Elenco lezioni e note del docente - Fisica I - A.A.2015/16
CdL in Fisica e in Matematica - Milano-Bicocca
L'elenco degli argomenti tratti è rispondente al corso del 2015/16.
Gli appunti possono contenere imprecisioni ed errori, fare riferimento ai testi
[by TTdF]
[Back]
I semestre - Meccanica
- 05-10-2015
- [Note] Informazioni generali
- [Note]: Leggi di
scala; esempio di ragionamento deduttivo (i mammiferi); leggi e
procedimenti della fisica;
- [Note]: Grandezze
fisiche, misura di una grandezza fisica, sistemi di unità di
misura, metrologia (cenni)
- 06-10-2015
- [Note]: Grandezze
scalari e vettoriali, rappresentazioni di un vettore, operazioni:
prodotto per uno scalare, vettore opposto, versore e
rappresentazione intrinseca, somma e differenza. Invarianza delle
relazioni vettoriali.
- [Note]: Cinematica
del punto, spazio, tempo e spostamento, velocità
(vettoriale), significato della velocità (caso
monodimensionale) e derivata di una funzione.
- 07-10-2015
- [Note]: Dalla
velocità alla legge oraria (caso monodimensionale) e
l'integrale di una funzione
[ solo <1 h di lezione per
comuncazioni del CCD di Fisica e dei rappresentanti degli studenti
(abbasso!)]
- 12-10-2015
- [Note]: Esempi di
derivate e integrali; l'accelerazione; moti notevoli in una
dimensione: rettilineo uniforme, uniformemente accelerato (esempio
del moto verticale e integrazione di v=v(x)), moto armonico
semplice. (2^ ora) Descrizione del moto in 2d e 3d: rappresentazione
in coordinate cartesiane; Il moto prabolico e esempi.
- 13-10-2015
- [Note]:
Rappresentazione intrinseca di un vettore e sua derivata; derivata
di un versore; velocità e accelerazione nel moto
piano. Accelerazione tangenziale e centripeta. Moti curvilinei, e
moto circolare, moto circolare uniforme, rappresentazione intrinseca
e cartesiana. Trasformazioni di coordinate; trasformazioni di
Galileo composizione delle velocità e delle accelerazioni per
osservatori in moto rettilineo uniforme.
- 14-10-2015
- [Esecizi]:
Discussione metodo di soluzione degli esercizi 1.1-1.10 da Mazzoldi
e di alcuni esercizi proposti;
- [Note]: Dinamica:
principio di inerzia e definizione di sistemi inerziali; II
principio della dinamica: definizione di massa e forza, significato
del II prinicipio della dinamica e introduzione alle leggi di
forza.
- 26-10-2015
- [Note]: Leggi di
forza. Esempi e soluzione del moto in casi notevoli: forza peso;
reazioni vincolari (forza normale, tensione di fili); leggi di
forza empiriche: forza elastica, forze di attrito (include attrito
viscoso non discusso a lezione).
- 27-10-2015 (completata il 28-10-2015)
- [Note]: Principio di
azione e reazione. Esempi di forze di azione e reazione.
- [Note]
Validità del II principio: prodotto vettoriale di vettori e
definizione vettoriale della velocit` 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'accelerazione di Coriolis. 'Forza centrifuga'
(apparente) e 'forza di Coriolis' (apparente). Esempi.
- [ Approfondimento sperimentale: misure di
accelerazioni con smartphone ]
- 02-11-2015
- [Note]:
Quantità di moto e terema dell'impulso. Lavoro della
forza, potenza, energia cinetica, teorema dell'energia cinetica. Il
lavoro della forza peso, Esempi e applicazioni.
- 03-11-2015
- [Note]:
Il lavoro della forza elastica e della forza di attrito. Forze
conservative e energia potenziale, calcolo dell'energia
potenziale. Energia meccanica e conservazione dell'energia
meccanica. Il caso di forze non conservative. Esempi.
- 09-11-2015
- [Note]:
Relazione tra forza e energia potenziale in 1D e 3D. Forze centrali
e energia potenziale. Punti di equilibrio stabile e instabile per
forze conservative. Moto attorno ai punti di equilibrio stabile.
