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    Insegnamento di FISICA

    Corso di laurea in INGEGNERIA CIVILE - EDILE - AMBIENTALE

    SSD: FIS/01

    CFU: 9,00

    ORE PER UNITÀ DIDATTICA: 72,00

    Periodo di Erogazione:

    Italiano

    Lingua di insegnamento

    ITALIANO

    Contenuti

    Cinematica; Calcolo vettoriale; Meccanica del punto materiale; Meccanica dei sistemi materiali; Corpi rigidi; Termodinamica; Moto del liquido ideale.
    Elementi di elettromagnetismo.

    Testi di riferimento

    Jewett & Serway 'Principi di Fisica Vol I" - Edises
    C.Mencuccini e V.Silvestrini – Fisica: Meccanica e Termodinamica – Casa Editrice Ambrosiana
    C. Mencuccini e V. Silvestrini – Esercizi di Fisica: Meccanica e Termodinamica - Casa Editrice Ambrosiana

    Obiettivi formativi

    Introduzione al Metodo Scientifico; Acquisizione di competenze e metodologia di risoluzione di esercizi

    Prerequisiti

    Nozioni elementari di Matematica: funzioni elementari, funzioni trigonometriche, calcolo di superfici e volumi di figure e solidi regolari, conoscenza elementare delle operazioni fra vettori.

    Metodologie didattiche

    Didattica frontale ed esercitazioni numeriche.

    Metodi di valutazione

    Risoluzione di problemi sia nell’ambito di prove intercorso sia con prove scritte in occasione dei vari appelli e colloquio orale in seguito a superamento di una opportuna soglia di valutazione della prova scritta.

    Programma del corso

    I - Grandezze fisiche e loro definizione operativa. Dimensioni fisiche. Grandezze fondamentali e grandezze derivate. Grandezze scalari e grandezze vettoriali. Equazioni dimensionali. Unità di misura. Il Sistema Internazionale.
    Concetto di punto materiale. Sistemi di riferimento. Moto in una dimensione e in due dimensioni: velocità scalare media e istantanea – accelerazione scalare media e istantanea - moto rettilineo uniforme – moto rettilineo uniformemente accelerato - velocità e accelerazione come grandezze vettoriali - moto del proiettile – moto circolare uniforme. Moti relativi.
    Accelerazione, Forza, Massa e 1a Legge di Newton-Seconda legge di Newton-Alcune forze particolari: Forza gravitazionale, Forza elastica, Forza normale, Attrito, Tensione-Terza legge di Newton-Applicazioni delle leggi di Newton.
    Resistenza del mezzo e velocità limite-Complementi su Legge di gravitazione di Newton , principio di sovrapposizione, forza elastica e dinamica del moto circolare-Cinematica e dinamica del moto armonico. Esempio di moto armonico-Pendolo semplice e complementi su tensione e fili-Cenni a sistemi di riferimenti non inerziali; forze apparenti-Lavoro compiuto da una forza costante-Lavoro compiuto da una forza variabile- “Teorema” dell’energia cinetica-Potenza.
    Energia potenziale e forze conservative e non-Indipendenza dal percorso delle forze conservative-Determinazione dell’energia potenziale-Conservazione dell’energia meccanica-Le curve dell’energia potenziale-Lavoro compiuto su un sistema da una forza esterna-Conservazione dell’energia.
    Un punto singolare: il centro di massa – Sistemi di punti e corpi rigidi - Seconda legge di Newton per un sistema di punti materiali (prima equazione cardinale della dinamica dei sistemi) - Quantità di moto di un punto e di un sistema di punti – Teorema di Koenig - Conservazione della quantità di moto - Urti, impulso e quantità di moto: teorema dell’impulso e serie di urti - Quantità di moto ed energia cinetica negli urti - Urti anelastici in una dimensione: velocità del centro di massa - Urti elastici in una dimensione: bersaglio fisso e bersaglio mobile - Urti in due dimensioni (cenni)
    La dinamica della rotazione di corpi rigidi: trattazione elementare ed analogia con il moto unidimensionale di un punto materiale - Analogie degli strumenti matematici e tabelle di corrispondenza fra grandezze “lineari” ed “angolari” - Energia cinetica rotazionale, lavoro e momenti di inerzia e di una forza - Definizione di moto di puro rotolamento e sua trattazione.
    Momenti angolari, momenti delle forze interne ed esterne e Seconda Equazione Cardinale della dinamica dei sistemi - Momento angolare di un corpo rigido che ruota intorno ad un asse fisso (concetto di momento angolare assiale) e conservazione del momento angolare
    Fluidi perfetti. Pressione, densità, peso specifico. Legge di Stevino e applicazioni. Il principio di Pascal. Il principio di Archimede - Moto di un fluido perfetto. Legge di Leonardo. Equazione di Bernoulli - Liquidi reali e attrito interno: la viscosità. Moto laminare e moto turbolento. Applicazioni.

