Corso di Fisica I e Complementi di Fisica I - A.A.2013/14 - Laurea in Fisica - Milano-Bicocca

Docenti: TTdF e AG

Prove scritte in itinere

Prima prova: 18/11/2013 h 8.30 - Aula U2-01

Argomenti: cinematica e dinamica del punto materiale fino a lavoro, energia cinetica e potenziale.
Collegamento ad alcune prove scritte esemplari.
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Seconda prova: 22/01/2014 h 8.30 - Aula U2-01

Argomenti: Proprietà dei sistemi di punti, sistemi a due corpi: urti e gravitazione, corpo rigido
Collegamento a una prove scritta esemplare.

Terza prova: 16/04/2014 h 8.30 - Aula U2-01

Elenco lezioni e appunti - Fisica I

Gli appunti possono contenere imprecisioni ed errori, fare riferimento ai testi

I semestre

01-10-2013 [Traccia]: Leggi e procedimenti della fisica, grandezze fisiche, misura di una grandezza fisica, sistemi di unita di misura, metrologia.
02-10-2013 [Traccia]: Grandezze scalari e vettoriali, rappresentazioni di un vettore, operazioni: prodotto per uno scalare, vettore opposto, versore e rappresentazione intrinseca, somma e differenza. Cinematica del punto, spazio, tempo e spostamento, velocità (vettoriale), significato della velocità (caso monodimensionale) e derivata di una funzione.
07-10-2013 [Traccia]: Dalla velocità alla legge oraria (caso monodimensionale) e l'integrale di una funzione; esempi di derivate e integrali; l'accelerazione; moti notevoli in una dimensione (rettilineo uniforme, uniformemente accelerato, moto armonico semplice); descrizione del moto in 2d e 3d, invarianza delle relazioni vettoriali e rappresentazione cartesiana del moto.
08-10-2013 [Traccia]: Rappresentazione intrinseca per i moti in 2d e 3d, derivata di un vettore, componente tangenziale e normale; velocià e accelerazione nel moto piano (rappresentazione intrinseca e polare), il moto circolare uniforme, relazione tra moto circolare uniforme e moto armonico semplice. Trasformazioni di coordinate e trasformazioni di Galileo (Attenzione, le ultime due pagine degli appunti hanno ordine invertito).
09-10-2013 [Traccia (posticci e incompleti)]: Dinamica: principio di inerzia e definizione di sistemi inerziali; II principio della dinamica: definizione di massa e forza, significato del II prinicipio della dinamica (leggi di forza) e validità, forma integrale del II principio: quantità di moto, impulso della forza e teorema dell'impulso; il III principio della dinamica.
15-10-2013 [Traccia]: Esempi di forze e soluzione del moto in casi notevoli: reazioni vincolari, forza normale, tensione di fili; leggi di forza empiriche: forza peso, forza elestica, forza di attrito radente e forza di attrito viscoso. Il moto del pendolo, la molla, il piano inclinato, trasporto in un mezzo viscoso (attrito viscoso non fatto, si recupererà)
16-10-2013 [Traccia]: Prodotti di vettori, scalare e vettoriale. Definizione vettoriale della velocità angolare. Derivata temporale di un vettore in moto di precessione. Legge della dinamica in sistemi non inerziali e forze apparenti. Teoremi delle velocità e delle accelerazioni relative. Significato delle accelerazoni relative: accelerazione di trascinamento e termine centrifugo, l'amata accelerazione di Coriolis. 'Forza centrifuga' (apparente) e 'forza di Coriolis' (apparente). Esempi.
[Approfondimento sperimentale per gli interessati: misure di accelerazioni con smartphone]
