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    Paolo SILVESTRINI

    Insegnamento di FISICA

    Corso di laurea in SCIENZE E TECNICHE DELL'EDILIZIA

    SSD: FIS/01

    CFU: 6,00

    ORE PER UNITÀ DIDATTICA: 48,00

    Periodo di Erogazione: Secondo Semestre

    Italiano

    Lingua di insegnamento

    Italiano

    Contenuti

    1. Metodo Scientifico: considerazioni generali.
    2. Equazioni dimensionali. Unità di misura. Il Sistema Internazionale.
    3. Cinematica e vettori.
    4. Principi della dinamica del punto materiale.
    5. Lavoro ed energia.
    6. Risoluzione di esercizi sulla dinamica del punto materiale.
    7. Terzo principio della dinamica dei sistemi ed equazioni cardinali.
    8. Statica e dinamica di corpi rigidi.
    9. Primo principio della termodinamica.
    10 Secondo principio della termodinamica.
    11. Integrale di Clausius ed Entropia.

    Testi di riferimento

    C.Mencuccini e V.Silvestrini – Fisica : Meccanica e Termodinamica – Casa Editrice Ambrosiana

    M. Villa, A. Uguzzoni, M.Sioli- Esercizi di Fisica: Volume 1, Meccanica , come risolvere problemi- Casa Editrice Ambrosiana.

    Da consultare eventualmente anche: Paul A. Tipler, Gene Mosca - Corso di Fisica ( Volume 1 - Meccanica Onde Termodinamica) - Zanichelli Editore

    Obiettivi formativi

    Acquisire conoscenze teoriche di base di meccanica classica e dei principi della termodinamica; familiarizzare con il metodo scientifico di indagine, con la metodologia di misura scientifica e di analisi dei dati sperimentali, con la rappresentazione e l’analisi delle leggi fisiche, la modellizzazione di fenomeni della fisica classica. Acquisizione di competenze e metodologia di risoluzione di esercizi in : Cinematica; Meccanica del punto materiale; Meccanica dei sistemi materiali; Corpi rigidi; Termodinamica. Si considera essenziale per il superamento dell'esame la corretta conoscenza e enunciazione dei tre principi della dinamica, dei due principi della termodinamica, una ottima conoscenza del concetto di energia e dei teoremi ad esso collegati, nonché le loro applicazioni alla risoluzione di problemi.

    Prerequisiti

    Buone conoscenze della matematica dei programmi delle scuole medie superiori: equazioni e dissertazioni di primo e secondo grado, trigonometria, sistemi di equazioni. Elementi essenziali del calcolo differenziale. I concetti di derivata e di integrale e le loro applicazioni alla Fisica verranno comunque discussi sinteticamente durante il corso.

    Metodologie didattiche

    Lezioni frontali di teoria. Esercitazioni per la soluzione di esercizi. Sostegno per la presentazione delle tesine. Esempi semplici di misura e di analisi dati.

    Metodi di valutazione

    Prova scritta e orale. La prova scritta è costituita da 4 esercizi da svolgersi in due ore; alla prova scritta verrà dato un giudizio di merito (insufficiente, sufficiente, buono, distinto ottimo). Il voto finale sarà determinato dalla prova orale, a cui potrà accedere solo lo studente che supera lo scritto con almeno sufficiente. Essa è costituita da una discussione degli esercizi e da una discussione degli argomenti teorici trattati nel corso come da programma. Nella prova orale lo studente dovrà mostrare capacità di collegamenti critici, capacità di sintesi, qualità dell’organizzazione del discorso e dell’esposizione, uso del lessico specialistico, nonché capacità di approfondimenti. Le prove intercorso sono scritte, si svolgeranno ogni mese e sono costituite da quattro esercizi da svolgersi in due ore. E' prevista inoltre una prova intercorso consistente in una tesina per gruppi di studenti e da una dissertazione individuale sulla stessa. Chi supera almeno tre prove intercorso sarà ammesso all'orale con un giudizio, mentre il voto finale sarà determinato da una prova orale di conferma su tutto il programma.

    Altre informazioni

    E' previsto un tutor a sostegno degli studenti.

