Programma del corso di Fisica 1 Andrianopoli

Programma del corso di Fisica 1 AndrianopoliIntroduzione al corso e alla fisica:

1. Ambiti di applicazione e limiti della fisica classica.

2. Metodo scientifico. Incertezze nelle misure, introduzione allanalisi degli errori statistici, propagazione degli errori.

3. Sistemi di coordinate (cartesiane e polari nel piano; cartesiane, cilindriche e sferiche nello spazio). Scalari e vettori, somma di vettori, prodotto scalare, decomposizione di vettori, descrizione dei sistemi di coordinate in termini di versori. Rappresentazione matriciale dei vettori. Prodotto vettoriale, momento di un vettore.

Meccanica del punto:

1. Cinematica: Cinematica del moto rettilineo. Esempi di moto rettilineo (moto uniformemente accelerato, moto armonico, moto smorzato). Cinematica del moto curvilineo in coordinate cartesiane. Applicazione: moto balistico. Cinematica del moto curvilineo nel piano in coordinate intrinseche ed in coordinate polari, moti circolari. . Descrizione generale dei moti relativi; moto relativo traslatorio, trasformazioni di Galileo; moto relativo di pura rotazione, moto relativo alla terra. 2. Dinamica: Introduzione alla dinamica, principio di inerzia e leggi di Newton, definizione di massa e quantit di moto. Definizione operativa di forza. Applicazione delle leggi di Newton: Forze costanti (forza peso, attrito radente), piano inclinato, reazioni vincolari, funi, carrucole. Applicazioni delle leggi di Newton: Attrito viscoso; forze centripete; oscillatore armonico: forza elastica, pendolo semplice; interazione gravitazionale ed elettrostatica (significato fisico di massa inerziale e gravitazionale). Leggi di Newton in sistemi di riferimento non inerziali; definizione di sistema isolato, conservazione della quantit di moto per sistemi isolati, teorema dellimpulso, definizione di momento angolare, condizioni per la conservazione del momento angolare di una particella, forze centrali. Concetto di lavoro: lavoro di forze costanti, di forze variabili, definizione generale in termini dellintegrale di linea, con esempi. Energia cinetica, teorema dellenergia cinetica, potenza, forze conservative e propriet, lavoro di forze conservative, energia potenziale, energia meccanica, conservazione dellenergia meccanica per forze conservative, forze dissipative, lavoro di forze dissipative, esempi fisici. Relazione tra energia potenziale e forza conservativa, calcolo della legge oraria del moto sotto lazione di forze conservative per moti 1D e per moti sotto lazione di forze centrali. Energia potenziale efficace, grafici dellenergia potenziale.

Meccanica dei sistemi di particelle:1. definizione di densit di massa, definizione e propriet del centro di massa, sistema di riferimento del centro di massa; decomposizione del moto in moto del centro di massa e moto relativo al centro di massa. 2. Moto traslatorio dei sistemi di particelle: Teorema di Konig per lenergia, conservazione dellenergia per sistemi di particelle. Urti elastici ed anelastici in 1 e 2 dimensioni. 3. Moto rotatorio di un sistema di particelle, teorema di Konig per il momento angolare4. Corpo rigido: Definizione e propriet, moto traslatorio e rotatorio di un corpo rigido: calcolo del momento angolare in direzione dellasse di rotazione, definizione di momento di inerzia e assi principali di inerzia, teorema di Huigens-Steiner, calcolo del momento di inerzia per sbarra sottile e disco sottile rispetto a vari assi di rotazione. Equazioni del moto rotatorio di un corpo rigido, energia cinetica di rotazione, il pendolo fisico, moto di rotolamento. conservazione dellenergia nel moto di rotolamento, cenni sullattrito volvente; moto giroscopico della trottola (precessione, nutazione). 5. Gravitazione: moto di rotazione con precessione degli equinozi. Moto di rivoluzione: Leggi di Keplero con deduzione della legge di gravitazione universale; moto sotto lazione di una forza gravitazionale o Coulombiana. Significato del potenziale efficace. Soluzione per le traiettorie a partire dalla conservazione di energia meccanica e momento angolare (coniche). Propriet e applicazioni fisiche.

6. Campi vettoriali, descrizione delle interazioni gravitazione ed elettrostatica in termini di campo, linee di campo e regola di Faraday, potenziale gravitazionale ed elettrostatico, superfici equipotenziali, curve di livello. Flusso di un campo vettoriale, dimostrazione (euristica, in termini delle linee di campo), della legge di Gauss per il campo gravitazionale ed elettrostatico, applicazioni della legge di Gauss (campo prodotto da una sfera omogenea e da una sfera cava, da una piastra infinita, da una doppia piastra (condensatore)).

7. Meccanica dei fluidi: definizione di fluido e distinzione tra liquidi e gas; forze di volume e forze di superficie, definizione di pressione; condizioni di equilibrio statico di un fluido, legge di Stevino ed applicazioni (paradosso idrostatico, principio dei vasi comunicanti, barometro di Torricelli) equilibrio statico in un gas. Principio di Archimede; dinamica dei fluidi: descrizione lagrangiana ed euleriana, regime stazionario, eq. di continuit, eq. di Bernoulli, applicazioni (teorema di Torricelli, tubo di Venturi, portanza).Termodinamica:

1. Introduzione alla termodinamica: definizione operativa di temperatura, principio zero della TD, definizione operativa di calore, capacit termica, calore specifico, calore specifico molare. 2. Esperienza di Joule, calore come forma di energia, definizione di energia interna, primo principio della TD, stato di equilibrio termodinamico di un sistema e trasformazioni termodinamiche reversibili e irreversibili.3. Gas perfetti: espansione libera nel vuoto; propriet generali macroscopiche e calcolo del lavoro per diverse trasformazioni TD; descrizione microscopica: modello classico di teoria cinetica dei gas (pressione e temperatura proporzionali allenergia cinetica media delle molecole, espressione dellenergia interna per i gas perfetti U(T) e suo significato microscopico, confronto con i gas reali). Calcolo dei calori specifici molari dei gas perfetti per diverse trasformazioni (isocore, isobare, isoterme), dimostrazione delleq. di Poisson per trasformazioni adiabatiche reversibili.4. Secondo principio della TD: nozione di irreversibilit, definizione di macchine termiche, ciclo di Carnot, definizione di rendimento e suoi limiti, ciclo frigorifero per macchine reversibili, postulati di Kelvin e Clausius e loro equivalenza, teorema di Carnot, terzo principio della termodinamica, teorema di Clausius, definizione di entropia e sue propriet, formulazione del secondo principio della TD in termini della variazione di entropia, cenni ad entropia e probabilit, entropia e disordine.