    II - La legge zero della termodinamica - Misura della temperatura: Scale Celsius e Fahrenheit - Dilatazione termica - Temperatura e calore: assorbimento di calore - Meccanismi di trasmissione del calore - Numero di Avogadro e gas ideali - Pressione, temperatura e velocità quadratica media - Energia cinetica traslazionale - Distribuzione delle velocità molecolari - Calori specifici molari per un gas perfetto - Gradi di libertà e calori specifici molari.
    Calore, energia termica ed energia interna.- Lavoro ed energia termica nelle trasformazioni termodinamiche - Il primo principio della termodinamica e alcune sue applicazioni. - Studio di alcune trasformazioni notevoli dei gas ideali: adiabatiche, isoterme, isocore, isobare. Trasformazione generica reversibile. - Ulteriori elementi relativi alla propagazione del calore.- Cenni ai gas reali: equazione di stato, energia interna - Equazione di Van der Waals. - Diagrammi pV e pT.
    Trasformazioni cicliche: ciclo di Carnot ed altri cicli notevoli - Enunciati del Secondo Principio della Termodinamica - Teorema di Carnot - Temperatura termodinamica assoluta
    Teorema di Clausius - La funzione di stato entropia - Calcoli di variazioni di Entropia - Entropia del gas ideale - Energia inutilizzabile - Conclusioni termodinamiche sull’Entropia - Cenni sul terzo principio della termodinamica.
    III - Cariche elettriche. Isolanti e conduttori – l’elettroscopio - Struttura elettrica della materia – induzione elettrostatica - La legge di Coulomb – Campo elettrostatico – unità di misura – Campo elettrostatico prodotto da una distribuzione continua di cariche – Le linee di forza del campo elettrostatico - Moto di una carica in un campo elettrostatico - Determinazione della carica elementare. Esperienza di Millikan
    Flusso del campo elettrico - Legge di Gauss - Applicazioni e conseguenze delle legge di Gauss - Il potenziale elettrico – La differenza di potenziale – Relazione tra campo e potenziale elettrico –Energia potenziale elettrostatica.
    Conduttori in equilibrio elettrostatico. ‘teorema’ di Coulomb - Conduttore cavo. Schermo elettrostatico. - Condensatori. Definizione di capacità ed unità di misura - Collegamento di condensatori. Capacità equivalente per collegamenti in parallelo ed in serie - Energia del campo elettrostatico – esempi 4.8 – 4.10 - Cenni al campo elettrico in presenza di dielettrici.
    Il flusso della carica – La resistenza e la legge di Ohm. Forza elettromotrice– Energia elettrica e potenza - Legge di Joule.
    Il campo di induzione magnetica - Forza di Lorentz - Linee di forza del campo magnetico - Azione di un campo magnetico su una corrente - Moto di particelle cariche in presenza di campi elettrici e magnetici
    Forza agente fra conduttori percorsi da corrente - Seconda legge elementare di Laplace - Equivalenza spira/dipolo magnetico - Prima legge elementare di Laplace (Legge di Biot e Savart) - Definizione di Ampere - Legge di Ampere e sue applicazioni - Il flusso magnetico e la legge di Gauss per i campi magnetici - Solenoide.
    Legge di Faraday dell'induzione elettromagnetica – Forza elettromotrice e campo elettrico indotti -Corrente di spostamento e legge di Ampere generalizzata - Cenni alle onde elettromagnetiche ed all'ottica.

