Fisica
Generale 1 (DM 270)
Docente: Prof.
Giovanni Bongiovanni
Email: giovanni.bongiovanni@dsf.unica.it- (Tel:
+39 070 675 4925)
Web: http://www.dsf.unica.it/~fotonica/Bongiovanni/index.html
Settore
FIS/01 – Fisica
Sperimentale
Crediti: 8
CFU - Durata: 80 ore
Calendario: 1°
Anno - 1° Semestre
Corso di Studi: Laurea
- Ingegneria
Anno Accademico: 2010-2011
Ordinamento: DM
270
Ricevimento studenti: martedì ore 15.30-17.30
Obiettivi
Alla fine del corso ci si
attende che lo studente abbia sviluppato:
1) (Indicatore di conoscenza
e capacità di comprensione) le conoscenze dei principi di base della meccanica
e della termodinamica e la capacità di comprensione e di inquadramento
delle problematiche fisiche connesse, con particolare riferimento a quelle
rilevanti per l’ingegneria.
2) (Indicatore di conoscenza
e capacità di comprensione applicate) la capacità di
applicare le conoscenze acquisite per risolvere in modo quantitativo problemi
elementari nel campo della meccanica e della termodinamica.
3)
(Indicatore autonomia di giudizio) la capacità di selezionare le informazioni
rilevanti di un problema e di introdurre le semplificazioni opportune per la
sua soluzione.
4) (Indicatore abilità
comunicative) la capacità di descrivere, utilizzando una corretta terminologia,
problematiche di meccanica e termodinamica.
5) (Indicatore capacità di
apprendere autonomamente) gli schemi e gli strumenti concettuali
fisici/matematici necessari per l’apprendimento del sapere scientifico e per
affrontare i corsi successivi di fisica, di fisica applicata e di ingegneria, con un buon grado di autonomia.
Prerequisiti
Per gli insegnamenti del 1°
anno, 1° semestre, i requisiti sono quelli previsti per la prova di accesso al primo anno.
Metodi didattici
61
ore di lezione, 19 ore di esercitazione
Esame
Prova scritta/prova orale/prove in
itinere.
Argomenti del
Corso
1 - Nozioni Introduttive (3h)
Grandezze fisiche.
Il sistema Internazionale delle unità di misura. Lunghezza, Tempo e Massa.
Analisi dimensionale.
2 - Cinematica (8h+3h)
Il moto.
Posizione e spostamento. Velocità media ed istantanea. Accelerazione. Moto
uniformemente accelerato. Accelerazione
nel moto di caduta libera. Estensione al caso bidimensionale. Moto di
proiettili. Moto circolare uniforme: velocità angolare, accelerazione
centripeta. Moti relativi in due dimensioni.
3 - Dinamica (15h+5h)
Prima legge
di Newton. La Forza. La Massa. Seconda legge di Newton. Forze Particolari.
Terza legge di Newton. Attrito e sue
proprietà. Resistenza del mezzo e velocità limite. Dinamica
del moto circolare uniforme. Energia cinetica. Il lavoro. Lavoro ed energia
cinetica. Lavoro della forza peso. Lavoro svolto dalle forze variabili. Lavoro
svolto da una molla. Potenza. Forze conservative ed energia potenziale. Energia
meccanica e sua conservazione. Curve della energia
potenziale. Conservazione della energia. Il centro di
massa. Seconda legge di Newton per un sistemi di punti
materiali. Quantità di moto. Quantità di moto per un sistema di punti
materiali. Conservazione della quantità di moto. Sistemi a massa variabile.
Urti. Impulso e quantità di moto. Quantità di moto ed energia cinetica negli
urti. Urti anelastici ed elastici.
4 - Dinamica Rotazionale (6h+2h)
Variabili
rotazionali e vettori. Rotazione con accelerazione angolare costante. Energia
cinetica di rotazione. Momento d’inerzia. Momento di una forza. Seconda legge
di Newton per il moto rotatorio. Lavoro ed energia cinetica rotazionale.
Rotolamento puro. Momento angolare. Seconda legge di Newton in forma angolare.
Momento angolare di un sistema di particelle. Momento angolare di un corpo
rigido che ruota attorno ad un asse fisso. Conservazione del momento angolare.
Equilibrio e suoi requisiti. Centro di gravità.
5 - Oscillazioni (6h+2h)
Oscillazioni.
Moto armonico semplice. Considerazioni energetiche sui moti armonici. Pendolo
semplice. Pendolo fisico. Smorzamento ed oscillatore armonico smorzato. Oscillazioni
forzate e risonanza.
