Fisica Generale I 2023/2024

PROGRAMMA DEL CORSO DI FISICA GENERALE I  12 CFU A.A. 2023/2024

Docente: D. Di Castro

-ELEMENTI DI CALCOLO VETTORIALE:

Grandezze scalari e grandezze vettoriali; Proprietà dei vettori; Somma e differenza; Scomposizione; Prodotti tra vettori; Derivata di un vettore e di un versore; momento di un vettore.

MECCANICA 

-1 CINEMATICA DEL PUNTO MATERIALE: Moto rettilineo 

Moto rettilineo; Velocità nel moto rettilineo; Accelerazione nel moto rettilineo; Moto verticale di un corpo. Moto armonico semplice; Moto rettilineo smorzato esponenzialmente; Velocità e accelerazione in funzione della posizione; 

-2 CINEMATICA DEL PUNTO MATERIALE: Moto nel piano

Posizione, velocità e accelerazione in coordinate cartesiane e polari; Moto circolare; Moto parabolico dei corpi; Moto nello spazio;

-3  DINAMICA DEL PUNTO MATERIALE: le leggi di Newton  

Principio d’inerzia. Introduzione al concetto di forza; Leggi di Newton; Quantità di moto. Impulso; Risultante delle forze. Equilibrio. Reazioni vincolari; Classificazione delle forze; Azione dinamica delle forze. Forza peso. Forza di attrito radente. Piano inclinato. Forza elastica. Forza di attrito viscoso. Forze centripete; Tensione dei fili; Pendolo semplice.

-4  DINAMICA DEL PUNTO MATERIALE: Lavoro, Energia, Momenti  

Lavoro. Potenza. Energia cinetica. Teorema del lavoro e dell’energia cinetica; Forze conservative. Funzione Potenziale. Energia potenziale. Lavoro della forza peso. Lavoro di una forza elastica. Conservazione dell’energia meccanica. Lavoro di una forza di attrito radente.

-5 MOTI RELATIVI

Sistemi di riferimento. Velocità e accelerazione relative. Sistemi di riferimento inerziali. Relatività galileiana. Moto di trascinamento traslatorio rettilineo. Moto di trascinamento rotatorio uniforme.

-6 DINAMICA DEI SISTEMI DI PUNTI MATERIALI

Sistemi di punti. Forze interne e forze esterne. Centro di massa di un sistema di punti. Quantità di moto totale. Teorema del moto del centro di massa e prima equazione cardinale della dinamica dei sistemi. Conservazione della quantità di moto. Momento angolare. Momento della forza. Teorema del momento angolare e seconda equazione cardinale della dinamica. Conservazione del momento angolare. Sistema di riferimento del centro di massa. Teoremi di Koenig. Il teorema del lavoro e dell’energia cinetica per un sistema di punti materiali e conservazione dell’energia. Proprietà dei sistemi di forze applicate a punti diversi. Sistemi di forze parallele.

-7 GRAVITAZIONE

Forze centrali e proprietà; Leggi di Keplero. La Forza Gravitazionale e legge della gravitazione universale. Campo Gravitazionale; Energia Potenziale Gravitazionale; Moto di un corpo sottoposto alla forza gravitazionale.

-8 CORPI RIGIDI

Definizione di corpo rigido. Prime proprietà. Corpo continuo. Densità. Posizione del centro di massa. Moto di un corpo rigido. Rotazioni rigide attorno ad un asse fisso in un sistema di riferimento inerziale: calcolo del momento angolare. Momento d’inerzia ed equazioni del moto. Energia cinetica. Calcolo di momenti di inerzia di alcuni corpi rigidi. Teorema di Huygens-Steiner e teoremi di Koenig. Pendolo composto. Moto di puro rotolamento. Impulso angolare e momento dell’impulso. Leggi di conservazione nel moto di un corpo rigido. Equilibrio statico di un corpo rigido. 

-9 FENOMENI D’URTO

Urti tra due punti materiali. Urto completamente anelastico. Urto elastico. Urto anelastico e coefficiente di restituzione. Urto tra punti materiali e corpi rigidi.

-10 PROPRIETÀ MECCANICHE DEI FLUIDI

Generalità sui fluidi. La Pressione. Forze di superficie e forze di volume. Lavoro delle pressioni. Equilibrio statico di un fluido in presenza della forza peso: legge di Stevino e principio di Pascal. Superfici isobariche. Vasi comunicanti. Manometro a U e barometro di Torricelli. Principio di Archimede.

TERMODINAMICA

-1 PRIMO PRINCIPIO DELLA TERMODINAMICA

Sistemi e stati termodinamici. Equilibrio termodinamico. Principio dell’equilibrio termico e principio zero della termodinamica. Definizione di temperatura. Termometri e scale termometriche.  Sistemi adiabatici. Esperimenti di Joule. Calore. Equivalenza tra calore e lavoro. Primo principio della termodinamica. Energia interna. Trasformazioni termodinamiche. Trasformazioni reversibili e irreversibili. Lavoro e calore. Calorimetria. Calore specifico. Processi isotermi. Cambiamenti di fase. Sorgenti.

-2 GAS IDEALI

Leggi dei gas ed Equazione di stato dei gas ideali. Trasformazioni di un gas e Lavoro. Calore e Calori specifici di un gas ideale. Esperimento di Joule per l’energia interna del gas ideale ed espansione libera. Relazione di Meyer. Studio di alcune trasformazioni (isoterme, isobare, isocore, adiabatiche, espansione libera, politropiche, generiche). Trasformazioni cicliche. Cicli termici e frigoriferi. Ciclo di Carnot. 

-3 GAS REALI

Energia interna. Diagramma pV per i gas reali ed equazione di Van del Waals

-4 TEORIA CINETICA DEI GAS

Calcolo della pressione ed equazione di Joule-Clausius-Kroenig. Energia cinetica media di una molecola di un gas ideale. Teorema di equipartizione dell’energia ed energia interna di un gas ideale. Calori specifici molari. Significato cinetico della temperatura.

-3  SECONDO PRINCIPIO DELLA TERMODINAMICA

Enunciati del secondo principio della termodinamica. Reversibilità e irreversibilità. Teorema di Carnot. Teorema di Clausius. La funzione di stato entropia. Il principio di aumento dell’entropia. Calcoli di variazioni di entropia. Entropia del gas ideale. Cenni sul terzo principio della termodinamica.