Obiettivi di apprendimento

Il corso si propone di fornire agli studenti una introduzione al metodo sperimentale e le nozioni di base della meccanica classica e della termodinamica. Al termine del corso lo studente dovrà dimostrare di avere conoscenze e capacità di comprensione delle leggi della meccanica classica e della termodinamica; avere capacità di applicare le conoscenze acquisite e capacità di comprensione per risolvere problemi di meccanica e di termodinamica; avere capacità di applicare i concetti fondamentali della meccanica classica e della termodinamica alla risoluzione di problemi concreti che affronterà nel corso di studio; saper sviluppare le competenze necessarie per proseguire gli studi in modo autonomo nell'ambito delle discipline di pertinenza del laureato in Informatica che richiedono l'applicazione e la conoscenza delle leggi della Fisica.

Prerequisiti e nozioni di base

Conoscenze di matematica a livello di scuola media superiore. E' preferibile avere acquisito le nozioni di matematica del corso di Analisi I.

Programma

1- Il metodo sperimentale. Unità di misura di lunghezza, massa e tempo. Analisi dimensionale. Conversione delle unità di misura. Grandezze fisiche fondamentali e derivate; grandezze fisiche scalari e vettoriali. Componenti di un vettore e vettori unitari. Proprietà dei vettori. Prodotto scalare e vettoriale.
2- Moti in una dimensione. Posizione, velocità vettoriale e scalare. Punto materiale in moto rettilineo uniforme. Accelerazione. Diagrammi del moto. Punto materiale in moto rettilineo uniformemente accelerato. Oggetti in caduta libera. Vettori posizione, velocità ed accelerazione. Moti bidimensionali con accelerazione costante. Moto del proiettile. Punto materiale in moto circolare ed uniforme. Accelerazione radiale e tangenziale. Velocità relativa ed accelerazione relativa.
3- Le leggi del moto: il concetto di forza. La prima legge della dinamica ed i sistemi di riferimento inerziali. La massa. La seconda legge della dinamica. Le leggi della gravitazione universale e della forza elettrostatica. La forza gravitazionale e il peso. La terza legge della dinamica. Le forze di attrito. La seconda legge di Newton per il moto circolare ed uniforme. Moto circolare non uniforme. Moti in sistemi di riferimento accelerati. Moto in presenza di forze di attrito.
4- Energia e lavoro. Lavoro di una forza costante. Lavoro di una forza variabile. Energia cinetica e teorema del lavoro e dell'energia cinetica. Energia potenziale. Forze conservative e non conservative. Relazione tra Energia potenziale e forza conservativa. Diagrammi di energia ed equilibrio di un sistema. Conservazione dell'energia per sistemi isolati e non isolati. Conservazione dell'energia in presenza di forze di attrito. Variazione dell'energia meccanica per le forze non conservativa. La potenza.
5- Quantità di moto e urti. Quantità di moto e sua conservazione. Urti in una dimensione. Urti in due dimensioni. Il centro di massa. Sistemi di molte particelle. Motori a propulsione.
6- Rotazione di un corpo rigido attorno ad un asse fisso. Posizione, velocità e accelerazione angolare. Corpo rigido soggetto ad accelerazione angolare costante. Grandezze angolari e traslazionali. Energia cinetica di rotazione. Momento di inerzia. Momento di una forza. Corpo rigido sottoposto ad un momento risultante. Considerazioni energetiche nel moto rotazionale. Momento angolare. Momento angolare di un corpo rigido. Momento angolare di un sistema isolato.
7- La legge di Newton della gravitazione universale. Accelerazione di caduta libera e forza gravitazionale. Leggi di Keplero e moto dei pianeti. Il campo gravitazionale. Energia potenziale gravitazionale.
8- Meccanica dei fluidi. Pressione. Variazione della pressione con la profondità. La misure di pressione e le sue unità di misura. Principio di Archimede. dinamica dei fluidi. Equazione di Bernoulli.
9- Moto oscillatorio. Moto di un oggetto collegato a una molla. Particella in moto armonico semplice. Energia dell'oscillatore armonico semplice. Confronto tra moto armonico semplice e moto circolare uniforme. Il pendolo. Oscillazioni smorzate e forzate.
10- Termodinamica. La temperatura e il principio zero della termodinamica. Termometri e la scala centigrada di temperatura. Il termometro a gas a volume costante e la scala di temperatura assoluta. Dilatazione termica. Descrizione macroscopica di un gas ideale. Il calore e l'energia interna. Calore specifico e calorimetria. Lavoro e calore nei processi termodinamici. Il primo principio della termodinamica. Macchine termiche e il secondo principio della termodinamica. Processi reversibili e irreversibili. La macchina di Carnot. l'Entropia.

Bibliografia

Modalità didattiche

Il corso viene svolto secondo un approccio tradizionale, di tipo frontale, con l'ausilio di diapositive preparate dal docente. Vengono utilizzati anche dei video con lo scopo di enunciare in maniera intuitiva leggi formalmente troppo complesse per uno studente al primo anno di corso, con lo scopo di mostrare applicazioni pratiche delle leggi fisiche o per stimolare l'interesse verso i recenti sviluppi della fisica. Le lezioni teoriche sono costantemente accompagnate dallo svolgimento di esercizi che mostrano le applicazioni pratiche e preparano al superamento dell'esame finale.

Modalità di verifica dell'apprendimento

La prova di esame consisterà nel superamento di un compito scritto comprendente problemi sugli argomenti trattati nel corso e alcune domande a risposta multipla. Il compito scritto può essere seguito da un esame orale facoltativo teso ad acquisire, qualora siano necessari, ulteriori elementi di valutazione dello studente e possibili chiarimenti sullo svolgimento del compito scritto.

Criteri di valutazione

Non sono previste prove in itinere. La prova di esame finale consisterà nel superamento di un compito scritto comprendente problemi sugli argomenti trattati nel corso e alcune domande a risposta multipla. Il compito scritto può essere seguito da un esame orale facoltativo teso ad acquisire, qualora siano necessari, ulteriori elementi di valutazione dello studente e possibili chiarimenti sullo svolgimento del compito scritto.

Criteri di composizione del voto finale

La prova di esame finale consistera' nella soluzione di tre semplici problemi ciascuno dei quali contribuira' al voto finale con 10 punti. Per facilitare il raggiungimento della sufficienza saranno proposti inoltre tre quiz a risposta multipla, ciascuno dei quali contribuira'al voto finale con 1 punto.