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Fisica generale AB ( 9 CFU )
Prof. Fabrizio Cavatorta
     Tel. 0521-905295 - Fax. 0521-905223           E-mail. fabrizio.cavatorta@unipr.it           Home page. http://prpc100.fis.unipr.it/fisgest

Finalità
Il corso (formalmente diviso in due moduli, A e B) si propone di fornire una conoscenza organica delle leggi fondamentali della Fisica, fornendo le basi per la descrizione del comportamento dei sistemi fisici sia attraverso le leggi della dinamica classica che attraverso i concetti di lavoro e di energia; viene affrontata anche la generalizzazione di tali descrizioni attraverso i concetti di campo e di potenziale. Nel corso viene esaminata una opportuna scelta di argomenti, connessi tra loro, della meccanica, della termodinamica, della elettrostatica, che dovranno mettere in grado lo studente di valutare in quali contesti si applicano le diverse leggi della fisica, nonché di impostare e di risolvere semplici problemi.

Programma
Modulo A
Introduzione: grandezze fisiche; grandezze intensive ed estensive; scalari e vettori; trattazione geometrica ed algebrica dei vettori e delle operazioni con i medesimi; principio di sovrapposizione. Le proprietà fondamentali della materia: massa, carica, densità; conservazione della massa e della carica.
Cinematica: vettori posizione, spostamento, velocità, accelerazione; moti in una dimensione; moti nel piano; cinematica rotazionale; le grandezze della cinematica rotatoria come vettori; sistemi di riferimento.
Dinamica del punto materiale: il punto materiale; la forza e il primo principio di Newton; forze esterne e interne al sistema e il terzo principio di Newton. La seconda legge di Newton e il diagramma di corpo libero; sistematica delle forze: (forza di gravità, reazione normale, forza elastica, tensione, forza di Coulomb e forza di gravitazione universale, forze di attrito statico e dinamico); forze centripete nei moti circolari. La quantità di moto; conservazione della quantità di moto; impulso; urti.
Lavoro ed energia: lavoro di una forza in una dimensione; generalizzazione a più dimensioni; il lavoro su un percorso chiuso; forze centrali e forze conservative; energia potenziale; relazione tra forza ed energia potenziale; l’energia cinetica (teorema dell’energia cinetica); la conservazione dell’energia; l’energia in sistemi non conservativi e non conservativi; uso contestuale delle leggi della dinamica e della conservazione dell’energia; la conservazione dell’energia negli urti: urti elastici e anelastici; la potenza;
Applicazione delle leggi della dinamica e delle leggi di conservazione di energia al caso di punti materiali in rotazione: rotazione attorno ad un asse fisso; il momento di una forza; la seconda legge di Newton nel caso rotazionale; momento angolare; la conservazione del momento angolare; l’energia cinetica di una massa puntiforme in rotazione. Le leggi della gravitazione universale come applicazioni della dinamica del punto. Energia di un’orbita.
Corpi rigidi: centro di massa di un corpo rigido e sue proprietà; moto di un corpo rigido sottoposto a forze, con e senza momento; la legge di Newton espressa per i corpi rigidi; energia cinetica e il momento di inerzia di un corpo rigido; teorema di Huygens-Steyner o teorema dell’asse parallelo per i corpi rigidi; il momento delle forze per un corpo rigido in rotazione attorno ad un asse fisso; il lavoro compiuto dal momento di una forza; momento angolare di un corpo rigido; la relazione tra il momento angolare e il momento della forza; rotolamento perfetto; l’attrito nel rotolamento; la statica dei corpi rigidi.

