Questo corso di Fisica Generale richiede

- conoscenze di base di trigonometria e geometria analitica

- conoscenza di elementi di base di algebra dei vettori e di calcolo differenziale (limiti, derivate ed integrali).

Questi argomenti sono comunque richiamati nella prima parte del corso in modo sintetico e finalizzato all'apprendimento della materia.

Il corso ha una durata complessiva di 108 ore. Il primo modulo, di 54 ore di lezione in aula, divise in ore di teoria ed ore di esercitazioni, rappresenta il primo approccio alla fenomenologia e ai modelli teorici della Fisica Classica.

L’obiettivo principale è trattare gli aspetti più rilevanti della meccanica classica.

I principali contenuti sono riassunti come segue:

- Introduzione e richiami al calcolo vettoriale e al calcolo differenziale

- Cinematica del punto materiale. Moti piani. Moti curvilinei. Sistemi di riferimento in moto relativo.

- Dinamica del punto materiale. Principi della dinamica. Forze di attrito.

- Energia e lavoro. Forze conservative e criteri di conservatività. Principio di conservazione dell'energia meccanica.

- Dinamica dei sistemi. Equazioni cardinali. Leggi di conservazioni di quantità di moto e momento angolare.

- Corpo rigido, momento di inerzia. Moto del corpo rigido.

- Urti. Caso di urto tra punti materiali e tra un punto materiale ed un corpo rigido.

- Elementi di Termodinamica Classica.

Dopo il corso lo studente dovrebbe dimostrare di:

Conoscenze e comprensione: aver acquisito i concetti fondamentali della fisica classica ed il relativo approccio metodologico;

Capacità di applicare conoscenze e comprensione: essere in grado di risolvere problemi classici di cinematica, dinamica del punto materiale e del corpo rigido, previa individuazione dei fenomeni fisici che intervengono nel problema;

Autonomia di giudizio: essere in grado di analizzare un fenomeno o processo fisico di natura meccanica con rigore scientifico e di stabilire quali leggi fondamentali lo governano;

Abilità comunicative: saper esprimere, con proprietà di linguaggio e con l'uso degli strumenti matematici opportuni, le principali nozioni teoriche alla base della meccanica classica.

Capacità di apprendimento: aver maturato un approccio metodologico rigoroso ed idoneo all'apprendimento autonomo di nuovi argomenti.

Il corso sarà svolto con lezioni di didattica frontale alternando lezioni teoriche a lezioni dedicate alle esercitazioni.

L'esame prevede sia una prova scritta che una prova orale. Nella prova scritta lo studente deve dimostrare di essere in grado di applicare correttamente le conoscenze teoriche per risolvere correttamente alcuni esercizi sui vari argomenti del corso. Nella prova orale sarà valutata la capacità dello studente di esprimersi con la dovuta proprietà d linguaggio nell'esposizione di alcuni argomenti trattati nella parte teorica, oltre al grado di reale comprensione dei vari fenomeni fisici studiati durante il corso. 

1. Misure e unità di misura:

Misure, Grandezze e unità fondamentali, angoli piani

2. Vettori :

Concetto di direzione, Scalari e vettori, Somma di vettori, Componenti di un vettore, Somma di più vettori, Prodotto scalare, Prodotto vettoriale.

3. Cinematica:

Oggetti puntiformi, vettore di posizione e concetto di moto, definizione di traiettoria.

Moto rettilineo: velocità, accelerazione, moto rettilineo uniforme e uniformemente accelerato.

Moto curvilineo: velocità e accelerazione.

Moto con accelerazione costante: moto dei proiettili. Componenti tangenziale e normale dell'accelerazione.

Moto circolare: velocità angolare e accelerazione, moto curvilineo generale in un piano.

Moto relativo: posizione e velocità relativa, moto relativo traslatorio uniforme, moto relativo rotatorio uniforme, moto relativo alla terra.

4. Dinamica di una particella:

Il principio d'inerzia, massa inerziale, quantità di moto, principio di conservazione della quantità di moto, seconda e terza legge di Newton. Forze di attrito, forze di attrito nei fluidi. Moto curvilineo; momento angolare; forze centrali.

5. Lavoro ed energia:

Lavoro, potenza e unità di misura, energia cinetica, lavoro di una forza costante, energia potenziale, conservazione dell'energia di una particella. Moto rettilineo sotto l'azione di forze conservative, forze centrali, forze non conservative.

6. Dinamica di un sistema di particelle:

Moto del centro di massa, momento angolare, energia cinetica, conservazione dell'energia, analisi della conservazione dell'energia.

7. Dinamica di un corpo rigido

Definizione di corpo rigido, momento angolare di un corpo rigido, momento di inerzia e calcolo del momento di inerzia di un corpo rigido, equazione del moto rotatorio di un corpo rigido, energia cinetica di rotazione.

8. Urti

Dinamica dell’urto: generalità. Forze d'urto. Leggi di conservazione nei processi d’urto. Variazioni di energia cinetica associate al processo d'urto: urti elastici ed anelastici; esplosioni e salti.

Urti centrali unidimensionali e coefficiente di anelasticità. Urti obliqui nel piano. Urti generici. Urti coinvolgenti punti materiali vincolati: pendolo balistico

Urti coinvolgenti corpi rigidi liberi e vincolati: trasferimenti di impulso e momento angolare; pendolo balistico.

9. Elementi di Termodinamica Classica

Energia e sistemi termodinamici. Funzioni di stato. Lavoro ed energia interna. Trasmissione del calore. Primo Principio della Termodinamica e sue implicazioni. Capacità termica. Gas ideali. Equazioni di Clapeyon. Calori molari.

Enunciato di Kelvin-Planck: macchine termiche, Enunciato di Clausius: macchine frigorifere. Clclo di Carnot. Teorema di Carnot. Teorema di Clausius. Temperatura assoluta. Entropia. Secondo principio della Termodinamica e sue implicazioni. Energia libera. Trasformazioni termiche.

-R. A. Serway, J. W. Jewett, Fisica per Scienze e Ingegneria, Vol. 1, EdiSes

-G. Mencuccini, V. Silvestrini “Fisica – Meccanica, Termodinamica”, Casa Editrice Ambrosiana (Rozzano, Milano, 2016)

-D. Halliday, R. Resnick, J. Walker “Fondamenti di Fisica – Meccanica, Termologia”, Casa Editrice Ambrosiana (Milano)

-S.Focardi, I.Massa,A.Uguzzoni, Fisica Generale Meccanica, Casa Editrice Ambrosiana

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

-M. Alonso, E. J. Finn, FISICA Vol. 1

-S. Rosati: "Fisica Generale - Meccanica, Acustica, Termologia, Termodinamica e Teoria Cinetica dei Gas", Casa Editrice Ambrosiana (seconda edizione 1984, ristampa 2011)

-Appunti del Corso