- 10-11-2015
- [Note]:
L'oscillatore armonico semplice, e smorzato. Soluzioni del moto e
energia. [Intermezzo]
- 16-11-2015
- [Note]:
L'oscillatore armonico forzato, Soluzione del moto, ampiezza, fase
e potenza. La risonanza. Generalizzazione a forzanti somma di
sinusoidali (ossia scomposizione di Fourier).
- 23-11-2015
- 25-11-2015
- [Note]: Sistemi di punti
materiali, forze interne ed esterne, il centro di massa e il teorema
del centro di massa, quantita' di moto ed energia cinetica totale,
la conservazione della quantita' di moto, il sistema di riferimento
del centro di massa, quantita' di moto e energia cinetica nel CM (il
teorema di Keonig per l'energia cinetica) lavoro delle forze interne
ed esterne, forze conservative e non conservative, il teorema
dell'energia cinetica.
- 30-11-2015
- [Note]:
Urti tra due punti materiali, forze impulsive, descrizione nel sistema
del CdM e del laboratorio, classificazione degli urti, esempi di
urti elastici, anelastici, completamente anelastici e esplosivi.
- 01-12-2015
- [Note]: Il momento
della forza e il momento angolare; teorema del momento angolare per
il punto materiale e per sistemi di punti; poli notevoli;
conservazione del momento angolare e proprietà; teorema di Keonig
per il momento angolare.
- 14-12-2015
- [Note]: Corpo rigido,
definizione e proprietà. Moto di traslazione, moto di rotazione e
moto rototraslazione. Il momento angolare nel moto di rotazione
rigida attorno ad asse fisso (RRAF). Momento assiale e trasverso.
- 15-12-2015
- [Note]: Soluzioni
dell'equazione dinamica nel RRAF: a) Rotazione attorno all'asse di
simmetria, b) precessione con velocita` angolare costante, c) moto
generico. Esempi. Momento di inerzia, calcolo del mometo
di inerzia per geometrie notevoli, teorema dell'asse parallelo
(Huygens-Steiner)
- 21-12-2015
- [Note]: 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. Energia
cinetica nel moto di rotazione e di rotostraslazione. Il lavoro
della forza e del momento torcente e la variazione di energia
cinetica. Applicazioni al caso di rotolamento puro e impuro.
- 22-12-2015
- [Note]: Esempio di
moto di rotolamento puro (rotolamento sul piano inclinato) e impuro
(forza e momento impulsivo). Rotazione di un corpo rigido con punto e
moto di precessione; analogia con moto circolare uniforme. Cenni di
statica del corpo rigido (caso di forze complanari).
- 11-01-2016
- [Note]: Gravitazione,
leggi di Keplero, la legge di forza dalle leggi di Keplero,
conservazione di L. Verifiche della legge di gravitazione, massa
gravitazionale e massa inerziale
- 18-01-2016
- [Note]: Il problema
dei due corpi, massa ridotta, esempi; Energia potenziale
gravitazionale, Energia meccanica, cinetica e potenziale di corpi
orbitanti; esempi.
- 19-01-2016
- [Note]: Energia
potenizale e forza gravitazionale per corpi estesi (riferimento:
Halliday-Resnik): guscio sferico e punto; sfera omogenera e punto;
sfera a strati non omogenei (terra); coppia di sfere. Applicazioni:
orbite circolari entro/attorno a una distribuzione di massa omogenea
(sistemi corotanti, sistemi planetari, materia oscura); forze di
marea.
- 20-01-2016
- [Note]: Problema
generale del moto in presenza di forza centrale gravitazionale,
orbite chiuse (ellissi) e aperte. Relazioni tra momento angolare e
energia meccanica e parametri dell'orbita.
II semestre - Parte prima: Onde e Termodinamica
- 29-02-2016
- [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 di D'Alembert (Mazzoldi); linearità e
principio di sovrapposizione.
