ProgrammaCORSO DI LAUREA IN CHIMICA
CORSO DI FISICA I e LABORATORIO
Generalità
Il corso è articolato in lezioni arricchite da esercitazioni esemplificative. Il docente sarà a disposizione degli studenti nelle ore di ricevimento previste per il tutoraggio, sia per dare chiarimenti sul programma svolto sia per affrontare eventuali difficoltà incontrate dallo studente nello studio della materia. Il docente, compatibilmente con gli impegni istituzionali, sarà disponibile anche al di fuori dell’orario ufficiale. Le esercitazioni sono parte integrante del corso. Gli studenti saranno chiamati a risolvere un numero minimo di esercizi che copriranno tutti gli argomenti trattati nelle lezioni. Questi esercizi sono in rete come materiale didattico e possono essere scaricati dagli studenti.
Programma del Corso
Cenni storici
Sviluppi del pensiero scientifico e delle teorie in fisica: prima di Galileo, Galileo e Newton, la relatività di Einstein e la teoria dei quanti.
Misure ed unità di misura nella fisica
Gli stati fisici. Le grandezze fisiche. Misura di una grandezza fisica. Unità di misura fondamentali e derivate. Principio di omogeneità delle grandezze in fisica e sue implicazioni. Principio di omogeneità e relazioni scientifiche: calcolo del periodo del pendolo semplice. Unità di lunghezza, massa e tempo. Sistemi di unità di misura.
Cinematica del punto materiale
Definizione di punto materiale. Osservatore e sistema di riferimento. Equazioni del moto: equazione vettoriale, equazioni parametriche ed equazione oraria. Definizione di spostamento, velocità ed accelerazione. Moto generale di un punto nello spazio: cerchio osculatore, accelerazione tangenziale, accelerazione normale. Studio di moti particolari: moto rettilineo uniforme, moto uniformemente vario, moto circolare.
Cinematica dei sistemi di particelle
Sistemi di particelle libere e vincolate. Gradi di libertà di un sistema di particelle. Definizione di corpo rigido e suoi gradi di libertà. Velocità ed accelerazione dei punti di un corpo rigido. Casi particolari: moto di traslazione e di rotazione pura, rotazione attorno ad un asse fisso.
Moti relativi
Moto di un punto materiale rispetto a due osservatori. Teorema di composizione delle velocità e delle accelerazioni. Accelerazione complementare. Equivalenza dei due osservatori rispetto a velocità ed accelerazione.
Dinamica del punto materiale
Proprietà dello spazio e del tempo nella meccanica classica. Limiti di validità della meccanica classica. Il principio di causalità. Concetto di forza. Il principio di Galileo e i sistemi di riferimento inerziali. La prima e la seconda legge di Newton: concetto di massa. La terza legge di Newton (legge di azione e reazione). Leggi di forza: forze gravitazionali e forza peso, forze coulombiane, forze elastiche (legge di Hooke), forze di attrito. Dinamica nei sistemi di riferimento non inerziali: le forze fittizie (forze centripeta, centrifuga e complementare). Relazione fra peso e massa.
Lavoro ed energia
Definizione di lavoro nel caso di forze e spostamenti costanti. Definizione di lavoro nel caso generale. Calcolo del lavoro nei casi di forza peso, forze elastiche, forze gravitazionali e coulombiane. Definizione di potenza. Teorema dell’energia cinetica. Definizione di energia potenziale e configurazionale. Forze conservative e non conservative. Teorema di conservazione dell’energia meccanica. Concetto di campo. Gli integrali primi del moto e il loro impiego nella soluzione del problema dinamico. Energia potenziale e moto qualitativo di una particella. Equilibrio stabile ed instabile. Energia potenziale vibrazionale di una molecola biatomica. Moto armonico ed anarmonico. Energia potenziale vibrazionale in approssimazione armonica: modello a molla. Il principio di conservazione dell’energia.
Dinamica dei sistemi a più particelle
Dinamica di un sistema qualsiasi di particelle. Riduzione del moto a quello del centro di massa del sistema: definizione di centro di massa. Calcolo del centro di massa. Considerazioni di simmetria per il calcolo del centro di massa. Definizione di quantità di moto per un sistema di particelle. Teorema del centro di massa. Teorema di conservazione della quantità di moto.
Forze dipendenti dal tempo
Moto di un punto soggetto a forze dipendenti dal tempo. Teorema dell’impulso. Urti elastici ed anelastici: calcolo e discussione dei risultati negli urti ad una dimensione. Urti in due dimensioni.
Dinamica rotazionale
Definizione di momento di una forza. Definizione di momento angolare per una particella e per un sistema di particelle. Equazione del moto rotazionale. Considerazioni sulla scelta del polo. Teorema di conservazione del momento angolare. Calcolo del momento angolare e dell’energia cinetica per un sistema di particelle qualsiasi. Separazione dei moti traslazionale e rotazionale.
Corpi rigidi. Calcolo del momento angolare e dell’energia cinetica. Definizione di momento d’inerzia. Assi principali d’inerzia. Calcolo di momenti d’inerzia. Teorema degli assi paralleli. Equazione generale del moto rotazionale. Dinamica di un corpo rigido in rotazione attorno ad un asse fisso. Moto di un corpo rigido con asse di rotazione in moto traslatorio (caso della ruota). Moto di precessione. Equilibrio dei corpi rigidi.
Moti oscillatori
Equazione del moto di un oscillatore armonico in una dimensione. Soluzione dell’equazione. Considerazioni energetiche. Oscillazioni a due corpi: massa ridotta. Cenni sull'oscillatore armonico smorzato e oscillazioni forzate.
Gravitazione universale
Le forze newtoniane. Leggi di Keplero e loro dimostrazione. Energia potenziale gravitazionale.
Meccanica dei fluidi
Definizione di pressione. Principi di Archimede e di Pascal. Equazione di Bernoulli.
Laboratorio
Il laboratorio, considerato il numero di studenti, consiste di almeno due esperienze pratiche che saranno svolte presso i Laboratori Didattici del Dipartimento di Fisica. Le esperienze previste riguardano:
1. Misurazione dell'accelerazione di gravità mediante il pendolo semplice,
2. Misurazione del momento d'inerzia di un corpo solido mediante il pendolo di torsione.
Alla fine delle esperienze e comunque prima di sostenere l'esame orale, gli studenti dovranno presentare una relazione scritta sulle esperienze sostenute comprendente l'analisi statistica dei dati, che sarà considerata parte integrante dell'esame.
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0521-905555
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