Modulo B (parte I: termodinamica)
Introduzione alla Termodinamica: fluidi; la pressione e le forze di Pressione; Variabili termodinamiche e definizione dei termini principali (sistema termodinamico, ambiente, universo; sistema aperto, sistema chiuso, sistema isolato).
I gas perfetti: teoria cinetica dei gas; Equipartizione dell’energia.
Temperatura: Stato di equilibrio termodinamico e principio zero della termodinamica (equilibrio termico, contatto termico, sistema adiabatico); definizione di temperatura; termometri (fenomeni fisici e caratteristiche termometriche) e scale di temperatura. Le scale Kelvin e Celsius; la dilatazione termica dei solidi e dei liquidi.
Il calore: Capacità termica e calore specifico. Calore latente. Conduzione del calore: conduzione, convezione e irraggiamento.
Il lavoro termodinamico. Diagramma P-V. Calore e lavoro per trasformazioni termodinamiche semplici di gas perfetti (trasformazioni isobare, isocore, isoterme, adiabatiche).
Primo principio della termodinamica: energia interna nelle trasformazioni semplici; relazione di Meyer tra i calori specifici.
Secondo principio della termodinamica: Fisica delle macchine termiche: rendimento di una macchina termica e in particolare del ciclo di Carnot; la scala assoluta della temperatura; trasformazioni reversibili e irreversibili. La funzione di stato entropia. Calcolo dell’entropia nelle trasformazioni semplici reversibili; calcolo dell’entropia in trasformazioni irreversibili in sistemi isolati (espansione libera e passaggio irreversibile di calore) e principio di aumento dell’entropia. Cenni su entropia, disordine, probabilità.

Modulo B (parte II: elettrostatica)
Introduzione: conduttori e isolanti.
Forza e campo di forze; il campo; campo gravitazionale di una massa puntiforme e campo elettrico di una carica puntiforme; rappresentazione di un campo in termini di linee di forza; Campi elettrici derivanti da distribuzioni discrete e continue di carica. Moto di una particella carica in un campo elettrico; Flusso del campo elettrico e legge di Gauss. Determinazione del campo elettrico di distribuzioni simmetriche di carica: lineare, superficiale e sferica.
Energia potenziale e potenziale: Il potenziale. Potenziale gravitazionale e potenziale elettrico. Superfici equipotenziali; Calcolo di differenze di potenziale elettrostatico in casi semplici: campo uniforme, distribuzione lineare e sferica di carica. Calcolo del potenziale per distribuzioni continue di carica. Circuitazione del campo elettrico statico. Relazioni tra campo e potenziale. Campi e potenziali nei conduttori; campo e potenziale di un dipolo elettrico.
Condensatori: Capacità di un conduttore isolato. Condensatori. Calcolo della capacità di un condensatore; Collegamento in serie e in parallelo di condensatori. Energia immagazzinata in un condensatore. Energia del campo elettrico. Capacità di condensatori con un dielettrico. La costante dielettrica. Meccanismi di polarizzazione di un dielettrico. Campo elettrico all’interno di un dielettrico. Dielettrici e legge di Gauss. Energia elettrostatica e dielettrici.
Corrente elettrica: Corrente elettrica e densità di corrente. Legge di Ohm. Effetto Joule. Resistenze in serie ed in parallelo. Circuiti in corrente continua. Forza elettromotrice. Leggi di Kirchoff: nodi e maglie.

Attività d'esercitazione
Ogni argomento e' accompagnato da un congruo numero di ore dedicate allo svolgimento delle esercitazioni, assieme a professori di scuole superiori (progetto IDEA). Sono previste alcune dimostrazioni pratiche all’interno del corso.

Modalità d'esame
Prova scritta di ammissione e successiva prova orale (nello stesso appello); per gli studenti frequentanti il corso di esercitazione sono previste prove in corso d’anno per consentire la presentazione diretta dello studente all’esame orale

Propedeuticità
È presupposta la conoscenza dei fondamenti del calcolo differenziale ed integrale, nonché delle nozioni fondamentali di geometria analitica.

Testi consigliati
R. Serway: “Principi di Fisica II edizione” volume I o edizione compatta in un unico volume. Editore EDISES

Testi d'approfondimento
Halliday, Resnick, Krane “FISICA I” e “FISICAII”, editore CEA MILANO.
 
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