- 01-03-2016
- [Traccia]: Onde
acustiche nei solidi (nelle note della lezione successiva, ma svolto
in questa). 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 trasportata da
una corda e energia di una corda vibrante.
- 02-03-2016
- [Traccia]: Impedenza
acustica, riflessione e trasmissione. Onde di pressione nei fluidi
(Mazzoldi): definizione di pressione, equazione dinamica per onde di
pressione monoldimensionali (colonna d'aria), relazione tra
compressionelogitudinale e variazione di pressione; modi di
vibrazione in tubo aperto, chiuso e chiuso a due estremi.
[Esercizio: profilo della tromba - svolto negli appunti, non a
lezione]
- 07-03-2016
- [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. Esperimento di Joule; lavoro
adiabatico e energia interna;
- 08-03-2016
- [Traccia]:
Trasformazioni diatermiche e isocore: calore e energia
interna. Equivalenza di calore e lavoro; flusso di calore e verso
della temperatura; conservazione dell'energia (primo principio della
termodinamica); trasformazioni termodinamiche, adiabatiche, isocore,
isoterme [reversibili e cicliche]. Applicazioni del primo principio
a solidi e liquidi: capacità termica, calori specifici,
l'equilibrio termico. Trasformazioni isoterme, cambiamenti di fase e
calori latenti. Scambio di calore: convezione, conduzione,
irraggiamento ed esempi.
- 14-03-2016
- [Traccia]:
Leggi dei gas e quazione di stato dei gas perfetti, costante dei
gas; applicazioni; miscele e legge di Dalton. 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; Energia interna di un gas perfetto e
esperimento di Joule
- 15-03-2016
- [Traccia]:
Scambi di calore e calori specifici dei gas; calori Specifici molari
e relazione di Mayer; trasformazioni notevoli reversibili e
irreversibili dei gas perfetti (isocore, isobare, isoterme,
adiabatiche); applicazioni della trasformazione adiabatica.
- 22-03-2016
- [Traccia]:
Macchina termica e definizione di rendimento, macchina frogorifera
e coefficiente di prestazione; Esempi di cicli (reversibili) e
individuazione del "calore assorbito"; Formulazione del secondo
principio della termodinamica: postulati di Kelvin e Clausius ed
equivalenza; il ciclo di Carnot. Esercizio: ciclo di Carnot con gas
monoatomico e biatomico.
- 30-03-2016
- [Traccia]:
Sulla definizione di rendimento: discussione, differenze e scelta
della definizione appropriata. Esempi con cicli reversibili e
irreversibili. Teorema di Carnot (rendimento di macchine termiche a
due sorgenti); definizione di temperatura termodinamica assoluta;
estensione del teorema di Carnot a cicli frigoriferi (esempio della
pompa di calore)
- 04-04-2016
- [Traccia]:
Teorema di Clausius; Entropia; Proprietà dell'entropia e
uso in diagrammi (S,T) (per trasformazioni reversibili). Il caso
delle trasformazioni irreversibili; esempi: espnasione libera del
gas, e trasformazioni adiabatiche. Entropia di sistemi isolati e
formulazione del secondo principio in termini di entropia. Relazione
tra entropia e 'energia inutilizzata' in trasformazioni
irreversibili. Calcolo delle variazioni di entropia: sorgenti di
calore; riscaldamento/raffreddamento di un corpo, transizioni di
fase, trasformazioni del gas ideale [ultimo punto (in corsivo)
presente negli appunti, e nei testi, ma non svolto a lezione per
mancanza di tempo: verrà presentato e ampiamente impiegato a
esercitazione e fa parte del programma del corso]
- 11-04-2016
- [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; interpretazione microscopica dei
calori specifici molari; equilibrio termodinamico: relazione tra
energia cinetica e equilibrio termico; legge di Dalton.
- 12-04-2016
- [Traccia] Meccanica
statistica classica: la distribuzione delle velocita` di
Maxwell [dimostrazione
facoltativa], il fattore di Boltzmann derivazione e esempi. Moto
browniano, random-walk e diffusione; modello cinetico e entropia;
interpretazione statistica dell'entropia.