    English

    Teaching language

    Italian

    Contents

    Kinematics; vector algebra; Mechanics of material point; Mechanics of material systems; rigid bodies; Thermodynamics; ideal liquid motion; elements of electromagnetism.

    Textbook and course materials

    Cinematica; Calcolo vettoriale; Meccanica del punto materiale; Meccanica dei sistemi materiali; Corpi rigidi; Termodinamica; Moto del liquido ideale.
    Elementi di elettromagnetismo e ottica geometrica.

    Course objectives

    Introduction to the Scientific Method; Acquisition of competences and methodologies for the solution of elementary problems.

    Prerequisites

    Basic knowledge of Mathematics: elementary functions, trigonometric functions, calculus of areas and volumes of regular figures, knowledge of elementary vector algebra.

    Teaching methods

    "Ex catedra" lectures and numerical problems.

    Evaluation methods

    Written tests consisting in solutions of simple problems both during the course and during the academic year, followed by an eventual oral interview, to which correspond an evaluation above a given threshold.

    Course Syllabus

    I – Physical quantities and their operative definition. Fundamental and derived quantities. Scalar and vectorial quantities. Dimensional equations. Unit of measurement. The International System. Definition of material point. Reference systems. One and two dimensional motion and their characteristics as velocity and acceleration. Parabolic and circular motion. Relative motions.
    Newton’s laws and their applications to different kinds of forces, such as gravitational, elastic, normal and tangential forces, tension.
    Motion in a viscous medium; asymptotic velocity; dynamics of the circular motion and of the pendulus; non inertial reference systems and “apparent forces”.
    Work of a force. Kinetic anergy theorem. Power.
    Potential energy and conservative and non-conservative forces. Conservation of mechanical energy. Potential energy curves. Internal and external forces.
    System of many material points. Center of mass properties. The Newton’s equations for systems of many material points. Linear momentum. Koenig’s theorem. Conservation of the linear momentum. Linear momentum and energy in elastic and non.elastic shocks.
    Dynamics of the rotation of rigid bodies: analogies with the kinematics of a material point. “linear” and “angular” quantities: analogies and differences. Rotational energy; angular momentum and momentum of a force. Angular momentum of a rotating rigid body and momentum of inertia. Second equation of Newton for extended systems. Pure rotation. Angular momentum conservation.
    Ideal fluids. Pressure, density and specific weight. Stevino’s law and applications. Pascal’s principle. Archimede’s principle. Motion of an ideal fluid. Leonardo’s law. Bernoulli’s equation. Real fluids and viscosity. Laminar and turbulent motion.

    II - Temperature scales. Heat transfer and temperature change. Heat transfer and phase change. Heat transfer and thermal expansion. The kinetic theory of gases. The ideal gas law. The zeroth law of thermodynamics. Heat transfer and temperature changes for gases. The second law of thermodynamics. The Carnot cycle. Absolute temperature scale. Thermal and refrigeration machines. Carnot theorem. Equation of real gases. Clausius integral and theorem. Entropy and third law of thermodynamics.

    III – Electric charge. Coulomb’s law. The electric field. Conductors and insulators. Gauss’s law. Electrical potential energy. Electric potential. Deriving the field from the potential. Capacitance. Combinations of capacitors. The energy stored in a capacitor. Dielectrics. Electric current. Resistance. Electric circuits: energy and power. Combinations of resistors. Kirchhoff’s rules. Resistance-capacitans circuits. The magnetic force on a moving charge. The magnetic force on current-carrying wire. Magnetic field created by current-carrying wire. The Biot-Savart law. Ampere’s law. Faraday’s law of electromagnetic induction. Inductance. Displacement current and generalized Ampere’s law.

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