21-10-2013 [Traccia]: Lavoro della forza, energia cinetica, teorema dell'energia cinetica. Il lavoro della forza peso, della forza elastica e della forza di attrito (recuperato attrito viscoso). Esempi e applicazioni.
28-10-2013 [Traccia]: Forze conservative e energia potenziale, calcolo dell'energia potenziale. Energia meccanica e conservazione dell'energia meccanica. Il caso di forze non conservative. Esempi.
04-11-2013 [Traccia]: Legame tra forza e energia potenziale in 1d e 3d. Esempi e il caso di forze centrali. Condizioni di equilibrio, equilibrio stabile e instabile. Moto nell'intorno di un punto di equilibrio stabile (armonico semplice).
05-11-2013 [Traccia]: L'oscillatore armonico semplice, smorzato e forzato. [Intermezzo]
11-11-2013 [già coperto negli appunti della lezione precedente]: La potenza dissipata (assorbita) dall'oscillatore armonico smorzato (forzato). Generalizzazione a forzanti non sinusoidali: la scompozione di Fourier. Riepilogo. Soluzione di un esempio di prova in itinere
19-11-2013 [Traccia]: Sistemi di punti materiali, forze interne ed esterne, quantita' di moto ed energia cinetica totale, il centro di massa e il teorema del centro di massa, la conservazione della quantita' di moto, lavoro delle forze interne ed esterne, forze conservative e non conservative, il teorema dell'energia cinetica, il teorema di Keonig per l'energia cinetica.
25-11-2013 [Traccia]: Urti tra due punti materiali, descrizione nel sistema del CdM e del laboratorio, classificazione degli urti, esempi di urti elastici e (completamente) anelastici.
26-11-2013 [Traccia]: Il momento della forza e il momento angolare; teorema del momento angolare per il punto materiale e per sistemi di punti; conservazione del momento angolare e proprietà teorema di Keonig per il momento angolare.
02-12-2013 [Traccia]: Gravitazione: cenni storici; le leggi di Keplero e la legge di gravitazione universale di Newton, nel riferimento inerziale del sole; generalizzazione per generico sistema a due corpi; massa ridotta.
03-12-2013 [Traccia]: Alcune proprietà generali delle forze centrali (sistema dei due corpi): conservazione del momento angolare e seconda legge di Keplero; energia potenziale gravitazionale per coppie di masse puntiformi; esempi. Forza gravitazionale per corpi estesi.
16-12-2013 [Traccia]: Energia potenizale e forza gravitazionale per corpi estesi: guscio sferico e punto; sfera omogenera e punto (alla Halliday-Resnik); sfera a gusci (terra); coppia di sfere. Applicazioni: orbite circolari entro/attorno a una distribuzione di massa omogenea (sistemi corotanti, sistemi planetari, materia oscura); forze di marea (nella lezione successiva)
17-12-2013 [Traccia]: Orbite
09-12-2013 Corpo rigido, definizioni, proprietà e moto - Parte I - Lezione di A. Ghezzi
10-12-2013 Corpo rigido, definizioni, proprietà e moto - Parte II - Lezione di A. Ghezzi
07-01-2014 [Traccia]: Richiami sulla dinamica del corpo rigido. Esempi notevoli di moti rotazionali: il pendolo fisico e il pendolo reversibile di Kater; il moto di puro rotolamento sotto l'azione di una forza e di un momento. Il lavoro della forza e del momento torcente e la variazione di energia cinetica nel moto di rotolamento.
13-01-2014 [Traccia]: Esempio di moto di rotolamento puro e impuro. Giroscopio (CR con punto fisso) e moto di precessione; analogia con moto circolare uniforme. Cenni di statica del corpo rigido (caso di forze complanari) e all'elasticità dei materiali.

