Fisica I

CORSO DI LAUREA IN CHIMICA INDUSTRIALEProgramma di FISICA IProf. Giuseppe POLITI0) IntroduzioneIl metodo scientifico in Fisica. Leggi e principi.Definizione operativa di una grandezza fisica; grandezze fisiche fondamentali e derivate, dirette eindirette; analisi dimensionale delle grandezze fisiche; le tre grandezze fisiche fondamentali inMeccanica: massa, spazio e tempo.La misura: misurazione diretta e indiretta; unita’ di misura, multipli e sottomultipli, sistemi di unitàdi misura (Sistema Internazionale, Sistema CGS, Sistema Pratico e Sistema britannico ).Notazione scientifica, cifre significative e arrotondamento.1) Calcolo vettorialeGrandezza scalare e grandezza vettoriale. I vettori come segmenti orientati; modulo, direzione everso; vettori liberi e applicati.Operazioni con i vettori: somma, differenza, prodotto di un vettore per uno scalare, prodotto edivisione; prodotto scalare, prodotto vettoriale e loro proprietà.Versori. Scomposizione di un vettore, rappresentazione cartesiana del vettore; coseni direttori.Derivata di un versore, derivata di un vettore.2) Cinematica del punto materialeLa schematizzazione di punto materiale.Sistemi di riferimento: il sistema di coordinate cartesiano, ascissa curvilinea, il sistema dicoordinate intrinseche.Legge oraria e traiettoria, diagramma orario. Posizione di un punto in 3 dimensioni; velocità:velocità media e istantanea; accelerazione: accelerazione media e istantanea; rappresentazioneintrinseca di velocità e accelerazione.Classificazione dei moti. Il problema inverso della cinematica.Moto rettilineo uniforme. Moto rettilineo uniformemente accelerato.Moto del grave: in caduta libera, con velocità iniziale non nulla.Moto del proiettile: legge di composizione dei movimenti, traiettoria, altezza massima, gittata,tempo di volo, velocità al suolo; moto del proiettile con velocità iniziale orizzontale.Moto circolare uniforme, moto circolare uniformemente accelerato: velocità angolare eaccelerazione angolare , accelerazione centripeta e tangenziale.Moto periodico: periodo, pulsazione e frequenza.Moto armonico semplice: caratteristiche, legge oraria e diagramma orario, ampiezza, pulsazionepropria, fase e fase iniziale , andamenti della velocità e dell’accelerazione.Esercitazioni di Cinematica3) Dinamica del punto materialeLa grandezza fisica forza: definizione operativa statica e dinamica, il dinamometro.Sistemi di riferimento inerziali.I principi fondamentali della dinamica del punto materiale: il Principio Zero o di relatività di G.Galilei; il I Principio della dinamica o Principio di inerzia; il II Principio della dinamica o Legge diNewton, il III Principio della dinamica o Principio di azione e reazione.Massa inerziale e massa gravitazionale.Le leggi delle forze.Forze costanti: la forza peso, la forza di attrito: reazione vincolare normale, attrito statico edinamico.Il piano inclinato liscio e scabro. Tensioni e vincoli: fili e carrucole; la macchina diAtwood. Il pendolo semplice: isocronismo in regime di piccole oscillazioni. Il pendolo conico.