6 - Onde (9h+3h)
Onde
trasversali ed onde longitudinali. Lunghezza d’onda e frequenza. Velocità delle
onde sulle corde tese. Energia e potenza nel moto ondulatorio. Principio di
sovrapposizione. Interferenza di onde. Onde
stazionarie. Onde stazionarie e risonanza. Onde
acustiche. Velocità del suono. Interferenza. Intensità e livello sonoro.
Battimenti. Cenni sulle onde complesse. Effetto Doppler.
7 - Termodinamica (14h+4h)
Legge zero
della termodinamica. Misura della temperatura. Le scale
termometriche.Dilatazione termica. Temperatura e calore.Assorbimento del calore
da parte dei solidi e liquidi. Calore e lavoro. Prima legge della
termodinamica. Casi particolari della prima legge della termodinamica.
Trasmissione del calore. Gas perfetti. Pressione, temperatura e velocità
quadratica media. Calori specifici molari per i gas perfetti. Gradi di libertà
e calori specifici molari. Espansione adiabatica di un gas ideale. Ciclo di
Carnot. Trasformazioni reversibili ed irreversibili. Entropia e secondo
pincipio della termodinamica. Macchine termiche e frigorifere.
Bibliografia
1. Halliday, Resnick, Walker: Fondamenti di
Fisica (Vol. Meccanica-Termologia oppure Volume unico), Ambrosiana.
2. P.Mazzoldi, M.Nigro, C.Voci: Elementi di Fisica, ( Vol.
Meccanica-Termodinamica e Vol. Onde), Edises.
3. J. Serway,
Fisica Volume 1, Edises.
Physics 1
Expected learning outcomes.
1) (Knowledge and understanding). Knowledge
of the basic principles of Mechanics and Thermodynamics and understanding of
the related physical problems, with particular emphasis to those typical of
Engineering.
2) (Applying knowledge and understanding). Capability of applying the acquired knowledge for solving
quantitative elementary problems of Mechanics and Thermodynamics.
3) (Making judgements). Capability
of selecting relevant information of a problem and of introducing suitable
simplifications.
4) (Communication skills). Capability
of describing topics of Mechanics and Thermodynamics through the use of a
correct terminology.
5) (Learning skills). Physical/mathematical
conceptual skills necessary to deal with more advanced courses of Applied
Physics and Engineering with a good degree of autonomy.
Prerequisites
Prerequisite skills and knowledge are those foreseen
for the access test to the first year.
Examination
Written test / oral examination / tests during the
course
Teaching
course
Lecture: 61 hours; Tutorial and exercise: 19 hours
1
- Basic notions (3h)
Physical quantities. International system of units
(SI). Length, time, mass. Dimensional analysis
2
- Kinematics (8h+3h)
Motion. Position and displacement.
Average velocity and average speed. Instantaneous velocity.
Acceleration. Motion with constant
acceleration. Free-fall acceleration. Bidimensional
motion. Projectile motion. Uniform circular
motion: angular velocity, centripetal acceleration. Relative
motion in two dimensions.
3
- Dynamics (15h+5h)
4
- Rotational dynamics (6h+2h)
Rotational variables and
vectors. Rotation
with constant angular acceleration. Kinetic energy of
rotation. Rotational inertia.
5
- Oscillations (6h+2h)
Oscillations. Simple harmonic motion. Energetics of
harmonic motions. Simple pendulum. Physical pendulum. Damped simple harmonic
motion. Forced oscillations and resonance.
6
- Waves (9h+3h)
Transverse and longitudinal
waves. Wavelength
and frequency. Speed of a traveling wave. Wave
speed on a stretched string. Energy and power of a wave traveling along a string. Principle
of superposition for waves. Standing waves. Standing waves and resonance. Sound waves.
Speed of sound. Interference. Intensity
and sound level. Beats. Basic
notions on complex waves. Doppler effect.
7
- Thermodynamics (14h+4h)
Zeroth law of thermodynamics. Measuring temperature. Thermometric
scales. Thermal expansion. Temperature
and heat. Absorption of heat by solids and liquids.
Heat and work. First law of
thermodynamics. Some special cases of the first law of
thermodynamics. Heat transfer mechanisms. Ideal gases. Pressure, temperature, and RMS speed. Molar specific heats of an ideal gas. Degrees
of freedom and molar specific heats. Adiabatic
expansion of an ideal gas. Carnot’s cycle. Irreversible and reversible
processes. Entropy and second law of thermodynamics.
Engines and refrigerators
References
1. Halliday,
Resnick,
2. P.Mazzoldi, M.Nigro,
C.Voci: Elementi di Fisica, ( Vol. Meccanica-Termodinamica e Vol.
Onde), Edises.
3. J. Serway,
Fisica Volume 1, Edises.