ITALIANO

Analisi Vettoriale, Cinematica, Dinamica, Termodinamica.

Jearl WALKER, David HALLIDAY, Robert RESNICK,
FONDAMENTI DI FISICA: Meccanica, Onde, Termodinamica.
Casa Editrice Ambrosiana, Milano, 7a edizione.

Il corso intende fornire le conoscenze di base della fisica classica (meccanica e termodinamica) e dei principi fondamentali del metodo scientifico.
Particolare attenzione viene posta all’interpretazione fisica dei fenomeni studiati, alla loro descrizione matematica, all’impostazione dei
problemi e la loro risoluzione. Allo scopo di motivare maggiormente gli studenti, le tematiche sono presentate nell'ampio contesto culturale
in cui sono sorte, in relazione alla loro rilevanza multidisciplinare e alle loro applicazioni. Partendo dal caso emblematico del problema del moto,
il corso si propone di dotare lo studente di una metodologia scientifica per l'analisi dei problemi, in fisica e non solo.

Nozioni base di algebra, geometria, trigonometria e analisi.

Lezioni frontali, esercitazioni, proiezione di filmati e dimostrazioni sperimentali in aula.

Una prova scritta e una orale.

PRIMO MODULO
Le origini del pensiero scientifico. Il metodo ipotetico-deduttivo. Il problema del moto e la nascita della scienza moderna. Il metodo scientifico. Unità di misura. Analisi dimensionale. Sistemi di assi coordinati. Vettori: definizione, rappresentazione polare e cartesiana. Somma e differenza di vettori. Prodotto di uno scalare per un vettore. Versori. Prodotto scalare e prodotto vettore in notazione polare e cartesiana. Moto in una e più dimensioni: grandezze scalari, tempo e posizione istantanea di un punto. Traiettoria di un punto nello spazio. Ascissa curvilinea. Velocità media e istantanea. Equazioni orarie del moto rettilineo uniforme. Accelerazione media e istantanea. moto uniformemente accelerato: moto del grave. Moto del proiettile. Moto circolare uniforme e vario. Variabili angolari. Relazioni vettoriali tra variabili lineari e angolari. Regola di Poisson. Principi della dinamica. Sistemi inerziali. Quantità di moto. Trasformazioni Galileiane. Peso e massa. Forza normale. Tensione di una fune. Forza elastica. Forze d'attrito statico e dinamico. Forze ritardatrici dipendenti dalla velocità. Velocità limite. Dinamica del moto circolare. Pendolo conico. Forza di gravitazione universale. Campo gravitazionale. Moto armonico semplice. Pendolo semplice. Massa attaccata a una molla. Lavoro di una forza. Potenza. Energia cinetica. Teorema dell'energia cinetica. Forze conservative. Energia potenziale. Conservazione dell'energia meccanica. Energia potenziale gravitazionale ed elastica. Conservazione dell'energia generalizzata. Condizioni di equilibrio: curve dell'energia potenziale.

SECONDO MODULO
Dinamica dei sistemi: Centro di massa. Teorema del centro di massa. Prima Equazione cardinale della meccanica. Conservazione della quantità di moto. Energia cinetica e primo teorema di Koenig. Momento torcente. Coppia e lavoro di una coppia. Momento d'inerzia. Teorema di Huygens-Steiner. Teorema degli assi perpendicolari. Seconda Equazione cardinale della meccanica. Conservazione del momento angolare. Pendolo fisico. Pendolo di torsione. Moto di puro rotolamento. Secondo teorema di Koenig. Momento angolare di un manubrio. Velocità di precessione. Trottola su un piano con attrito. Equilibrio dei corpi rigidi. Urti e forze impulsive. Urti elastici tra particelle. Urti anelastici. Pendolo balistico. Termodinamica: Variabili intensive e estensive. Temperatura. Principio zero. Dilatazione termica. Equazione di stato dei gas ideali e reali. Caloria. Calore. Equivalente meccanico del calore. Calori specifici. Calore latente. Calorimetro. Teoria cinetica e interpretazione molecolare della pressione e della temperatura. Teorema di equipartizione dell'energia. Trasformazioni reversibili e irreversibili. Lavoro termodinamico. Primo principio della termodinamica. Relazione di Mayer. Energia interna di un gas perfetto, espansione adiabatica libera. Trasformazione adiabatica reversibile e isoterma reversibile di gas perfetto. Cicli termici. Secondo principio della termodinamica: enunciati di Clausius e Kelvin-Planck e loro equivalenza. Ciclo di Carnot. Teorema di Carnot. Terzo principio della termodinamica. Teorema di Clausius. Integrale di Clausius e entropia. Secondo principio in termini di entropia.

