FISICA GENERALE 1

a.a. 2015-2016

Insegnamento: Fisica Generale 1

Docente: Livio Gianfrani

Settore Scientifico Disciplinare: FIS/01 CFU 9=7L+2La

ORE 80=56+24

Obiettivi formativi: Acquisire solide conoscenze di base di meccanica classica e termodinamica; familiarizzare con il metodo scientifico di indagine, con la rappresentazione e l’analisi di dati sperimentali, la modellizzazione di fenomeni e la verifica sperimentale di leggi della fisica classica.

Propedeuticità: Analisi 1, Geometria 1

Modalità di svolgimento: lezioni ed esercitazioni in aula; esperienze didattiche in Laboratorio.

Modalità di accertamento del profitto: superamento di una prova scritta e di una prova orale.

Programma MECCANICA

Grandezze fisiche e teoria della misura:

Grandezze fisiche e loro definizione operativa. Dimensioni fisiche. Grandezze fondamentali e grandezze derivate.

Equazioni dimensionali. Unità di misura. Il Sistema Internazionale. Cambiamenti di unità di misura. Strumenti di

misura. Portata, prontezza e sensibilità di uno strumento. Errori di sensibilità. Errori sistematici. Cifre significative.

Misure dirette e indirette. Propagazione degli errori massimi. Errori assoluti e relativi. Rappresentazione dei dati. Ordini

di grandezza. Notazione scientifica. Tabelle e grafici.

Cinematica del punto materiale:

Concetto di punto materiale. Sistemi di riferimento. Moto in una dimensione: velocità scalare media e istantanea;

accelerazione scalare media e istantanea; moto rettilineo uniforme; moto rettilineo uniformemente accelerato. Moto nel

piano: posizione, spostamento, velocità e accelerazione come grandezze vettoriali; moto del proiettile; moto circolare

uniforme. Moti relativi: velocità e accelerazione relativa; velocità e accelerazione di trascinamento; accelerazione di

Coriolis.

Dinamica del punto materiale:

Forza e massa. Le tre leggi di Newton. Sistemi di riferimento inerziali. Forza peso. Forze di contatto: la forza normale e

la forza di attrito. Tensione di una corda. Cinematica e dinamica del moto armonico: pendolo semplice. Forza elastica e

legge di Hooke. Lavoro, potenza ed energia cinetica. Forze conservative. Energia potenziale. Conservazione

dell’energia meccanica. La quantità di moto. La conservazione della quantità di moto. Momento di una forza. Teorema

del momento angolare.

Dinamica dei sistemi di punti materiali:

Sistemi di punti materiali. Forze interne e forze esterne. Centro di massa di un sistema di punti. Teorema del moto del

centro di massa. Conservazione della quantità di moto. Teorema del momento angolare. Conservazione del momento

angolare. Sistema di riferimento del centro di massa. Teoremi di Konig per il momento angolare e per l’energia cinetica.

Il teorema dell’energia cinetica. Urti tra due punti materiali: urto elastico, anelastico e completamente anelastico.

Dinamica del corpo rigido:

Definizione di corpo rigido. Densità. Centro di massa. Equilibrio statico di un corpo rigido. Moto di un corpo rigido:

traslazioni e rotazioni. Momento d’inerzia. Teorema di Huygens-Steiner. Teorema di Konig. Moto di puro rotolamento.

Statica e Dinamica dei fluidi:

Generalità dei fluidi. Pressione. Equilibrio statico dei fluidi. Legge di Stevino. Vasi comunicanti. Barometro di

Torricelli. Principio di Archimede. Regime stazionario di un fluido. Portata e legge di Leonardo. Teorema di Bernoulli.

Gravitazione:

La forza gravitazionale. Massa inerziale e massa gravitazionale. Campo gravitazionale ed energia potenziale

gravitazionale.

TERMODINAMICA

Termometria e Calorimetria:

Principio dell’equilibrio termico. Definizione empirica di temperatura. Termometri. Dilatazione termica dei solidi e dei

liquidi. Quantità di calore e calorimetria. Capacità termica e calore specifico. Cambiamenti di stato e calore latente.

Sorgenti calore. Propagazione del calore.

Primo principio della termodinamica:

Sistemi e stati termodinamici. Equilibrio termodinamico. Trasformazioni termodinamiche reversibili e irreversibili.

Lavoro in una trasformazione termodinamica. Gas perfetti. Primo principio della termodinamica: principio di

equivalenza calore/energia; energia interna. Applicazioni del primo principio: esperimento di Joule; energia interna di

un gas ideale; relazione di Mayer. Trasformazioni di un gas perfetto: adiabatica, isoterma, isocora, isobara.

Trasformazioni cicliche. Ciclo di Carnot.

Secondo principio della termodinamica

Enunciati del secondo principio della termodinamica. Reversibilità e irreversibilità. Teorema di Carnot. Macchine

frigorifere. Entropia.

ATTIVITA’ DI LABORATORIO

1a esercitazione: misura della accelerazione di gravità con lo studio di un pendolo semplice;

2a esercitazione: misura della costante elastica di una molla;

3a esercitazione: misura dell’equivalente in acqua di un calorimetro e del calore specifico di un solido.

Testi di riferimento: P. Mazzoldi, M. Nigro e C. Voci: Elementi di Fisica - Meccanica e Termodinamica. EdiSES

M. Severi: Introduzione alla Sperimentazione Fisica. Zanichelli Editore

Altra bibliografia: S. Rosati: Fisica Generale – Meccanica, Acustica, Termologia e Termodinamica, Teoria Cinetica dei Gas. CEA

R. C. Davidson: Metodi Matematici per un Corso Introduttivo di Fisica. EdiSES

P. R. Oliva, F. Terrasi: Elaborazione statistica dei risultati sperimentali. Liguori Editore

J. R. Taylor: Introduzione all'analisi degli errori. Zanichelli Editore

Orari di ricevimento del docente Il Prof. Livio Gianfrani riceve gli studenti il Lunedì dalle 14:30 alle 16:30. Per stabilire un incontro in altri giorni e/o

orari è opportuno contattarlo tramite posta elettronica (livio.gianfrani@unina2.it).