Laurea Triennale in Chimica - a.a. 2006-07
Corso di Fisica Generale 1
Docente: Fabio Zwirner
E-mail: fabio.zwirner@pd.infn.it

Orario delle lezioni

Giorno:	Lunedì	Giovedì	Venerdì
Ora:	9:30-11:15	12:30-13:15	9:30-11:15
Aula:	A	A	H

Il corso è terminato. La prima prova scritta di accertamento in itinere si è svolta il 23 aprile: soluzione e risultati . Alcuni esercizi preparatori: meccanica del punto (soluzioni) . La seconda prova scritta in itinere si è svolta il 21 giugno: soluzione e risultati . Alcuni esercizi preparatori: corpo rigido ed urti (soluzioni) , dinamica dei fluidi (soluzioni) , onde meccaniche (soluzioni) . Prova scritta del 25 giugno: soluzione e risultati . Prova scritta del 26 luglio: soluzione e risultati . Prova scritta del 27 agosto: soluzione e risultati . Prova scritta del 13 settembre: soluzione e risultati . Prova scritta del 29 gennaio: soluzione e risultati . Prova scritta del 21 febbraio: soluzione e risultati .

Indicazioni generali

Il corso è finalizzato all'acquisizione delle conoscenze di base di Meccanica nonché al raggiungimento della capacità di risolvere quantitativamente esercizi sugli stessi argomenti.

Programma di massima

Grandezze fisiche e unità di misura. Vettori. Cinematica del punto. Dinamica del punto. Forze, lavoro ed energia. Momenti angolari. Moti relativi. Dinamica dei sistemi di punti materiali. Gravitazione. Dinamica del corpo rigido. Urti. Meccanica dei fluidi. Fenomeni oscillatori ed onde meccaniche.

Testo di riferimento

• P.Mazzoldi, M.Nigro e C.Voci
  Elementi di Fisica I: Meccanica
  Casa Editrice EdiSES (2000)
  

Altri testi (per eventuale consultazione)

• R.A.Serway e R.J.Beichner
  Fisica per Scienze ed Ingegneria, vol.I
  Casa Editrice EdiSES (2002)
  
• J.S.Walker
  Fondamenti di Fisica
  Zanichelli editore (2005)
  
• R.Resnick, D.Halliday e K.S.Krane
  Fisica 1
  Casa Editrice Ambrosiana (2003)
  

Per i più curiosi

• R.P. Feynman
  La Fisica di Feynman, vol.I
  Zanichelli editore (2001)
  

Modalità dell'esame

Prova scritta che prevede la soluzione di esercizi di Meccanica e successiva prova orale sui contenuti del corso elencati nel programma dettagliato. Il superamento delle prove scritte durante il corso equivale al superamento della prova scritta d'esame. Ai fini dell'ammissione all'orale, il superamento della prova scritta resta valido per un anno solare a partire dalla data della prova stessa.

