Insegnamento FISICA GENERALE

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Nome del corso di laurea	Ingegneria meccanica
Codice insegnamento	GP004941
Curriculum	Comune a tutti i curricula
Docente responsabile	Renzo Campanella
Docenti	Renzo Campanella
Ore	108 Ore - Renzo Campanella
CFU	12
Regolamento	Coorte 2022
Erogato	Erogato nel 2022/23
Erogato altro regolamento
Attività	Base
Ambito	Fisica e chimica
Settore	FIS/01
Anno	1
Periodo	Annuale
Tipo insegnamento	Obbligatorio (Required)
Tipo attività	Attività formativa monodisciplinare
Lingua insegnamento	ITALIANO
Contenuti	Meccanica del punto materiale; energia e lavoro; meccanica dei sistemi e del corpo rigido. Oscillatore armonico libero, smorzato e forzato. Meccanica dei fluidi. Termologia e termodinamica. Gas ideali e reali. Campo elettrico e magnetico nel vuoto. Equazioni di Maxwell, forza di Lorentz.
Testi di riferimento	1) "Fisica. Meccanica e Termodinamica"; U. Gasparini, M. Margoni, F. Simonetto; Piccin (2021); ISBN: 978-88-299-2972-6; € 35,00 2) "Fisica. Elettromagnetismo e Onde"; U. Gasparini, M. Margoni, F. Simonetto; Piccin (2021); ISBN: 978-88-299-3195-8; € 35,00
Obiettivi formativi	Conoscenza delle leggi della meccanica, della termodinamica e dell'elettromagnetismo nel vuoto. Capacità di risolvere semplici problemi riguardanti la meccanica, la termodinamica e l'elettromagnetismo nel vuoto
Prerequisiti	Per poter seguire con profitto le spiegazioni sono indispensabili i seguenti elementi: - capacità di operare con scioltezza su equazioni di primo e secondo grado; - la conoscenza del concetto di differenziale e del calcolo differenziale; - la conoscenza della nozione di integrale; - elementi di trigonometria piana.
Metodi didattici	Il corso è organizzato su lezioni frontali su tutti gli argomenti.
Altre informazioni	l docente può essere contattato all'indirizzo di posta elettronica universitario. Studenti con DSA sono pregati di contattare privatamente il docente per necessità specifiche durante il corso o per la verifica.
Modalità di verifica dell'apprendimento	Gli esami consistono in una prova scritta e una prova orale. La prova scritta è divisa in due parti; la prima riguarda la meccanica, mentre la seconda riguarda termodinamica + elettromagnetismo. Entrambe comprendono la soluzione di problemi sugli argomenti svolti durante le esercitazioni. E' possibile sostenere le due diverse parti in appelli differenti, purchè nella stessa sessione. La parte scritta si intende superata qualora la media di tutte le risposte sia superiore a un valore minimo. Tale valore di norma è pari a 15, ma potrebbe variare in ragione della difficoltà delle domande. La prova orale consiste in un colloquio di circa40/60 minuti che verte su quattro/sei domande.
Programma esteso	1 - INTRODUZIONE Introduzione - Grandezze fisiche - Equazioni dimensionali - Sistemi di unità di misura - Grandezze scalari e vettoriali - Vettori liberi - Componenti di un vettore - Somma di vettori - Prodotto di un vettore per uno scalare - Prodotto scalare e vettoriale - Prodotto misto - Vettori applicati - Momento polare - Momento assiale - Operatori vettoriali - Flusso - Integrale di linea - Circuitazione - Teorema della divergenza - Teorema di Stokes (o del rotore) 2 - MECCANICA DEL PUNTO MATERIALE Cinematica del punto materiale - Sistemi di riferimento - Aspetti geometrici e temporali del moto: traiettoria ed equazione oraria - Spostamenti - Gradi di libertà - Esempi di moto - Moto circolare - Moto circolare uniforme - Moto armonico -Velocità scalare media e velocità scalare istantanea - Velocità vettoriale - Accelerazione scalare media ed istantanea, accelerazione vettoriale - Moti piani - Moti centrali - Teorema dei moti relativi - Teorema del Coriolis Dinamica del punto materiale - Forze - Leggi di Newton - Terne inerziali - Massa inerziale - Forze e interazioni fondamentali - Quantità di moto - Impulso di una forza - Peso - Forze elastiche - Reazioni vincolari - Attrito - Resistenze passive - Forze reali ed apparenti: forza centrifuga e forza di Coriolis - Pendolo semplice Lavoro ed energia per il punto materiale - Definizione di lavoro - Potenza - Energia cinetica - Teorema delle forze vive - Campi di forze conservativi - Energia potenziale - Conservazione dell?energia meccanica - Energia nell?oscillatore armonico - Variazione dell?energia in presenza di forze non conservative 3 - MECCANICA DEI SISTEMI E DEI CORPI RIGIDI Meccanica dei sistemi di punti materiali - Centro di massa e moto del centro di massa - Quantità di moto di un sistema ? 