Italian

Vectors, Kinematics, Dynamics, Thermodynamics.

Jearl WALKER, David HALLIDAY, Robert RESNICK,
FUNDAMENTALS of PHYSICS, vol. 1,
Wiley, 12th Edition, 2021.

The course aims to provide the basics of classical physics (mechanics and thermodynamics) and the principles of scientific method. Special attention is paid to the physical interpretation of phenomena, their mathematical description, and problem solving. In order to motivate students more, the topics are presented in the broad cultural context in which they arose and in relation to their multidisciplinary relevance and applications. Starting from the emblematic case of the problem of motion, the main goal of the course is to equip the student with a scientific methodology for the analysis of problems, in physics and beyond.

Basic algebra, geometry, trigonometry and analysis.

Lectures, exercises, film projection and experimental demonstrations in the classroom.

One written test and one oral exam.

FIRST MODULE
The origins of scientific thought. The hypothetico-deductive method. The problem of motion and the rise of modern science. The scientific method. Units of measurement. Dimensional analysis. Coordinated axis systems. Vectors: definition, polar and Cartesian representation. Sum and difference of vectors. Multiplying a vector by a scalar. Unit vectors. Scalar product and vector product in polar and Cartesian notation. Motion in one and more dimensions: scalar quantities, time and instantaneous position of a point. Trajectory of a point in space. Curvilinear abscissa. Average and instantaneous speed. Equations of uniform rectilinear motion. Average and instantaneous acceleration. Uniformly accelerated motion: free fall. Projectile motion. Uniform and curvilinear motion. Angular variables. Vector relationships between linear and angular variables. Poisson rule. Principles of dynamics. Inertial systems. Momentum. Galileian transformations. Weight and mass. Normal force. Tension of a rope. Elastic force. Static and dynamic frictional forces. Speed-dependent retarding forces. Speed limit. Dynamics of circular motion. Conical pendulum. Universal gravitational force. Gravitational field. Simple harmonic motion. Simple pendulum. Mass attached to a spring. Work of a force. Power. Kinetic energy. Theorem of kinetic energy. Conservative forces. Potential energy. Conservation of mechanical energy. Gravitational and elastic potential energy. Conservation of generalised energy. Conditions of equilibrium: potential energy curves.
SECOND MODULE
System dynamics: Center of mass. Center of mass theorem. First cardinal equation of mechanics. Conservation of momentum. Kinetic energy and the first Koenig theorem. Torque. Couple and work of a couple. Moment of inertia. Huygens-Steiner's theorem. Theorem of the perpendicular axes. Second cardinal equation of mechanics. Conservation of angular momentum. Physical pendulum. Torsion pendulum. Pure rolling motion. Second Koenig's theorem. Angular momentum of a dumbbell. Precession speed. Spinning top on a plane with friction. Equilibrium of rigid bodies. Collisions and impulsive forces. Elastic and inelastic collisions. Ballistic pendulum. Thermodynamics: Intensive and extensive variables. Temperature. Zero principle. Thermal expansion. Equation of state of ideal and real gases. Calorie. Heat. Mechanical heat equivalent. Specific heat. Latent heat. Calorimeter. Kinetic theory and molecular interpretation of pressure and temperature. Theorem of energy equipartition. Reversible and irreversible transformations. Thermodynamic work. First principle of thermodynamics. Mayer relation. Internal energy of a perfect gas, free adiabatic expansion. Reversible adiabatic transformation and reversible isotherm of perfect gas. Thermal cycles. Second law of thermodynamics: Clausius and Kelvin-Planck statements and their equivalence. Carnot cycle. Carnot's theorem. Third principle of thermodynamics. Clausius theorem. Integral of Clausius and entropy. Second principle in terms of entropy.