Programma dettagliato

• [26/02/07 (2 ore) (Prefazione, App.A, App.B, App.C.1 e C.2)]: Introduzione al corso. La descrizione della realtà fisica: grandezze fisiche ed unità di misura; incertezze di misura; grandezze fondamentali e derivate; il Sistema Internazionale; unità di lunghezza, tempo e massa; misura degli angoli; analisi dimensionale. Elementi di calcolo vettoriale: grandezze scalari e vettoriali; rappresentazione grafica dei vettori; prodotto di un vettore per un numero; vettore opposto; versori; somma di due vettori; differenza di due vettori; componenti di un vettore in una base assegnata.
• [01/03/07 (1 ora) (App.C.2)]: Prodotto scalare di vettori e proprietà .
• [02/03/07 (2 ore) (App.C.3)(E)]: Prodotto vettoriale di vettori e proprietà . Esercizi su analisi dimensionale, stime quantitative, elementi di calcolo vettoriale.
• [05/03/07 (2 ore) (1.1, 1.2, 1.3, 1.4)]: Introduzione alla cinematica del punto: cinematica e dinamica, il concetto di punto materiale, legge oraria, traiettoria. Moto rettilineo: diagramma orario; velocità media, velocità istantanea, moto rettilineo uniforme; accelerazione media, accelerazione istantanea, moto uniformemente accelerato; soluzione generale del problema inverso e casi particolari.
• [08/03/07 (1 ora) (1.5, 2.1, 2.2, 2.4, 2.5, App.C.4 e C.5)]: Moto nello spazio: raggio vettore, vettori velocità ed accelerazione e loro proprietà . Caduta libera dei corpi, come esempio di moto uniformemente accelerato: scelta del riferimento e condizioni iniziali, legge oraria.
• [09/03/07 (2 ore) (1.5, 2.4; 2.1, 2.2, 2.3)]: Moto di un proiettile: equazione della traiettoria, gittata, tempo di volo, alzo ottimale, direzione della velocità , velocità di impatto, altezza massima raggiunta. Moto circolare: coordinata d'arco e coordinata angolare, versori radiale e tangenziale, velocità ed accelerazione angolare, accelerazione centripeta e tangenziale, moto circolare uniforme, moto circolare uniformemente accelerato.
• [12/03/07 (2 ore)(E)]: Esercizi sulla composizione dei vettori e sul moto rettilineo.
• [15/03/07 (1 ora) (2.2, 2.6; App.C.4; 5.1, 5.2, 5.3; 3.1)]: Componenti tangenziale e normale dell'accelerazione per un moto generico. Moti relativi (solo traslazioni). Introduzione alla dinamica del punto materiale: principio di inerzia e concetto di forza.
• [16/03/07 (2 ore) (3.1, 5.2; 3.2, 3.3; 3.4; 3.5, 3.6, 3.12; 11.2)]: Dinamica del punto materiale: ancora sul principio di inerzia; sistemi di riferimento inerziali; seconda legge di Newton, misura delle forze con il dinamometro, massa inerziale; sistemi non inerziali e forze apparenti; terza legge di Newton; quantità di moto e formulazione alternativa delle tre leggi di Newton in termini della quantità di moto. Composizione delle forze: risultante, equilibrio statico, reazioni vincolari nella statica. Ancora sulle forze: classificazione ed azione dinamica. La legge di gravitazione universale.
• [19/03/07 (2 ore)(E)]: Esercizi sul moto uniformemente accelerato e sulle forze.
• [22/03/07 (1 ora) (3.7; 3.10, 1.6)]: Ancora sulle forze: la forza peso come manifestazione della legge di gravitazione universale, massa inerziale e gravitazionale; forze elastiche, equazione del moto armonico, soluzione generale e sue proprietà .
• [23/03/07 (2 ore) (3.8; 3.9; 3.13, 3.14)]: Forze di attrito: attrito statico e dinamico, coefficienti di attrito. Il piano inclinato senza e con attrito. Esempi. Il pendolo semplice.
• [26/03/07 (2 ore)(E)]: Esercizi sulla dinamica del punto materiale in presenza di più forze e sull'attrito.
• [29/03/07 (1 ora) (4.1, C.5, 4.2)]: Lavoro di una forza, potenza, energia cinetica e teorema delle forze vive. Esempio: lavoro della forza peso.
• [30/03/07 (2 ore) (4.3, 4.4; 4.5, 4.6; C.3, 4.7; 11.1)]: Lavoro delle forze elastica e di attrito dinamico. Forze conservative, energia potenziale, principio di conservazione dell'energia meccanica e sue applicazioni. Momento di un vettore rispetto ad un punto, momento angolare e momento di una forza, teorema del momento angolare, lavoro nel moto circolare. Forze centrali: caratterizzazione.
• [02/04/07 (2 ore)(E)]: Esercizi sul teorema delle forze vive e sulla conservazione dell'energia meccanica.
• [05/04/07 (1 ora) (11.1,11.2,11.5)]: Ancora sulle forze centrali: conservazione del momento angolare, moto generico nel piano in coordinate polari, costanza della velocità areale, energia potenziale associata. La forza gravitazionale: ancora sulla legge di gravitazione universale, energia potenziale gravitazionale, leggi di Keplero.
• [12/04/07 (1 ora) (E)]: Esercizi sulla forza gravitazionale: derivazione delle leggi di Keplero dalla legge di gravitazione universale, satellite geostazionario, velocità di fuga, variazione dell'accelerazione di gravità con l'altezza.
• [13/04/07 (2 ore) (6.1,6.2,6.3,6.4,6.5)]: Sistemi di punti materiali: forze esterne ed interne, annullarsi della risultante delle forze interne. Quantità di moto, momento angolare, energia cinetica e massa totali. Il centro di massa: definizione, trasformazione galileiana del centro di massa, velocità del centro di massa e sue proprietà , accelerazione del centro di massa e teorema del centro di massa, commenti. Conservazione della quantità di moto e legame con il principio di azione e reazione, applicazione a misure di massa. Momento angolare totale: teorema del momento angolare e principio di conservazione del momento angolare.