1a equazione cardinale - Terzo principio della dinamica - Quantità di moto totale - Forze interne ed esterne - Principio di conservazione della quantità di moto - Moto di sistemi a massa variabile - Momento della quantità di moto totale - Teorema del momento della quantità di moto per un sistema di punti - Principio di conservazione del momento della quantità di moto - 2a equazione cardinale - Teorema del lavoro e dell?energia cinetica per un sistema di punti - Energia cinetica totale - Moto del centro di massa e moto attorno al centro di massa - Energia potenziale nei sistemi - Conservazione dell?energia meccanica - Processi d'urto - Urto normale centrale - Urto nello spazio Meccanica dei corpi rigidi - Cinematica dei corpi rigidi - Moti rigidi, moto traslatorio, moto rotatorio - Distribuzione delle velocità e delle accelerazioni in un moto rigido - Dinamica dei corpi rigidi - Sistemi equivalenti di forze - Corpo girevole attorno ad un asse fisso - Momento d?inerzia - Momento d?inerzia assiale - Esempi di moto di rotazione intorno ad un asse fisso - Statica dei corpi rigidi - Equazioni cardinali della statica Gravitazione - Legge della gravitazione universale - Determinazione della costante di gravitazione universale - Massa inerziale e massa gravitazionale - Accelerazione di gravità - Peso - Moto dei pianeti e dei satelliti - Leggi di Keplero - Campo gravitazionale - Teorema di Gauss - Energia potenziale di gravitazione - Energia meccanica nel sistema solare 4 - MECCANICA DEI FLUIDI Meccanica dei fluidi - Pressione in un punto di un fluido - Equazioni della statica dei fluidi - Statica dei fluidi pesanti - Principio di Pascal - Misura delle pressioni - Principio di Archimede - Dinamica dei fluidi - Linee di flusso e di corrente - Teorema del lavoro e dell'energia cinetica per fluidi ideali - Equazione di Bernouilli - Equazione di continuità 5 - OSCILLAZIONI Oscillatore armonico- O.A. smorzato - O.A. forzato: la risonanza- 6 - PRIMO PRINCIPIO DELLA TERMODINAMICA Sistemi e stati termodinamici - Equilibrio termodinamico - Principio dell'equilibrio termico - Definizione di temperatura - Termometri - Sistemi adiabatici. Esperimenti di Joule, Calore - Primo principio della termodinamica. Energia interna - Trasformazioni termodinamiche. Lavoro e calore Calorimetria - Processi isotermi. Cambiamenti di fase - Trasmissione del calore: Conduzione, convezione, irraggiamento - Dilatazione termica di solidi e liquidi 7 - GAS IDEALI E REALI Leggi dei gas. Equazione di stato dei gas ideali - Termometro a gas ideale a volume costante - Trasformazioni di un gas. Lavoro - Calore. Calori specifici - Energia interna del gas ideale - Studio di alcune trasformazioni - Trasformazioni cicliche - Gas reali. Equazione di stato. Energia interna - Equazione di Van der Waals - Diagrammi pV. Diagrammi pT. Formula di Clapeyron 8 - SECONDO PRINCIPIO DELLA TERMODINAMICA Enunciati del secondo principio della termodinamica - Reversibilità e irreversibilità - Teorema di Carnot - Temperatura termodinamica assoluta - Teorema di Clausius - La funzione di stato entropia Il principio di aumento dell'entropia - Calcolo di variazioni di entropia - Entropia del gas ideale - Energia inutilizzabile 9 - SISTEMI PVT - POTENZIALI TERMODINAMICI Potenziali termodinamici - Proprietà generali dei sistemi pVT - Relazioni di Maxwell 10 FORZA ELETTROSTATICA. CAMPO ELETTROSTATICO Cariche elettriche. Isolanti e conduttori - Struttura elettrica della materia - La legge di Coulomb - Campo elettrostatico - Campo elettrostatico prodotto da una distribuzione continua di cariche - Linee di forza del campo elettrostatico - Moto di una carica in un campo elettrostatico. 11 LAVORO ELETTRICO. POTENZIALE ELETTROSTATICO Lavoro della forza elettrica - Tensione, potenziale - Calcolo del potenziale elettrostatico - Energia potenziale elettrostatica - Il campo come gradiente del potenziale - Superficie equipotenziali - Il rotore del campo elettrostatico - Il dipolo elettrico - La forza su un dipolo elettrico. 12 LA LEGGE DI GAUSS Flusso del campo elettrostatico - Legge di Gauss - Dimostrazione della legge di Gauss - Alcune applicazioni e conseguenze della legge di Gauss - La divergenza del campo elettrostatico. 13 CONDUTTORI. DIELETTRICI. ENERGIA ELETTROSTATICA Conduttori in equilibrio - Conduttore cavo - Schermo elettrostatico - Condensatori - Collegamento di condensatori - Energia del campo elettrostatico 14 CORRENTE ELETTRICA Conduzione elettrica - Corrente elettrica - Corrente elettrica stazionaria - Legge di Ohm della conduzione elettrica - Resistori in serie e in parallelo - Forza elettromotrice - Legge di Ohm generalizzata - Carica e scarica di un condensatore attraverso un resistore - Corrente di spostamento - Leggi di Kirchhoff per le reti elettriche 15 CAMPO MAGNETICO. FORZA MAGNETICA Interazione magnetica. Campo magnetico - Elettricità e magnetismo - Forza magnetica su una carica in moto (Forza di Lorentz) - Forza magnetica su un conduttore percorso da corrente - Momenti meccanici su circuiti piani. 16 SORGENTI DEL CAMPO MAGNETICO. LEGGE DI AMPERE Campo magnetico prodotto da una corrente - Calcoli di campi magnetici prodotti da circuiti particolari: filo rettilineo (Legge di Biot-Savart), spira circolare, solenoide di lunghezza infinita - Azioni elettrodinamiche tra fili percorsi da corrente - Legge di Ampère - La legge di Gauss per il campo magnetico. 17 CAMPI ELETTRICI E MAGNETICI VARIABILI NEL TEMPO Legge di Faraday dell'induzione elettromagnetica - Origine del campo elettrico indotto e della f.e.m. indotta - Applicazioni della legge di Faraday - Autoinduzione - Energia magnetica - Legge di Ampère-Maxwell - Le equazioni di Maxwell - Le equazioni di Maxwell in forma differenziale.