Fisica (G28)

Il programma del corso, qui riportato, è disponibile sul sito Ariel del docente, aggiornato dopo ogni lezione.

- Presentazione del docente e del corso (programma del corso, bibliografia, modalità di esame, scritto, orale e compitini...). Obiettivi della Fisica. Il linguaggio della Fisica e il metodo scientifico. Grandezze fondamentali e derivate, unità di misura. Il Sistema Internazionale di unità di misura. Come si presenta il risultato di una misura o il valore di una grandezza (valore-(errore-)u.d.m e notazione scientifica. Calcolo e controllo dimensionale. Esempi.
- Sistemi di riferimento e assi cartesiani. Ripasso di angoli e vettori. Vettore posizione e vettore spostamento.
- Esempi ed esercizi sui vettori. Cinematica. Legge oraria e traiettoria. Velocità media e velocità istantanea vettoriale.
- Cinematica. Velocità media e legge oraria del moto rettilineo uniforme. Il problema inverso nel caso del moto rettilineo uniforme. Il problema inverso generalizzato: significato geometrico e fisico dell'integrale e della derivata.
- L'accelerazione media e istantanea. Il moto uniformemente accelerato. Legge oraria del moto u.a. Esercizi sui moti uniformi e unif. accelerati, composizioni di moti.
- La caduta dei gravi e il moto balistico. Il moto balistico come composizione di moti r.u. e r.u.a. Grandezze caratteristiche del moto balistico: gittata, tempo di volo, massima quota. Esempi ed esercizi. Esercizi sul moto balistico. Traiettoria parabolica.
- Il moto balistico: esempi ed esercizi. Il moto circolare uniforme. Velocità tangenziale, velocità angolare, velocità vettoriale e accelerazione centripeta.
- Il moto circolare uniforme in coordinate cartesiane. Il moto armonico, periodicità del m.a. e altre grandezze caratteristiche. Il m.c.u. come composizione di moti armonici. Esempi ed esercizi di cinematica. Esempi ed esercizi di cinematica. Dinamica. I principio di Newton, massa e inerzia. Definizione operativa di massa. Le forze: definizione operativa di forza: l'equazione di Newton F=ma.
- Esempi di forze: la forza gravitazionale, la forza peso e l'accelerazione di gravità. Esempi ed esercizi. Esempi ed esercizi sulla forza gravitazionale. Il principio di azione e reazione. Reazioni vincolari ed elementi di raccordo. Esempi di reazioni vincolari.
- Ancora sulle reazioni vincolari: casi di interesse (funi e raccordi ideali: trasferire forze con funi, equilibrio di corpi sospesi, moto circolare vario del pendolo) e collegamento con la cinematica. Metodologia per la soluzione di problemi di dinamica (diagramma delle forze, eq. vettoriale --> eq. scalari...). Esempi ed esercizi sul piano inclinato.
- Piano inclinato e non, equilibrio di forze, catene di masse accelerate, amplificazione di foze, carrucole. La forza della molla (legge di Hook).
- La forza della molla e l'equazione di Newton in forma differenziale. Il moto armonico. Esempi ed esercizi di dinamica: dinamometro verticale e inclinato, misurazione di masse e calibrazione di molle. Cenni alla procedura di fit di dati sperimentali (regressione lineare) e agli errori nelle misure sperimentali. Forze di attrito. L'attrito come reazione vincolare. Origine microscopica dell'attrito. Leggi dell'attrito statico.
- Attrito statico e dinamico. Esempi ed esercizi. Piano inclinato scabro. Moto circolare uniforme e attrito.
- Esercizi sull'attrito. Il lavoro: definizione, proprietà, esempi. Additività e integrale di linea. La potenza meccanica.
- La potenza e la relazione con forza e velocità. Il teorema dell'energia cinetica. Relazione lavoro-energia. L'energia come capacità di compiere lavoro. Esempi ed esercizi. Il lavoro delle forze notevoli: la forza peso.
- Il lavoro delle forze notevoli: la forza della molla e la forza di attrito. Lavoro e dipendenza dalla traiettoria. Forze conservative: energia potenziale e conservazione dell'energia meccanica. Conservazione dell'energia generalizzata in presenza di forze non conservative e varie.
- Esempi e esercizi su lavoro ed energia. La via energetica. Metodologia generale.
- Esercizi di dinamica. Conservazione dell'energia con e senza forze dissipative.
- Introduzione alla Fisica dei Fluidi. Le fasi della materia e l'approssimazione del continuo. Grandezze per unità di superficie e volume. Introduzione alla statica dei fluidi: la pressione e le sue caratteristiche. Legge di Stevino. Principio dei vasi comunicanti. Cenni ai fenomeni interfacciali (competitizione adesione-coesione, tensione superficiale, capillarità, bagnabilità, risalita (discesa) di liquidi in tubi capillari e apparente violazione del principio dei vasi comunicanti).