- 26-04-2016 Prova in initenere:
[Testo] e
[Soluzioni]
II semestre - Parte seconda: Meccanica dei fluidi e
relatività ristretta (solo CdL in Fisica)
Meccanica dei fluidi
[ Rif. Mazzoldi et al.; Halliday et al.;
S.Focardi et al. Fisica Generale - Casa Editrice Ambrosina ]
- 18-04-2015
- [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;
- 27-04-2015
[Traccia]: Legge di
Archimede e forze di volume reali (peso) e apparenti (centrifuga);
spinta di archimede sull'apneista; statica del galleggiamento,
baricentro, centro di galleggiamento e momento torcente; sistemi
galleggianti (cenni); Dinamica dei fluidi: definizioni, linee di
flusso e tubi di flusso; equazione di continuità e portata;
- 02-05-2015
[Traccia]:
Teorema di Bernoulli e applicazioni (negli appunti della lezione
precedente). Fluidi reali, resistenza idraulica, regimi di flusso;
potenza dissipata nei regimi di flusso; esempio: lavoro del cuore;
attrito viscoso e viscosità, misura della viscosità
(Legge di Stokes, cenni); velocità critica e numero di
Reynolds;
- 03-05-2015
[Traccia negli appunti della lezione
precedente]: Trasporto in regime laminare: profilo di velocità
in un condotto cilindrico, resistenza idraulica di un condotto
cilindrico (Eq. di Poiseuille); applicazioni (resistenze in serie
e parallelo, adattamento del sistema cardio-vascolare, resistenza
vasale e viscosità del sangue).
Relatività speciale
[Rif. R.Resnik, Introduzione alla relatività ristretta, CEA;
S.Focardi et al., cit; R. Feynman,The Feynman lectures on Physics,
Zanichelli ]
- 09-05-2015
[Traccia] Invarianza delle
leggi della meccanica in sistemi di riferimento inerziali (SRI),
principio di relatività); trasformazioni di Galileo: spazio e
tempo assoluti; fenomeni elettromagnetici e inconsistenze
sperimentali; esperimento di Michelson (cenni all'aberrazione
astronomica); la contrazione di Lorentz; principio di
relatività di Einstein, costanza della velocità della
luce; critica dei concetti di spazio e tempo assoluti: la
simultaneità
- 10-05-2015
[Traccia]:
L'orologio di Einstein: dilatazione dell'intervallo di tempo per SRI
in moto relativo e tempo proprio; invarianza della lunghezza
trasversa al moto; contrazione del regolo (longitudinale) e
lunghezza propria del regolo. Astronavi e cancelli galattici:
sitiazioni paradossali e necessità di trasformazioni di
coordinate spaziali e temporali e forma generale della
trosformazione.
- 11-05-2015
[Traccia]:
Trasformazioni di Lorentz; conseguenze delle trasformazioni di
Lorentz su intervalli di tempo e spazio, contrazione delle
lunghezze; relazione tra intervalli di tempo e intervalli di spazio,
non simultaneità in S` di eventi simultanei in S, per dx
diverso da zero; paradossi e soluzione; trasformazione della
velocità; esempi; non invarianza delle accelerazioni e
necessità di modifica delle leggi della meccanica.
- 16-05-2015
[Traccia]:
Invarianza delle leggi di conservazione; quantità di moto in
relatività; Energia cinetica relativistica (dall'invarianza
del teorema del energia cinetica); Energia totale, energia di riposo
(di massa) e energia cinetica; conservazione di energia, momento e
massa nell'urto; esempio dell'urto completamente anelstico.
- 17-05-2015
[Traccia]
Generalizzazione e esempi di conversione massa-energia; relazione
relativistica tra quantità di moto, massa e energia (relazione
di dispersione); energia di particelle prive di massa ed esempi di
conversione massa-energia per particelle prive di massa.
- 23-05-2015
[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. Trasformazione di Lorentz del quadrimomento, esempi di
trasformazione dal sistema di riposo di un corpo (SRI comovente) al
sistema di laboratorio.
[ Fine delle lezioni frontali ]