    Programma del corso

    1. Metodo Scientifico: considerazioni generali.
    2. Grandezze fisiche e loro definizione operativa.
    3. Dimensioni fisiche. Grandezze fondamentali e grandezze derivate.
    4. Equazioni dimensionali. Unità di misura. Il Sistema Internazionale.
    5. Cambiamenti di unità di misura. Strumenti di misura.
    6. Errori di sensibilità. Errori sistematici. Cifre significative. Misure dirette e indirette.
    7. Propagazione degli errori massimi. Errori assoluti e relativi. Rappresentazione dei dati. Ordini di grandezza.
    8. Considerazioni generali e definizione operativa di grandezze fisiche. Sistemi di unità di misura ed equazioni dimensionali
    9. Panoramica storica: i contributi di Galileo e Newton
    10. La grandezza fisica tempo e lo spazio. Legge oraria.
    11. Rappresentazione grafica, tabulare ed analitica di una legge oraria.
    12. Cinematica e vettori. La posizione: definizione vettoriale.
    13. Considerazioni generali sui vettori ed invarianza di leggi fisiche. Operazioni con i vettori: somma, prodotto scalare e vettoriale. Rappresentazione polare di un vettore.
    14. Concetto di derivata. Velocità ed accelerazione media ed istantanea.
    15. Moto su un piano inclinato
    16. Moto del proiettile
    17. Derivata di un vettore.
    18. Accelerazione tangenziale e centripeta. Moto circolare
    19. Moto armonico.
    20. Principi della dinamica del punto materiale. Considerazioni storiche.
    21. Principio di relatività. Principio d’inerzia. Forza e accelerazione. Esperimenti su un piano inclinato
    22. Massa inerziale e massa gravitazionale.
    23. Forza gravitazionale.
    24. Misura dinamica di forza e secondo principio. Esempi
    25. Le leggi delle forze e secondo principio. Esempi
    26. Trasformazioni tra sistemi di riferimento in moto qualunque l’uno rispetto all’altro.
    27. Forze apparenti. Forza centrifuga e forza di Coriolis
    28. Impulso e quantità di moto. Esempi.
    29. Momento angolare e momento della forza. Conservazione del momento angolare. Esempi
    30. Concetto di integrale. Lavoro di una forza.
    31. Lavoro di una forza e teorema dell’energia cinetica. Esempi
    32. Definizione di una forza conservativa e teorema della conservazione dell’energia meccanica. Esempi
    33. Concetto di equazione differenziale: moto del pendolo semplice.
    34. Attrito statico e dinamico
    35. Moto in presenza di attrito viscoso: moto del paracadutista.
    36. Terzo principio della dinamica dei sistemi ed equazioni cardinali.
    37. Centro di massa e moto del centro di massa.
    38. Statica di corpi rigidi e sistemi di corpi rigidi vincolati.
    39. Semplici considerazioni relative al momento angolare di un sistema di punti materiali. Momento angolare assiale e momento d’inerzia
    40. Energia cinetica e teorema di Koenig. Secondo teorema di Koenig per il momento amgolare.
    41. Moto di rotolamento. Esempi. Moto di sistemi rigidi a contatto con vincoli. Esempi
    42. Teorema di Steiner per il momento d'inerzia. Sistemi composti da più corpi rigidi collegati fra di loro. Esempi.
    43. Termodinamica: Calore e temperatura. Sistemi termodinamici.
    44. Lavoro in una trasformazione termodinamica. Equivalente meccanico della caloria. Esperimento di Joule
    45. Funzioni di stato. Energia interna. Calore specifico. Applicazioni ad un gas perfetto. Esempi
    46. Adiabatica reversibile e isoterma reversibile di un gas perfetto. Il ciclo di Carnot: rendimento del motore ideale.
    47. Enunciati del secondo principio della termodinamica e loro equivalenza.
    48. Il teorema di Carnot. Integrale di Clausius ed Entropia.

    English

    Teaching language

    Italian

    Contents

    1. Scientific Method: general considerations.
    2. Dimensional equations. Unit of measure. The International System.
    3. Kinematics and vectors.
    4. Principles of the dynamics of the material point.
    5. Work and energy.
    6. Resolution of exercises on the dynamics of the material point.
    7. Third principle of the dynamics and cardinal equations of material sSystems.
    8. Statics and dynamics of rigid bodies.
    9. First law of thermodynamics.
    10 Second law of thermodynamics.
    11. Integral of Clausius and Entropy.

    Textbook

    C.Mencuccini e V.Silvestrini – Fisica : Meccanica e Termodinamica – Casa Editrice Ambrosiana

    M. Villa, A. Uguzzoni, M.Sioli- Esercizi di Fisica:

    Training objectives

    Acquiring basic theoretical knowledge of classical mechanics and the principles of thermodynamics; familiarizing with the scientific method of investigation, with the methodology of scientific measurement and analysis of experimental data, with the representation and analysis of physical laws and the modeling of phenomena of classical physics. Acquisition of skills and methodology for solving exercises in: Kinematics; Mechanics; Mechanics of material systems; Rigid bodies; Thermodynamics. The correct knowledge and enunciation of the three principles of dynamics, of the two principles of thermodynamics, an excellent knowledge of the concept of energy and the related theorems, as well as their applications to the resolution of problems, is considered essential for passing the examination.