• [16/04/07 (2 ore) (E)]: Esercizi sul moto circolare.
• [19/04/07 (1 ora) (6.6,6.7,6.8)]: Ancora sui sistemi di punti materiali: sistema di riferimento del centro di massa e sue proprietà , teoremi di Koenig per momento angolare ed energia cinetica, lavoro ed energia per i sistemi di punti materiali, lavoro delle forze interne.
• [20/04/07 (2 ore) (6.8,8.1,8.2,8.3,7.1,7.2,7.3)]: Teorema dell'energia cinetica e conservazione dell'energia meccanica per i sistemi di punti materiali. Urti: considerazioni generali, urto completamente anelastico, urto elastico nel caso unidimensionale. Il corpo rigido: definizione e proprietà , traslazioni, cinematica delle rotazioni attorno ad un asse fisso. Corpi continui: densità , posizione del centro di massa.
• [23/04/07 (2 ore) (E)]: Prima prova scritta di accertamento in itinere.
• [26/04/07 (1 ora) (7.4,7.5)]: Rotazioni di un corpo rigido attorno ad un asse fisso in un sistema inerziale: relazione tra i vettori momento angolare e velocità angolare, momento di inerzia rispetto all'asse di rotazione, equazione del moto, calcolo dell'energia cinetica e del lavoro, potenza istantanea. Momento di inerzia per un corpo continuo. Esempio: asta sottile omogenea (asse ortogonale passante per il centro).
• [27/04/07 (2 ore)(E)(7.6)]: Ancora sul calcolo dei momenti di inerzia: asta sottile omogenea (asse ortogonale passante per un'estremità ), disco sottile omogeneo (asse ortogonale passante per il centro), teorema di Huygens-Steiner, applicazioni all'asta e al disco. Esercizi sul corpo rigido.
• [03/05/07 (1 ora)(9.1,9.2)]: Introduzione alla meccanica dei fluidi: fluidi, densità , pressione, forze di volume e forze di superficie. Equilibrio statico di un fluido in presenza della forza peso: legge di Stevino.
• [04/05/07 (2 ore)(9.2,9.3,9.4,9.5,9.6)]: Ancora sull'equilibrio statico di un fluido in presenza della forza peso: principio di Pascal. Applicazioni della legge di Stevino: vasi comunicanti, manometro ad U, martinetto idraulico, barometro di Torricelli, pressione atmosferica. Principio di Archimede. Esercizio proposto: calcolo della linea di galleggiamento di un cubo di legno omogeneo. Generalità sui fluidi in moto: viscosità , fluido ideale, punti di vista lagrangiano ed euleriano, regime stazionario e regime variabile, linee e tubi di flusso. Moto di un fluido incomprimibile in regime stazionario: portata, legge di Leonardo.
• [07/05/07 (2 ore)(E)]: Esercizi su urti e corpo rigido.
• [10/05/07 (1 ora)(9.6,9.7)]: Moto di un fluido ideale in regime stazionario: teorema di Bernoulli. Applicazioni: tubo a sezione costante, tubo di Venturi, legge di Torricelli.
• [11/05/07 (2 ore)(9.9,9.10,9.11)]: Dinamica dei fluidi reali: moto laminare e turbolento. Moto laminare in un condotto cilindrico: dal fluido ideale ai fluidi reali, dipendenza della velocità dalla coordinata radiale, derivazione della legge di Hagen-Poiseuille, relazione tra velocità media e gradiente di pressione. Moto vorticoso: numero di Reynolds, velocità critica, relazione tra gradiente di pressione e velocità media. Moto in un fluido viscoso: legge di Stokes e velocità limite, variazione della velocità con il tempo.
• [14/05/07 (2 ore)(E)]: Esercizi su legge di Stevino e teorema di Bernoulli.
• [18/05/07 (2 ore) (16.1,16.2)]: Generalità sulle onde: onde meccaniche ed onde elettromagnetiche, il concetto di campo, onde longitudinali ed onde trasversali, fronti d'onda e loro possibili forme; l'equazione lineare delle onde nel caso unidimensionale, soluzione generale, principio di sovrapposizione. Onde armoniche semplici: ampiezza, frequenza angolare, numero d'onda, lunghezza d'onda, periodo, frequenza. Rilevazione per la valutazione della didattica.
• [21/05/07 (2 ore)(E)]: Esercizi sulla meccanica dei fluidi.
• [24/05/07 (1 ora) (16.7,16.8)]: Interferenza di onde armoniche: condizioni per interferenza costruttiva e distruttiva. Effetto Doppler: rivelatore in moto, sorgente in moto.
• [28/05/07 (2 ore)(E)]: Esercizi sulle onde.
• [31/05/07 (1 ora) (16.3,16.4)]: Onde in una corda tesa: velocità di propagazione in funzione di tensione e densità lineare, potenza media nel caso di un'onda sinusoidale.
• [1/06/07 (2 ore) (16.4,16.5,16.6)]: Ancora sulle onde in una corda tesa: derivazione alternativa della potenza media nel caso di un'onda sinusoidale. Generalità sulle onde sonore; onde di spostamento, di pressione e di densità l'esempio della colonna cilindrica di gas: modulo di compressibilità , determinazione euristica della velocità di propagazione con l'analisi dimensionale. Onde sonore armoniche: relazioni tra le onde di spostamento, di pressione e di densità . Energia, potenza e intensità di un'onda sonora armonica piana. Onde sferiche: intensità ed ampiezza in funzione della distanza dalla sorgente.
• [4/06/07 (2 ore)(E)]: Esercizi sulle onde.
• [7/06/07 (1 ora) (16.9;16.7)]: Onde stazionarie: formalismo e proprietà ; esempi: corda tesa fissata ad un estremo, corda tesa fissata ad entrambi gli estremi. Ancora sull'effetto Doppler: formula generale per sorgente e rivelatore entrambi in moto rispetto al mezzo, commenti, onda d'urto.
• [11/06/07 (2 ore)(E)]: Esercizi su corpo rigido ed urti.