Forze dipendenti dalla posizione: la forza elastica; molle ideali, molle in serie e in parallelo.Forze che dipendono dalla velocità: forza di resistenza del mezzo, velocità limite; moto di un gravein aria.Quantità di moto per un punto materiale. Momento di una forza. Momento angolare o della quantitàdi moto.Esercitazioni di Dinamica del punto materiale4) Lavoro ed energiaLavoro di una forza. Forze conservative e dissipative.Campi di forze e lavoro: forza peso e lavoro, forza elastica e lavoro, forza di attrito dinamico elavoro, forza di resistenza del mezzo e lavoro.Energia cinetica.Teorema delle Forze vive o Teorema dell’energia cinetica.Funzione ed energia potenziale; potenziale della forza peso, potenziale della forza elastica; superficiequipotenziali.Energia meccanica: energia meccanica per un grave nel vuoto, energia meccanica per una molla nelvuoto, energia meccanica del pendolo semplice.Conservazione dell’energia meccanica.5) OscillazioniL’oscillatore armonico nel vuoto: dalla Legge di Newton all’equazione del moto e sua risoluzione;Pulsazione propria e periodo.Caratteristiche del moto dell’oscillatore armonico: la legge oraria, andamenti di velocità eaccelerazione. Determinazione di ampiezza e fase iniziale imponendo le condizioni iniziali.Oscillatore armonico in presenza di forza peso e in presenza di attrito.L’oscillatore armonico in presenza di un mezzo ovvero l’oscillatore armonico smorzato: motosovra-smorzato o super-critico, moto smorzato o critico, moto sotto-smorzato o sotto-critico.L’oscillatore armonico forzato: il fenomeno della risonanza.Energia dell’oscillatore armonico.6) Gravitazione universaleLe leggi di Keplero; dimostrazione della II Legge di Keplero; dimostrazione della III legge diKeplero; eccentricità delle orbite.La Legge di Gravitazione Universale.Funzione ed energia potenziale per il campo di forze gravitazionale.Energia meccanica per un punto materiale in un campo di forze gravitazionale, velocità di fuga.Il potenziale efficace e orbite nel campo gravitazionale.7) Dinamica dei sistemi di punti materialiI sistemi di punti materiali: modellizzazione discreta e continua.Centro di massa di un sistema di punti materiali e calcolo in casi notevoli.Densità di massa lineare, superficiale e volumetrica. Forze interne, forze esterne.Quantità di moto totale di un sistema di punti materiali.Momento totale delle forze esterne per un sistema di punti materiali.Momento angolare totale per un sistema di punti materiali.Energia cinetica per un sistema di punti materiali.Equazioni cardinali del moto di un sistema: I equazione cardinale, II equazione cardinale.Principio di conservazione della quantità di moto totale e del momento angolare totale per unsistema.Il III Principio della dinamica o di azione e reazione per un sistema di punti materiali.

I Teorema del centro di massa (con dimostrazione); II Teorema del centro di massa (condimostrazione). Teorema del momento angolare totale o I Teorema di Konig (con dimostrazione);teorema dell’energia cinetica totale o II Teorema di Konig (con dimostrazione).Energia meccanica e sua conservazione per un sistema di punti materiali: energia propria e energiainterna.8) Dinamica del corpo rigidoLa schematizzazione di corpo rigido. Gradi li libertà.Momento di inerzia, calcolo del momento di inerzia per casi notevoli.Teorema di Huygens-Steiner (con dimostrazione).Energia cinetica per un corpo rigido.Moto dei corpi rigidi: moto traslatorio; moto rotatorio: precessione del vettore momento angolaretotale, espressione del momento angolare assiale; moto roto-traslatorio: il puro rotolamento.Assi di simmetria, assi di inerzia, assi centrali.Rotazione di un corpo rigido attorno ad un asse fisso: equazione assiale del moto, conservazione delmomento angolare assiale.Il pendolo composto o pendolo fisico. La carrucola come corpo rigido.9) Fluidostatica e fluidodinamicaI fluidi:liquidi e aeriformi. La modellizzazione di fluido perfetto.Densità media e assoluta per un fluido, densità relativa.Pressione e unità di misura, sforzo di taglio.Equazione fondamentale della fluidostatica; la legge di Stevino; esperienza di Torricelli; il Principiodi Pascal; andamento della pressione atmosferica con la quota; il principio di Archimede.Descrizione lagrangiana e euleriana per fluidi in movimento. Regime stazionario.Linea di flusso, tubo di flusso.Equazione di continuità per i fluidi in movimento: la portata.Teorema di Bernoulli (con dimostrazione).Testi consigliati:R. Davidson“Metodi matematici per un corso introduttivo di Fisica” casa editrice EdiSES;S.Focardi, I.Massa, A.Uguzzoni :“Fisica Generale” II edizione, casa editrice Ambrosiana;Volume 1: Meccanica,Volume 2 : Termodinamica e FluidiGiancoli“Fisica 1” II edizione, casa editrice AmbrosianaP.Mazzoldi, M. Nigro, C. Voci:“Elementi di Fisica”Meccanica e Termodinamica, II edizione, casa editrice EdiSES;R. Bellotti, G.E.Bruno, G.Florio, N.Manna“Esercizi di Fisica”Meccanica e Termodinamica, casa editrice Ambrosiana