo rigido nel moto rotatorio intorno ad un asse fisso e nel moto rigido piano - Momenti di inerzia e teorema degli assi paralleli (Huyghens-Steiner) - Pendolo composto - Energetica del corpo rigido (lavoro, energia cinetica e potenziale nella traslazione, rotazione con asse fisso e nel moto rigido piano) - Statica del corpo rigido.

GRAVITAZIONE

Legge di gravitazione universale - Forza gravitazionale sulla Terra e teorema degli involucri sferici (cenni) - Accelerazione di gravità e dipendenza dall'altezza - Esperienza di Cavendish - Massa inerziale e massa gravitazionale - Energia potenziale del campo gravitazionale - Velocità di fuga - Moto dei pianeti e dei satelliti (Leggi di Keplero).

MECCANICA DEI FLUIDI

Pressione in un fluido in quiete e indipendenza dall'orientazione della superficie - Equazioni della statica - Caso dei fluidi pesanti e legge di Stevino - Forze di pressione sulle pareti - Statica con forze di volume conservative: superfici isobariche ed equipotenziali - Superfici di separazione di fluidi non miscibili - Principio di Pascal - Legge di Archimede e centro di spinta - Pressione atmosferica ed esperienza di Torricelli - Dipendenza della pressione atmosferica dalla quota - Misure di pressioni (cenni) - Equazione di continuità - Teorema di Bernoulli.

TERMOLOGIA E CALORIMETRIA

Proprietà termometriche e definizione operativa della temperatura - Principio zero della termodinamica - Termometro a gas - Scala assoluta - Termometri (cenni) - Dilatazione termica nei solidi - Quantità di calore: definizione operativa - Caloria - Calorimetri - Capacità termica, calori specifici e calore molare - Trasmissione del calore: conduzione e legge di Fourier, convezione ed irraggiamento (cenni).

1° PRINCIPIO DELLA TERMODINAMICA

Sistemi ed equilibrio termodinamico - Variabili (grandezze) termodinamiche ed equazioni di stato - Piani termodinamici e trasformazioni (reversibili, irreversibili) - Lavoro di pressione - I^ esperienza di Joule e l'equivalente meccanico della caloria - Calore ed energia - I° Principio della termodinamica ed energia interna - 1° Principio e calori specifici - Entalpia - Sorgenti meccaniche e termiche.

GAS PERFETTI (G.P.) E TEORIA CINETICA

Leggi dei G.P. ed equazione di stato - Teoria cinetica e modello dei G.P. - Calcolo della pressione nella teoria cinetica dei G.P. - Velocità quadratica media - Interpretazione cinetica della temperatura - Cenni sulla distribuzione della velocità di Maxwell significato ed andamento - Interpretazione cinetica dell'energia interna nei G.P. - Teorema di equipartizione dell'energia (enunciato) e colori specifici nei G.P. - Comportamento non classico del calore specifico nei gas biatomici - 2^ esperienza di Joule ed energia interna dei G.P. - 1° Principio per i G.P. - Espressione del calore, lavoro e variazione di energia interna nelle trasformazioni dei G.P. - Trasformazioni politropiche dei G.P. e relativi calori specifici - Equazioni delle adiabatiche reversibili dei G.P.

2° PRINCIPIO DELLA TERMODINAMICA

Macchine termiche e loro rendimento - Ciclo di Carnot - Calcolo del rendimento del ciclo di Carnot a G.P. - Macchine frigorifere, pompe di calore e loro efficienza - Enunciati di Kelvin e Clausius e loro equivalenza - Teorema di Carnot - (Temperatura termodinamica) - Integrale di Clausius nei cicli reversibili e irreversibili - Entropia ed integrale di Clausius (disuguaglianza di Clausius) - Entropia nei sistemi isolati - Calcolo di variazioni di entropia in trasformazioni tipiche reversibili ed irreversibili - Entropia ed irreversibilità - Entropia ed espressione analitica del I e II Principio - II piano T - S e le sue proprietà - Entropia in funzione di T e V - Entropia nei cambiamenti di stato - Entropia nei G.P. - Trasformazioni dei G.P. - Trasformazioni dei G.P. sul piano T - S.

FUNZIONI TERMODINAMICHE CARATTERISTICHE

Energia interna, entalpia, energia libera (Helmholtz) ed entalpia libera (Gibbs) - Tendenza all'equilibrio e variazione delle funzioni - Energia libera ed entalpia libera in relazione all'equazione di stato ed ai calori specifici - Relazioni di Maxwell.

EQUILIBRIO DI FASI

Stati di aggregazione e forze intermolecolari - Diagramma di stato di sostanze semplici - Isoterme dei gas reali (Andrews) e punto critico - Equazione di Van der Waals ed interpretazione cinetica - Equazione di Clausius-Claperyon.

Lo studente è libero di adottare qualsiasi testo (o più testi) che svolga gli argomenti con un approfondimento almeno pari a quello trattato a lezione. Il corso di lezioni ha fatto riferimento, per grandi linee, al testo: F. Scudieri "Appunti di Fisica I" ; Parte I^ e II^ (Ed. Unitor).

Per la prova scritta si consiglia il testo: G. D'Arrigo - L. Mistura, "Problemi di Fisica - Meccanica e Termodinamica" - Ed. Kappa, Roma.

La prova scritta non presenterà esercizi su:

- Onde in mezzi elastici

- Energia libera ed entalpia libera

- Equazione di Clausius-Clapeyron


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