Fisica terrestre e laboratorio
A.A. 2019/2020
Obiettivi formativi
Fornire agli studenti la capacità di comprendere i principali processi fisici che avvengono nel nostro pianeta dal punto di vista fisico-matematico. A tale fine ci si preoccupa di fornire una formulazione della meccanica dei continui avanzatissima, fortemente matematica. I processi fisici su cui ci si concentra sono relativi al trasporto del calore nella crosta e mantello terrestre e a quelli responsabili della struttura delle litosfera oceanica e della subduzione. Grande attenzione è rivolta anche alle problematiche più rilevanti del campo di gravità terrestre.
Risultati apprendimento attesi
Capacità di modellizzare matematicamente e dal punto di vista fisico i processi che avvengono sulla superfice e nel mantello terrestre, nel modo più avanzato e moderno, al fine di potere competere nel mercato del lavoro con solide conoscenze che possano costituire anche una base nel campo di applicazioni informatiche e di computer science
Periodo: Secondo semestre
Modalità di valutazione: Esame
Giudizio di valutazione: voto verbalizzato in trentesimi
Corso singolo
Questo insegnamento non può essere seguito come corso singolo. Puoi trovare gli insegnamenti disponibili consultando il catalogo corsi singoli.
Programma e organizzazione didattica
Edizione unica
Periodo
Secondo semestre
Programma
Fisica Terrestre
Meccanica dei continui
Tensore degli sforzi e delle deformazioni. Formula di Cauchy.
Massimo sforzo di taglio. Cerchio di Mohr. Diagonalizzazione del tensore degli sforzi. Equazione d'onda. Onde di volume e di superficie.
Elasticità lineare per mezzi isotropi e omogenei. Legge di Hooke.
Comportamento viscoso delle rocce. Solido viscoelastico di Maxwell e di Kelvin-Voigt. Difetti cristallografici alla base del comportamento viscoso delle rocce, lacune e dislocazioni (cenni).
Equazione di Navier-Stokes.
Trasporto del calore.
Conduzione stazionaria e dipendente dal tempo. Geoterma per una litosfera continentale e oceanica. Flusso di calore. Strato termico.
Forze tettoniche associate alla litosfera oceanica subdotta.
Raffreddamento e subsidenza di un bacino sedimentario.
Campo gravitazionale
Campo di gravità e geopotenziale con i termini di primo ordine nello schiacciamento terrestre, J2 e rapporto tra potenziale centrifugo e gravitazionale.
Processi geofisici responsabili dell'attuale diminuzione del J2. Espressione del geoide in funzione della latitudine, al primo ordine nelle quantità suddette.
Anomalie di gravità e del geoide indotte da una distribuzione anomala di massa, approssimabile ad una piastra infinita. Compensazione isostatica. Anomalie di Bouguer e di aria libera.
Anomalie del geoide, per i modelli di Airy e di Pratt, associate ad una topografia compensata isostaticamente.
Campo magnetico.
Origine del campo magnetico terrestre. Dipolo magnetico equivalente. Dinamo autoeccitante. Campo magnetico in funzione della latitudine. Cenni di magnetoidrodinamica e dei più recenti risultati che hanno permesso di simulare matematicamente il processo di inversione del campo magnetico terrestre.
Laboratorio di Fisica Terrestre
Soluzione Numerica di Equazioni Differenziali. Cenni al metodo agli
elementi finiti. Introduzione ai sistemi discreti. Discretizzazione di un
continuo in un insieme discreto di elementi. Applicazione di MatLab per
la modellistica numerica e la visualizzazione. Equazione della
Conservazione dell'Energia stazionaria e dipendente dal tempo.
Soluzione numerica della Equazione della conservazione dell'energia.
Risoluzione numerica del profilo di temperatura dipendente dal tempo
per una litosfera oceanica. Implementazione numerica delle condizioni
al contorno termiche: temperatura costante, flusso di calore costante,
condizioni al contorno combinate. Implementazione numerica delle
condizioni termiche iniziali.
Meccanica dei continui
Tensore degli sforzi e delle deformazioni. Formula di Cauchy.
Massimo sforzo di taglio. Cerchio di Mohr. Diagonalizzazione del tensore degli sforzi. Equazione d'onda. Onde di volume e di superficie.
Elasticità lineare per mezzi isotropi e omogenei. Legge di Hooke.