    Prerequisite

    Good knowledge of the mathematics of secondary school programs: equations and dissertations of first and second degree, trigonometry, systems of equations.

    Teaching methods

    Frontal theory lessons. Exercises for the solution of exercises. Support for the presentation of the interim tests. Simple examples of measurement and data analysis.

    Evaluation methods

    Written and oral exam. The written test consists of 4 exercises to be performed in two hours; to the written test will be given a judgment of merit (insufficient, sufficient, good, excellent ). The final grade will be determined by the oral examination, which can only be accessed by the student who overcomes the written test with at least sufficient. It consists of a discussion of the exercises and a discussion of the theoretical topics covered in the course. In the oral examination the student will have to show the ability of critical connections, synthesis skills, quality of the organization of the speech and of the exposition, use of specialized vocabulary. The inter-course tests are written, will take place every month and consist of four exercises to be performed in two hours. There is also an interim test consisting of a dissertation for groups of students and an individual dissertation on the same. Those who pass at least three elapsed tests will be admitted to the oral exam with a judgment, while the final grade will be determined by an oral confirmation test on the whole program.

    Others

    A tutor is provided to support students.

    Course Syllabus

    1. Scientific Method: general considerations.
    2. Physical quantities and their operational definition.
    3. Physical dimensions. Fundamental quantities and derived quantities.
    4. Dimensional equations. Unit of measure. The International System.
    5. Changes in units of measurement. Measurement tools.
    6. Sensitivity errors. Systematic errors. Significant figures. Direct and indirect measurements.
    7. Propagation of maximum errors. Absolute and relative errors. Data representation. Orders of magnitude.
    8. General considerations and operational definition of physical quantities. Units of measurement systems and dimensional equations
    9. Historical overview: the contributions of Galileo and Newton
    10. The physical quantity of time and space. Hourly law.
    11. Graphical, tabular and analytical representation of a time law.
    12. Kinematics and vectors. The position: vector definition.
    13. General considerations on vectors and invariance of physical laws. Operations with vectors: sum, scalar and vector product. Polar representation of a vector.
    14. Concept of derivative. Average and instantaneous speed and acceleration.
    15. Motion on an inclined plane
    16. Motion of the projectile
    17. Derivative of a vector.
    18. Tangential and centripetal acceleration. Circular motion
    19. Harmonic motion.
    20. Principles of the dynamics of the material point. Historical considerations.
    21. Principle of relativity. Inertia principle. Strength and acceleration. Experiments on an inclined plane
    22. Inertial mass and gravitational mass.
    23. Gravitational force.
    24. Dynamic force measurement and second principle. Examples
    25. The laws of forces and the second principle. Examples
    26. Transformations between reference systems in motion any one with respect to the other.
    27. Apparent forces. Centrifugal force and Coriolis force
    28. Impulse and momentum. Examples.
    29. Angular moment and moment of force. Preservation of angular momentum. Examples
    30. Integral concept. Work of a force.
    31. Work of a force and theorem of kinetic energy. Examples
    32. Definition of a conservative force and theorem of conservation of mechanical energy. Examples
    33. Concept of differential equation: motion of the simple pendulum.
    34. Static and dynamic friction
    35. Motion in the presence of viscous friction: paratrooper movement.
    36. Third principle of the dynamics of cardinal systems and equations.
    37. Center of mass and motion of the center of mass.
    38. Statics of rigid bodies and constrained rigid body systems.
    39. Simple considerations related to the angular momentum of a system of material points. Axial angular moment and moment of inertia
    40. Kinetic energy and Koenig theorem. Koenig's second theorem for the amgular moment.
    41. Rolling motion. Examples. Motion of rigid systems in contact with constraints. Examples
    42. Steiner's theorem for the moment of inertia. Systems composed of several rigid bodies connected together. Examples.
    43. Thermodynamics: Heat and temperature. Thermodynamic systems.
    44. Work in a thermodynamic transformation. Mechanical equivalent of the calorie. Joule experiment
    45. State functions. Internal energy. Specific heat. Applications to a perfect gas. Examples
    46. ​​Reversible adiabatic and reversible isotherm of a perfect gas. The Carnot cycle: ideal engine efficiency.
    47. Statements of the second law of thermodynamics and their equivalence.
    48. Carnot's theorem. Integral of Clausius and Entropy.

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