Programma dell`A.A. 2015/16

Fisica generale - Ingegneria edile/architettura
Programma A.A. 2015/2016
1
Programma di Meccanica
Metodo sperimentale. Misura delle grandezze fisiche. Sistema Internazionale di unità di misura. Grandezze
fondamentali e derivate. Grandezze scalari e vettoriali.
Vettori. Operazioni con i vettori. Versori. Rappresentazione cartesiana dei vettori. Operazioni con i vettori
espressi in forma cartesiana. Vettori applicati e loro momenti.
1.1
Cinematica
Sistemi di riferimento. Tempo e sua misura. Lunghezze e loro misura. Posizione. Traiettoria. Equazione
oraria. Coordinate cartesiane, polari cilindriche e polari sferiche. Definizione di velocità e accelerazione.
Espressione intrinseca dell’accelerazione. Moto rettilineo uniforme e uniformemente accelerato. Moto circolare. Velocità angolare e accelerazione angolare. Moto armonico semplice. Velocità areolare. Moto dei
gravi. Moto curvilineo generale in un piano: velocità radiale e velocità trasversale.
Formule di Poisson della cinematica. Moti relativi: trasformazione della velocità e dell’accelerazione.
Vincoli e gradi di libertà. Definizione di corpo rigido. Cinematica del corpo rigido.
1.2
Statica
Quiete ed equilibrio. Definizione statica di forza. Misura statica di una forza. Regole della statica. Composizione di forze parallele. Centro di forza. Baricentro. Coppia di forze. Equazioni cardinali della
statica.
Vincoli ideali e reazioni vincolari. Esempi di vincoli ideali: appoggio, cerniera sferica, cerniera cilindrica.
Leva. Carrucola fissa. Carrucola mobile. Carrucola ideale.
1.3
Dinamica
Legge d’inerzia. Secondo principio della dinamica. Massa inerziale e sua misura. Definizione dinamica
di forza e sua misura. Quantità di moto. Terzo principio della dinamica: principio di azione e reazione.
Principio di conservazione della quantità di moto. Teorema dell’impulso.
Forza peso. Forza d’attrito radente. Forza di attrito viscoso. Forza elastica. Oscillatore armonico. Pendolo
semplice. Forza centripeta. Tensione dei fili. Sistemi di riferimento inerziali e non inerziali. Principio di
relatività galileiana. Forze apparenti. Forza centrifuga. Forza di Coriolis.
Momento della quantità di moto (momento angolare). Equazioni cardinali della dinamica. Teorema di
conservazione del momento angolare. Equivalenza tra principio di azione e reazione e conservazione della
quantità di moto e del momento angolare.
Forze centrali. Leggi di Keplero e legge della gravitazione universale. Esperimento di Cavendish. Massa
inerziale e massa gravitazionale. Campo gravitazionale.
Integrale di linea. Lavoro. Teorema delle forze vive. Energia cinetica. Potenza. Forze posizionali. Campi
di forze scalari e vettoriali. Linee di forza. Operatori gradiente, divergenza, rotore. Circuitazione e flusso di
un campo vettoriale. Teorema di Stokes. Forze conservative. Le quattro proprietà delle forze conservative.
Energia potenziale. Superfici equipotenziali. Energia meccanica. Principio di conservazione dell’energia
meccanica. Energia meccanica e forze non conservative. Velocità di fuga. Discussione dei grafici dell’energia
potenziale. Barriera centrifuga. Equilibrio stabile, instabile e indifferente.
Lavoro delle forze interne per sistemi di particelle. Energia di interazione. Energia propria. Definizione di
centro di massa e sua determinazione. I tre teoremi del centro di massa. Il sistema di riferimento del centro
di massa. Teorema di König per il momento angolare. Teorema di König per l’energia cinetica.
Urti tra corpi puntiformi. Pendolo balistico. Effetto fionda (cenni).
Momento angolare per un corpo rigido. Momento di inerzia e sua determinazione. Assi principali di
inerzia. Raggio giratore. Energia cinetica di rotazione. Teorema di Huygens-Steiner. Teorema degli assi
perpendicolari. Calcolo dei momenti di inerzia di: sbarretta sottile, anello, disco, cilindro, cilindro cavo,
sfera, guscio sferico, parallelepipedo rettangolo, cubo, lamina rettangolare, sbarretta cilindrica di raggio
finito. Legge del moto rotatorio di un corpo rigido. Pendolo composto. Pendolo reversibile. Pendolo di
torsione. Lavoro e potenza per il moto rotatorio. Carrucola reale. Moto di puro rotolamento. Teorema
dell’impulso angolare o dell’impulso del momento. Urti con corpi rigidi vincolati. Sollecitazioni ai supporti
per un corpo rigido con asse fisso. Giroscopio. Precessione. Nutazione (cenni). Esempi: precessione degli
equinozi, tenacia dell’asse giroscopico, bussola giroscopica, piattaforma inerziale. Trottola.
Oscillatore armonico: moto armonico semplice, smorzato e forzato. Risonanza.
2
Programma di Termodinamica
Stato termodinamico. Sistemi idrostatici. Pressione. Principio di solidificazione. Temperatura empirica.
Scale Celsius e Kelvin. Equilibrio termico. Equilibrio termodinamico. Equazione di stato. Equilibrio
termico reciproco. Conduttori e isolanti. Principio zero della termodinamica. Gas ideali. Termometro a
gas ideale. Trasformazioni quasi-statiche, reversibili e irreversibili. Lavoro. Trasformazioni isocore, isobare,
isoterme, cicliche.
Scambio di calore tra corpi. Capacità termica. Calore specifico. Calorimetro delle mescolanze. Cambiamenti
di fase e calori latenti. Calori specifici e molari a pressione costante e a volume costante.
Esperienza di Joule. Equivalenza calore-lavoro. Relazione calore-lavoro per trasformazioni cicliche. Primo
principio della termodinamica. Energia interna. Primo principio della termodinamica e conservazione
dell’energia. Moto perpetuo di prima specie. Secondo esperimento di Joule ed energia interna di un gas
ideale. Relazione di Mayer. Equazione delle adiabatiche reversibili. Esperienza di Clément e Desormes.
Macchine termiche. Rendimento. Secondo principio della termodinamica. Postulati di Kelvin e di Clausius.
Moto perpetuo di seconda specie. Ciclo di Carnot. Teorema di Carnot. Equivalenza tra le formulazioni
del secondo principio. Temperatura termodinamica assoluta. Teorema di Clausius. Entropia. Principio
dell’entropia. Degradazione dell’energia. Variabili e funzioni di stato intensive ed estensive. Diagramma
entropico. Entropia, disordine, irreversibilità e freccia del tempo. Relazione di Boltzmann. Terzo principio
della termodinamica.