Università degli studi dell'Insubria

MECCANICA DEL PUNTO, DEI SISTEMI E DEI FLUIDI (MODULO I): CINEMATICA E MECCANICA DEL PUNTO

A.A. di erogazione 2018/2019
Insegnamento obbligatorio

Laurea triennale in Fisica (A.A. 2018/2019)
Anno di corso: 
1
Tipologia di insegnamento: 
Base
Settore disciplinare: 
FISICA TEORICA, MODELLI E METODI MATEMATICI (FIS/02)
Crediti: 
7
Ciclo: 
Primo Semestre
Ore di attivita' frontale: 
56
Dettaglio ore: 
Lezione (56 ore)

L’obiettivo è di fornire una conoscenza dettagliata della cinematica e della dinamica del punto, includendo i sistemi gravitanti, della meccanica di sistemi e corpi rigidi, una descrizione, prevalente fenomenologica dei fenomeni di elasticità, una trattazione introduttiva della statica e dinamica dei fluidi e un'introduzione alla termodinamica e alle teorie cinetiche.
Al termine del corso ci si attende lo studente abbia acquisito le seguenti abilità:
1) Una comprensione approfondita dei temi trattati, e la capacita' di risolvere problemi in tali ambiti.
2) Inoltre lo studente dovra' acquisire spirito critico e metodo scientifico
3) capacita' di elaborare semplici modelli per descrivere fenomeni fisici.
Ci si attende che lo studente raggiunga una comprensione approfondita di tali temi, e sia in grado di risolvere problemi in tali ambiti.

Prerequisiti: 

Elementi di matematica e geometria elementare a livello di scuola superiore.

Primo modulo (7 crediti; Prof. A. Parola)
- Introduzione. La misura in fisica. Unita’ di misura: sistemi MKS, cgs (2 h)
- Vettori: somma, prodotto scalare e prodotto vettoriale; sistemi di coordinate, cartesiane e polari. Richiami su derivate ed integrali.(6 h)
- Cinematica: Traiettoria e legge oraria.Velocita’ e accelerazione. Moto uniforme, uniformemente accelerato, armonico. Moto circolare uniforme; accelerazione centripeta. Accelerazione tangenziale e normale. Sistemi di riferimento: principio di relativita. Relazione tra sistemi di riferimento in moto relativo (10 h)
- Dinamica. Primo e secondo principio della dinamica
I terzo principio della dinamica e la conservazione della quantita’ di moto. La forza peso. Reazioni vincolari: il piano inclinato. Forze elastiche: Legge di Hooke. Il pendolo. Tensione. Macchina di Atwood (10 h).
- Forza di attrito e forze di tipo viscoso. Esempi di moto in presenza di attrito e viscosita’. Forze apparenti (4 h).
- Teorema dell'impulso. Masse variabili. Energia cinetica, lavoro di una forza.Teorema delle forze vive.
Forze conservative, energia potenziale.Campi di forze
Conservazione dell'energia meccanica. Momento angolare. Forze centrali e conservazione del momento angolare (10 h).
- Gravitazione. Principio di equivalenza. Legge della gravitazione universale. Misura di G: esperienza di Cavendish. Energia potenziale gravitazionale. Velocita’ di fuga e di caduta libera. Leggi di Keplero. Centro di massa e massa ridotta. Teorema di Gauss. Moto di una massa in un campo gravitazionale: deduzione delle leggi di Keplero (10 h)
- Urti elastici. Esempi di urti non elastici.Sistemi di punti: prima e seconda equazione cardinale (4 h).

Secondo modulo (9 crediti; Prof. G. Jug)
Corpo rigido. Moto traslazionale e prima equazione cardinale. Cinematica del corpo rigido con un punto fisso. Rotazione attorno ad un asse fisso, energia cinetica e momento d’inerzia. Calcolo del momento d’inerzia per corpi semplici. Relazione tra momento angolare e velocità angolare: tensore d’inerzia. Terne principali d’inerzia. Risoluzione di problemi mediante equazioni del moto e leggi di conservazione. Moto di puro rotolamento. Giroscopi: moto libero alla Poinsot. Giroscopi pesanti in rapida rotazione. Statica del corpo rigido.

Corpi deformabili: regime proporzionale, elastico e plastico. Modulo di Young e coefficiente di Poisson. Modulo di comprimibilità e di scorrimento. Isteresi meccanica.

Statica dei fluidi. Pressione: legge di Stevino, principio di Archimede, esperienza di Torricelli. Stabilità del galleggiamento: metacentro.

Fenomeni di superficie: tensione superficiale. Bolle. Angolo di contatto, fenomeni di capillarità.

Dinamica dei fluidi: conservazione della massa, derivata materiale, equazioni di Cauchy ed Eulero. Teorema di Bernoulli ed applicazioni. Fluidi viscosi Newtoniani. Legge di Poiseuille. Moto in un fluido viscoso, velocità limite.

Termodinamica. Concetto di equilibrio. Lavoro e calore. Principi della termodinamica. Gas perfetto. Ciclo di Carnot. Concetto di entropia. Significato statistico dell'entropia. Potenziali termodinamici. Teoria cinetica dei gas. Postulati di Maxwell. Approccio all'equilibrio. Bilancio dettagliato. Master equation. Cenni di meccanica statistica.

Testo di riferimento: G. Rosati, “Fisica Generale 1” (e appunti del docente). M. Fazio, “Termodinamica”
Testo complementare: The Feynmann Lectures, Vol. 1
Eserciziario: S. Rosati, R. Casali, “Problemi di Fisica Generale”