II semestre

03-03-2014 [Traccia]: Onde meccaniche (Rif.: Halliday-Resnick-Krane); rappresentazione funzionale di un'onda e proprietà in mezzi non dispersivi e non dissipativi; onde sinusoidali; Analisi dinamica della corda tesa; equazione d'onda; linearità e principio di sovrapposizione.
04-03-2014 [Traccia]: Soluzione generale dell'equazione d'onda; soluzioni particolari per corda vincolata a un estremo: onda impulsiva e onda stazionaria (sinusoidale e periodica); modi di vibrazione di una corda vincolata ai due estremi; corda aperta. Potenza e energia di una corda.
05-03-2014 [Traccia]: Onde acustiche nei solidi. Impedenza acustica, riflessione e trasmissione. Onde di pressione nei fluidi: definizione di pressione, equazione dinamica per onde di pressione monoldimensionali (colonna d'aria), relazione tra compressine logitudinale e variazione di pressione; modi di vibrazione in tubo aperto, chiuso e chiuso a due estremi.
17-03-2014 [Traccia]: Sistemi termodinamici, variabili termodinamiche, intensive ed estensive; condizioni di equilibrio e variabili di stato; scambi di energia, lavoro e equilibrio meccanico; contatto termico, equilibrio termico e principio zero; sostanze e caratteristiche termometriche; definizione operatiava di temperatura; la temperatura del termometro a gas ideale a volume costante.
18-03-2014 [Traccia]: Esperimento di Joule; scambi termici; energia interna; calore e equivalenza di calore energia; flusso di calore e verso della temperatura; conservazione dell'energia (primo principio della termodinamica); trasformazioni termodinamiche, reversibili e cicliche. Leggi dei gas e quazione di stato dei gas perfetti, costante dei gas; applicazioni; miscele e legge di Dalton; gas reali.
19-03-2014 [Traccia]: Capacità termica, calori specifici, il calorimetro e l'equilibrio termico; cambiamenti di fase e calori latenti; scambio di calore: convezione, conduzione, irraggiamento ed esempi.
24-03-2014 [Traccia]: Applicazioni del primo pricipio ai gas perfetti; Rappresentazioni nel piano di Clapeyron per sistemi idrostatici: f(p,V,T)=0; Lavoro nelle trasformazioni reverisibili e irreversibili; scambi di calore e calorispecifici dei gas; Energia interna di un gas perfetto e esperimento di Joule; calori specifici molari e relazione di Mayer; trasformazioni reversibili dei gas perfetti; applicazioni della trasformazione adiabatica.
25-03-2014 [Traccia] (solo un'ora di lezione): Macchina termica e definizione di rendimento; Secondo principio della termodinamica: postulati di Kelvin e Clausius ed equivalenza; il ciclo di Carnot.
26-03-2014 [Traccia]: Conseguenze del secondo pricipio della termodinamica: rendimento delle macchine termiche reversibili e irreversibili (teorema di Carnot); definizione di temperatura termodinamica assoluta e equivalenza con temperatura del termometro a gas ideale a volume costante; Teorema di Clausius; Entropia; Formulazione del secondo principio in termini di entropia; esempi e relazione tra entropia e 'energia inutilizzata' in trasformazioni irreversibili;
01/02-03-2014 Durante lo svolgimento di esercitazioni si sono estesi alcuni risultati sull'entropia: piano (S,T) e uso dell'entropia nel calcolo del calore scambiato (vedi traccia della lezione del 26-03-2014; dervazione delle espressioni per la variazione di entropia per trasformazioni isocora, isobara, isoterma e adiabatica reversibile di un gas; Energia inutilizzata in macchine con più di due sorgenti; ciclo frigorifero e coefficiente di prestazione
07-04-2014 [Traccia]: Modello cinetico del gas, calcolo della pressione di un gas ideale monoatomico e relazione con l'energia cinetica, relazione tra energia cinetica e temperatura; relazione tra energia cinetica e equilibrio termico; calori specifici molecolari e teoria cinetica; alcuni esempi (dipendenza della densita' dalla quota e dall'energia potenziale).