Comportamento viscoso delle rocce. Solido viscoelastico di Maxwell e di Kelvin-Voigt. Difetti cristallografici alla base del comportamento viscoso delle rocce, lacune e dislocazioni (cenni).
Equazione di Navier-Stokes.
Trasporto del calore.
Conduzione stazionaria e dipendente dal tempo. Geoterma per una litosfera continentale e oceanica. Flusso di calore. Strato termico.
Forze tettoniche associate alla litosfera oceanica subdotta.
Raffreddamento e subsidenza di un bacino sedimentario.
Campo gravitazionale
Campo di gravità e geopotenziale con i termini di primo ordine nello schiacciamento terrestre, J2 e rapporto tra potenziale centrifugo e gravitazionale.
Processi geofisici responsabili dell'attuale diminuzione del J2. Espressione del geoide in funzione della latitudine, al primo ordine nelle quantità suddette.
Anomalie di gravità e del geoide indotte da una distribuzione anomala di massa, approssimabile ad una piastra infinita. Compensazione isostatica. Anomalie di Bouguer e di aria libera.
Anomalie del geoide, per i modelli di Airy e di Pratt, associate ad una topografia compensata isostaticamente.
Campo magnetico.
Origine del campo magnetico terrestre. Dipolo magnetico equivalente. Dinamo autoeccitante. Campo magnetico in funzione della latitudine. Cenni di magnetoidrodinamica e dei più recenti risultati che hanno permesso di simulare matematicamente il processo di inversione del campo magnetico terrestre.
Laboratorio di Fisica Terrestre
Soluzione Numerica di Equazioni Differenziali. Cenni al metodo agli
elementi finiti. Introduzione ai sistemi discreti. Discretizzazione di un
continuo in un insieme discreto di elementi. Applicazione di MatLab per
la modellistica numerica e la visualizzazione. Equazione della
Conservazione dell'Energia stazionaria e dipendente dal tempo.
Soluzione numerica della Equazione della conservazione dell'energia.
Risoluzione numerica del profilo di temperatura dipendente dal tempo
per una litosfera oceanica. Implementazione numerica delle condizioni
al contorno termiche: temperatura costante, flusso di calore costante,
condizioni al contorno combinate. Implementazione numerica delle
condizioni termiche iniziali.
Propedeuticità
Tutte le Matematiche, Fisica I e Fisica II
Prerequisiti
Avere sostenuto gli esami relativi a
tutte le Matematiche e Fisica I
L'esame consiste in una prova orale che ha lo scopo di accertare l'acquisizione da parte dello studente delle conoscenze di base necessarie per la comprensione quantitativa dei processi di deformazione, di trasferimento di calore e di massa che avvengono all'interno del nostro pianeta.
La prova orale si suddivide in due parti. La prima parte consisterà nella risoluzione e discussione di uno degli esercizi svolti durante le ore di Laboratorio. Nella seconda parte la discussione verterà sugli altri argomenti trattati nel corso.
Una valutazione sufficiente della prima parte del colloquio è condizione necessaria per lo svolgimenti della seconda parte del colloquio.
tutte le Matematiche e Fisica I
L'esame consiste in una prova orale che ha lo scopo di accertare l'acquisizione da parte dello studente delle conoscenze di base necessarie per la comprensione quantitativa dei processi di deformazione, di trasferimento di calore e di massa che avvengono all'interno del nostro pianeta.
La prova orale si suddivide in due parti. La prima parte consisterà nella risoluzione e discussione di uno degli esercizi svolti durante le ore di Laboratorio. Nella seconda parte la discussione verterà sugli altri argomenti trattati nel corso.
Una valutazione sufficiente della prima parte del colloquio è condizione necessaria per lo svolgimenti della seconda parte del colloquio.
Metodi didattici
Modalità di esame:
Orale
Modalità di frequenza:
Fortemente consigliata
Modalità di erogazione:
Tradizionale
Orale
Modalità di frequenza:
Fortemente consigliata
Modalità di erogazione:
Tradizionale
Materiale di riferimento
Geodynamics, D. Turcotte and G. Shubert, Cambridge
Rheology of the Earth, G. Ranalli, Allen & Unwin
Rheology of the Earth, G. Ranalli, Allen & Unwin
GEO/10 - GEOFISICA DELLA TERRA SOLIDA - CFU: 9
Esercitazioni: 36 ore
Lezioni: 48 ore
Lezioni: 48 ore
Docente:
Sabadini Roberto
Turni:
-
Docente:
Sabadini Roberto