Fisica

Presentazione del docente e del corso (programma del corso, modalità di esame, scritto, orale e prove in itinere).
- Obiettivi della Fisica. Grandezze fondamentali e derivate, unità di misura. Il Sistema Internazionale di unità di misura. Come si presenta il risultato di una misura o il valore di una grandezza. Errori relativi ed assoluti, unità di misura (u.d.m.) e notazione scientifica. Cifre significative. Controllo dimensionale (equazioni dimensionali).
- Cinematica unidimensionale. Velocità media (vettoriale e scalare), velocità istantanea (con richiami al concetto di derivata prima) e legge oraria del moto rettilineo uniforme (r.u.).
- L'accelerazione media e istantanea (con richiami al concetto di derivata seconda). Il moto rettilineo uniformemente accelerato (r.u.a) e sua legge oraria.
- Cinematica a due e tre dimensioni: vettori e richiami di algebra vettoriale, anche nel piano e nello spazio cartesiano (somma e differenza di vettori, scomposizione di un vettore e versori nel piano e nello spazio cartesiano, prodotto di un vettore per uno scalare, prodotto scalare e prodotto vettoriale di due vettori). La caduta dei gravi e il moto dei proiettili. Il moto dei proiettili come composizione di moti r.u. e r.u.a. Grandezze caratteristiche del moto dei proiettili: gittata, tempo di volo, massima quota. Traiettoria parabolica.
- Il moto circolare uniforme (m.c.u.). Velocità tangenziale, velocità angolare, velocità vettoriale e accelerazione centripeta.
- Il moto circolare uniforme in coordinate cartesiane. Il moto armonico (m.a.), periodicità del m.a. e altre grandezze caratteristiche. Il m.c.u. come composizione di moti armonici.
- Dinamica. I principio di Newton, massa e inerzia. Definizione operativa di massa. Le forze: definizione operativa di forza: l'equazione di Newton F=ma e il secondo principio della dinamica.
- Esempi di forze: la forza gravitazionale, la forza peso e l'accelerazione di gravità. Il principio di azione e reazione. Reazioni vincolari, funi e tensioni.
- Metodologia per la soluzione di problemi di dinamica (diagramma delle forze o di corpo libero, eq. vettoriale --> eq. scalari...).
- Forze di attrito. Origine microscopica dell'attrito. Attrito statico e dinamico. Attrito del mezzo.
- La potenza e la relazione con forza e velocità.
- Il teorema dell'energia cinetica (relazione lavoro-energia).
- Forze conservative: energia potenziale e conservazione dell'energia meccanica, con particolare riferimento alla forza gravitazione e a quella elastica (legge di Hooke). Conservazione dell'energia generalizzata in presenza di forze non conservative.
- Solo se compatibile con lo svolgimento del programma che segue: quantità di moto e sua conservazione. Equilibrio di corpi che scivolano e che rotolano. Cenni di dinamica rotazionale: momento angolare, momento di una forza. Momento di inerzia. Leve di diverso tipo.
- Meccanica dei Fluidi. Introduzione alla statica dei fluidi: densità e pressione. Legge di Stevin(o), principio di Pascal (esempio: martinetto idraulico). Principio di Archimede e spinta di galleggiamento, peso apparente.
- Dinamica dei fluidi. I fluidi ideali. La portata e la conservazione della massa: equazione di continuità in regime laminare per fluidi incomprimibili. La conservazione dell'energia meccanica nei fluidi in regime laminare (e irrotazionale): equazione di Bernoulli in assenza di attriti. Esempi vari. Equazioni di Venturi e di Torricelli.
- Applicazioni del Teorema di Bernoulli: fuoriuscita di liquido da un forellino, tubo di Venturi.
- Calorimetria e temperatura. Fenomeni termici. Temperatura e termometri: la dilatazione termica lineare e volumica, la scala centigrada della temperatura e la scala dei gas perfetti. Calore come energia scambiata per effetto di una differenza di temperatura: relazione fondamentale della calorimetria, capacità termica e calore specifico. Calore specifico molare. Cambiamenti di stato, arresti termici e calori latenti.
- Meccanismi di trasferimento del calore: conduzione e legge di Fourier, convezione e irraggiamento (e leggi di Stefan-Boltzmann e di Wien), con introduzione allo spettro elettromagnetico. Effetto serra.
- Gas perfetti (ideali) e gas reali: punti di vista macroscopico e microscopico, temperatura critica. Leggi di Avogadro, Boyle, Charles e Gay-Lussac. Equazione di stato dei gas ideali. Teoria cinetica dei gas applicata ai gas perfetti: legge di Joule-Clausius, e relazione tra temperatura e velocità molecolare (velocità quadratica media). Energia cinetica totale (interna) per un gas ideale monoatomico.
- Termodinamica. Sistemi termodinamici e trasformazioni termodinamiche. Quasi-staticità, attriti e reversibilità. Lavoro delle forze di pressione in un sistema termodinamico, e nelle trasformazioni isocore, isobare, isoterme e adiabatiche. Conservazione dell'energia e primo principio della Termodinamica. L'energia interna come funzione di stato.
- Macchine termiche e macchine frigorifere: diagramma dei flussi di calore e lavoro. Rendimento e efficienza. Enunciato del secondo principio della Termodinamica secondo Kelvin e secondo Clausius. Conseguenze del secondo principio sui rendimenti delle macchine termiche. Massimo rendimento (macchina di Carnot).
- Elettrostatica. Carica elettrica, forza di Coulomb. Confronto tra forza elettrostatica e forza gravitazionale. Campo elettrico e linee di campo.
- Lavoro della forza elettrostatica. Energia potenziale elettrostatica e potenziale elettrostatico. Capacità e condensatori. Accelerazione di cariche in campo elettrico. La corrente elettrica: la resistenza elettrica del materiale e la prima legge di Ohm. Meccanismi microscopici legati alle correnti elettroniche nei materiali. L'origine microscopica della resistenza elettrica. La seconda legge di Ohm. La potenza dissipata in un conduttore: effetto Joule. Resistenze in serie e in parallelo.