08/09-04-2014 [Traccia]: Durante le esrcitazioni alcuni approfondimenti: moto browniano, random-walk e diffusione; modello cinetico e entropia; interpretazione statistica dell'entropia.
Elenco lezioni e appunti - Complementi di Fisica I
Gli appunti possono contenere imprecisioni ed errori, fare riferimento ai testi (per la relatività speciale il Mazzoldi et al. è un po' scarno. Si può far riferimento a Focardi, Massa, Uguzzoni e Villa, Fisica Generale, CEA, per una trattazione che copre gli argomenti principali secondo un ordine consistente con le lezioni. Alcune dicussioni presentate a lezione sono tratte dal Feynman, che come al solito dà un'esposizione molto lucida)
28-04-2014 [Traccia]: Definizione di fluido, liquido e aeriforme, grandezze fisiche per la descrizione meccanica dei fluidi, densità e pressione; equilibrio statico in un fluido: pressione, forze di pressione e di volume; legge si Stevino e principio di Pascal; applicazioni; manometri e misure di pressione; fluidi sogetti a forze apparenti;
29-04-2014 [Traccia]: Legge di Archimede; Legge di Archimede e fore di volume (reali e apparenti); Correzione della forza di Archimede al peso; densimetro; spinta di archimede sull'apneista; Statica del galleggiamento, baricentro e centro di galleggiamento; sistemi galleggianti (cenni); galleggiamento e energia potenziale;
05-05-2014 [Traccia]: Dinamica dei fluidi: definizioni, linee di flusso e tubi di flusso; equazione di continuità e portata; Teorema di Bernoulli e applicazioni
06-05-2014 [Traccia]: Fluidi reali, resistenza idraulica; attrito viscoso e viscosità, profilo di velocità in un condotto cilindrico in regime laminare, resistenza idraulica di un condotto cilindrico (Eq. di Poiseuille); regime turbolento e numero di Reynolds; tensione superficiale e formula di Laplace con qualche applicazione
12-05-2014 [Traccia]: Invarianza delle leggi della meccanica in sistemi di riferimento inerziali (SRI) 9principio di relatività); trasformazioni di Galileo: spazio e tempo assoluti; inconsistenze sperimentali, esperimento di Michelson e aberrazione astronomica; principio di relatività di Einstein, costanza della velocità della luce; critica dei concetti di spazio e tempo assoluti: simultaneità; intervallo di tempo e tempo proprio, lunghezza dei regoli in diversi SRI;
13-05-2014 [Traccia]: Trasformazioni di Lorentz; trasformazione della velocità, esempi; non invarianza delle accelerazioni e necessità di modifica delle leggi della meccanica: quantità di moto e massa (negli appunti della lezione successiva)
19-05-2014 [Traccia]: Energia cinetica relativistica; Energia totale, energia di riposo (di massa) e energia cinetica; conservazione di energia, momento e massa nell'urto inelastico; generalizzazione e esempi di conversioni massa-energia; relazione tra quantità di moto, massa e energia; energia di particelle prive di massa;
20-05-2014 [Traccia]: Spazio-tempo e rappresentazione in 4D, il quadrivettore spazio-tempo, il quadrimomento (quadrivettore energia-quantità di moto), invarianti relativistici: intervallo, massa e massa invariante.

Ricevimento studenti:

Di norma luned� h 14.00-15.00 o mercoled� h 14.00-15.00, ma avvisare a lezione o per e-mail.

Testi consigliati

Mazzoldi, Nigro, Voci, Fisica 1, EdiSES (Meccanica e termodinamica)
Testo abbastanza schietto
Halliday, Resnick, Krane, Fisica 1, Ambrosiana
Un po' verboso, ma valido per meccanica
Feynman et al., The Feynman Lectures on Physics, vol. 1
Ottimo e chiaro, verboso, ma non noioso

Modalità d'esame

Prova scritta e prova orale.
La prova scritta può essere sostituita da quattro prove in itinere, due a semestre.
In questo caso la prova scritta si intende superata se risulteranno positive (sufficienti) 3/4 delle prove.
[tre prove in itinere per chi segue solo 12 crediti (matematici) con soglia di ammissione a 2/3.]