- Principio di Archimede: la spinta di galleggiamento. Esempi ed esercizi di statica dei fluidi (il barometro di Torricelli, fluidi immiscibili in vasi comunicanti, il martinetto idraulico).
- Dinamica dei fluidi. I fluidi ideali e la descrizione dei fluidi in regime stazionario. La portata e la conservazione della massa: equazione di continuità in regime stazionario per fluidi incomprimibili e non. La conservazione dell'energia meccanica nei fluidi in regime stazionario: principio di Bernoulli in assenza e in presenza di attriti (pressione e lavoro/energia per unità di volume). Esempi vari.
- Esempi e applicazioni del Teorema di Bernoulli: fuoriuscita di liquido da un forellino, il tubo di Venturi, il tubo di Pitot, portanza negli aeroplani, scoperchiamento di tetti, apertura di porte e finestre.
- Esempi ed esercizi con Bernoulli: aspiratore ad acqua. Esercizi con Bernoulli generalizzato: potenza meccanica di una pompa, perdite di carico.
- Attrito viscoso. Viscosità e perdite di carico. Calorimetria e temperatura. Fenomeni termici. Temperatura e termometri: la dilatazione termica, la scala centigrada della temperatura e la scala dei gas perfetti. Calore è movimento: la relazione tra temperatura assoluta ed energia cinetica media degli atomi in un gas perfetto. Cambiamenti di temperatura e lavoro microscopico (teorema energia cinetica). Calorimetria. Equilibrio termico (principio 0 della termodinamica) e quantità di calore. Cenni ai diversi modi di trasferire calore (conduzione, convezione, irraggiamento). Trasferimento di calore tra corpi in contatto termico: il punto di vista microscopico e quello macroscopico. L'equazione fondamentale della calorimetria e il bilancio termico-energetico in un sistema isolato. Il calore specifico, la capacità termica.
- Scambi di calore tra corpi. termostati. La temperatura finale di equilibrio come media pesata delle temperature iniziali. Esempi ed esercizi di calorimetria. Cambiamenti di stato e calori latenti. Esempi ed esercizi di calorimetria.
- Esercizi di calorimetria con calori latenti. Termodinamica. Sistemi termodinamici: grandezze fisiche (P,V,T,N), equilibrio, equazione di stato. Trasformazioni in un sistema termodinamico. Le diverse trasformazioni: quasi-staticità, attriti e reversibilità.
- Lavoro delle forze di pressione in un sistema termodinamico. Cenno ai gas perfetti (equazione di stato). Lavoro e calore nelle trasformazioni cicliche. Equivalenza calore-lavoro. Cenni ai limiti imposti dal II principio. Primo principio della Termodinamica per trasformazioni arbitrarie tra stati di equilibrio. Conservazione dell'energia in un sistema in cui avvengano scambi termici: l'energia interna e il I principio.
- Parallelo con il caso meccanico. Macchine termiche dirette e inverse: diagramma dei flussi di calore e lavoro. Rendimenti delle macchine dirette e inverse. Enunciato del II principio della Termodinamica: Kelvin e Clausius. Conseguenze del II principio sui rendimenti delle macchine termiche.
- Disuguaglianza di Clausius. Ancora sui rendimenti delle macchine termiche: la disuguaglianza fondamentale dei rendimenti (macchine reversibili e macchine reali). Proprietà universali delle macchine reversibili e scala termodinamica assoluta di temperatura. Macchine frigorifere reali e confronto con il frigorifero ideale.
- Elettrostatica. Carica elettrica, forza di Coulomb. Confronto tra forza elettrostatica e forza gravitazionale. Campo elettrico e linee di campo. Additività delle forze e dei campi elettrici.
- Lavoro della forza elettrostatica. Energia potenziale elettrostatica e potenziale elettrostatico. Accelerazione di cariche in campo elettrico: il tubo catodico e lo spettrometro di massa; scariche elettriche (i fulmini e la rigidità dielettrica dei materiali). La corrente elettrica: la resistenza elettrica del materiale e la prima legge di Ohm. Meccanismi microscopici legati alle correnti elettroniche nei materiali. L'origine microscopica della resistenza elettrica. La seconda legge di Ohm. La potenza dissipata in un conduttore: effetto Joule. Resistenze in serie e in parallelo.
- Esercitazione Ancora su fulmini, scosse, riscaldamento mediante serpentina. Cenni di Magnetostatica. Fenomenologia del magnetismo. L'ipotesi delle correnti atomiche.
- Esercitazione. Forze su fili percorsi da correnti. Esempi di applicazione: il motore elettrico - principio di funzionamento. La dinamo: il generatore di corrente. La radiazione elettromagnetica. Campi variabili nel tempo. Onde elettromagnetiche nel vuoto: periodicità spaziale e temporale, la terna E,B,k. Lo spettro elettromagnetico, la finestra del visibile. Luce e fotoni. Energia dei fotoni e frequenza/lunghezza d'onda. Differenti frequenze eccitano diversi gradi di libertà nella materia: IR, Vis, UV.
- Onde elettromagnetiche. Spettro della radiazione elettromagnetica: IR, Vis, UV. Assorbimento della radiazione nella materia: assorbanza e coefficiente di assorbimento. La spettroscopia di assorbimento nell'UV-Visibile. La fotosintesi clorofilliana.