Corsi di laurea in Ingegneria Elettronica e delle Telecomunicazioni

(prof. Arnaldo Uguzzoni}

Programma del corso:

1) Introduzione alla Fisica.

Il metodo scientifico, definizione operativa delle grandezze fisiche. Concetti di spazio e tempo. Sistemi di riferimento.

2) Elementi di calcolo vettoriale.

Definizione di vettore. Operazioni con vettori: somma ,differenza, prodotti scalare, vettoriale e misto. I versori. Rappresentazione cartesiana dei vettori e leggi di trasformazione. Derivazione di vettori. La derivata di un versore. Integrazione di vettori. Vettori applicati. Momento di un vettore rispetto ad un punto e rispetto ad un asse. Campi scalari e vettoriali. Gradiente di un campo scalare. Rotore di un campo vettoriale.

3) Cinematica.

Punto materiale. Posizione e sistema di riferimento: coordinate cartesiane, cilindriche e polari. Il moto del punto materiale: continuità del

moto e traiettoria; equazioni parametriche della traiettoria, equazione oraria.

Velocità vettoriale media e velocità istantanea. Accelerazione vettoriale.

Componenti cartesiane, polari e intrinseche di velocità e accelerazione. Problemi di cinematica del punto: problema diretto e problema inverso.

Moti rettilinei e piani. Il moto armonico, il moto circolare, il moto parabolico dei proiettili. Moti centrali. Cenni di cinematica dei corpi rigidi: moto traslatorio, moto rotatorio assiale. Moto di rototraslazione.

La relatività del moto. Sistemi di riferimento in moto relativo. Leggi di trasformazione delle velocità e delle accelerazioni. Accelerazione di Coriolis.

4) Dinamica.

Concetto di forza. Forza peso. Misura statica delle forze. Natura vettoriale

delle forze. Principio di inerzia. Sistemi di riferimento inerziali. Forza ed accelerazione. Massa inerziale e massa gravitazionale. Indipendenza delle azioni simultanee. Secondo principio della dinamica. Misura dinamica di forze.

Le leggi delle forze: cenni alle interazioni fondamentali. Forze elastiche. Forze di attrito. Reazioni vincolari. Le forze newtoniane: principio di azione e reazione.

Quantità di moto e momento della quantità di moto (momento angolare). Impulso di una forza e momento dell'impulso di una forza. Teorema dell'impulso e della quantità di moto; teorema del momento della quantità di moto. Studio di problemi unidimensionali di dinamica del punto. Il pendolo semplice. L'oscillatore armonico.

Principio di relatività. Covarianza delle leggi della meccanica newtoniana

per trasformazioni di Galileo fra sistemi di riferimento inerziali.

La dinamica nei sistemi di riferimento non inerziali; forze inerziali:

di trascinamento, centrifughe e di Coriolis. Effetti del carattere non

inerziale dei riferimenti terrestri. Il peso apparente.

Concetto di lavoro. Lavoro ed energia. Energia cinetica di un punto materiale.

Il teorema delle forze vive. Campi di forze conservativi: energia potenziale

E conservazione dell'energia meccanica. Il sistema massa-molla. Forze non

conservative ed energia meccanica. Leggi di Keplero e legge della gravitazione

universale. Il campo gravitazionale terrestre. Velocità di fuga. Moto circolare di satelliti della terra. Il problema dei due corpi. Moto di un punto materiale in campi di forza centrali: conservazione dell'energia e del momento angolare ; il potenziale efficace e le caratteristiche del moto. Le orbite coniche dei pianeti.

5) La dinamica dei sistemi di punti materiali.

Terzo principio della dinamica: conservazione della quantità di moto totale e del momento angolare totale di un sistema isolato. Equazioni cardinali della dinamica dei sistemi. Centro di massa e sue proprietà. Il sistema di riferimento del centro di massa. Teoremi di Koenig per il momento angolare e per l'energia cinetica. Il teorema delle forze vive per i sistemi di punti. Forze conservative ed energia meccanica dei sistemi. Il principio di conservazione dell'energia. Alcuni problemi di dinamica dei sistemi: sistemi a massa variabile e l'equazione del razzo; urti fra punti materiali e leggi di conservazione.

Elementi di meccanica dei sistemi rigidi. Sistemi equivalenti di forze. Il centro di un sistema di forze parallele. Cenni alla statica di sistemi rigidi in riferimenti inerziali e non inerziali. Dinamica dei corpi rigidi girevoli attorno ad un asse fisso. Momento angolare e momenti di inerzia. Teorema di Huyghens Steiner. Energia cinetica e il teorema di Koenig per i corpi rigidi. Pendolo fisico. La dinamica delrotolamento puro su un piano: il ruolo dell'attrito.Cenni a problemi d'urto fra sistemi rigidi.

6) Termodinamica.

La descrizione termodinamica dei sistemi: le coordinate termodinamiche. Equilibrio termico e principio zero della termodinamica: la temperatura, definizione operativa e misura. I termometri; temperatura del termometro a gas ideale. Stati di equilibrio termodinamico ed equazioni di stato. I sistemi PVT. Leggi sperimentali per i gas: l'equazione di stato dei gas ideali e dei gas reali. Cenni di teoria cinetica dei gas: interpretazione microscopica della pressione e della temperatura.

Lavoro termodinamico. Trasformazioni quasi statiche e lavoro. Diagrammmi pV. Lavoro e calore. Lavoro adiabatico ed energia interna. La conservazione dell'energia e il primo principio della termodinamica.

Capacità termiche e calori specifici. I serbatoi di calore. Energia interna e dipendenza dalle coordinate termodinamiche; esperienza di Joule ed energia interna dei gas ideali. I calori specifici dei gas ideali. La relazione di Mayer. Trasformazioni quasi statiche dei gas ideali: le leggi di Poisson per le trasformazioni adiabatiche. Il ciclo di Carnot.

Conversione di calore in lavoro e viceversa. Le macchine termiche. Il secondo principio della termodinamica: enunciato di Kelvin. Le macchine frigorifere. Enunciato di Clausius. Equivalenza degli enunciati del secondo principio.

Trasformazioni reversibili ed irreversibili. Il teorema di Carnot e corollari.

La temperatura termodinamica assoluta.

Teorema di Clausius. Concetto di entropia. Entropia di un gas ideale. Diagrammi TS. Entropia, reversibilità e irreversibilità. Principio dell'aumento dell'entropia. Entropia ed energia inutilizzabile. Cenni all'interpretazione statistica dell'entropia.

Una prova scritta e una prova orale: l'ammissione alla prova orale

è condizionata dal superamento della prova scritta.

Testi consigliati:

Tutti gli argomenti del programma sono completamente trattati nel testo:

Per la preparazione alla prova scritta si consiglia di utilizzare anche un testo di esercizi e problemi risolti. Si segnalano in particolare:

Bruno D'Agostino Fiandri : Esercizi di Fisica 1 (Clueb);

Rosati Casali : Esercizi di Fisica generale 1 (CEA)