Codice insegnamento

4S001102

Docente

Nicola Sansonetto

Coordinatore

Nicola Sansonetto

Crediti

6

Lingua di erogazione

Inglese

Settore Scientifico Disciplinare (SSD)

MAT/07 - FISICA MATEMATICA

Periodo

II semestre dal 2 mar 2020 al 12 giu 2020.

Orario Lezioni Moodle Seminari 1

Obiettivi formativi

Il corso è dedicato ad un approccio moderno e formale alla meccanica classica. Il principale obiettivo del corso consiste nell'introduzione di alcune tecniche di analisi globale e numerica, geometria differenziale e di sistemi dinamici al fine di formalizzare un modello di sistemi meccanici conservativi ad un numero finito di gradi di liberta`. Alla fine del corso uno studente dovrà essere in grado di costruire un modello di fenomeni fisici conservativi per sistemi ad un numero finito di gradi di liberta`, scrivere le equazioni del moto sia da un punto di vista Lagrangiano che Hamiltoniano e ricavare le principali proprieta` dinamiche del sistema.

Programma

• Introduzione. Il corso iniziera` con un rapido ripasso di alcune nozioni di base di sistemi dinamici usando pero` il moderno linguaggio della geometria differenziale: campi vettoriali su varieta`, flusso di un campo, coniugazione di flussi. Derivata di Lie, integrali primi, foliazioni invarianti e riduzione dell'ordine. Sistemi meccanici in dimensione 1.

• Meccanica Newtoniana. La struttura geometrica dello spazio tempo di Galileo e assiomi della meccanica classica. Sistemi di particelle ed equazioni cardinali della dinamica. Campi di forze conservative. Massa in un campo centrale e il sistema dei due corpi.

• Meccanica Lagrangiana su varieta`. Sistemi vincolati: il principio di d'Alembert e le equazioni di Lagrange. Invarianza delle equazioni di Lagrange per cambiamenti di coordinate. Integrale di Jacobi. Stabilita` nei sistemi Lagrangiani e piccole oscillazioni. Coordinate cicliche, Teorema di Noether, integrali primi e riduzione di Routh.

• Corpi rigidi. Il gruppo delle rotazioni e sua rappresentazione matriciale. Velocita` angolare e algebra di Lie del gruppo delle rotazioni. Sistema di riferimento nello spazio e nel corpo. Equazioni di Euler.

• Applicazioni: il pendolo di Foucault, il sistema di Kepler, la stabilizzazione magnetica.

• Varieta` simplettiche e dinamica Hamiltoniana. Equazioni di Hamilton, parentesi di Poisson. Teorema di Noether in ambiente Hamiltoniano.

Alcuni aspetti numerici verranno analizzati durante il corso. Il corso sara` anche accompagnato da seminari introduttivi alla meccanica geometrica, alla teoria geometrica del controllo con applicazioni robotiche e alla chirurgia robotica.

Modalità d'esame

Per superare l'esame gli studenti devono dimostrare di:
- conoscere e aver compreso i concetti fondamentali della meccanica Newtoniana, Lagrangiana ed Hamiltoniana
- avere un'adeguata capacità di risolvere problemi, sia da un punto di
vista teorico che computazionale.
- saper argomentare i loro ragionamenti con rigore matematico.

L'esame e` composto da una prova scritta ed una prova orale. Il superamento
della prova scritta da` l'accesso alla prova orale.
L'esame scritto richiede la soluzione di problemi, mentre l'esame orale e'
basato su domande a risposta aperta e su una discussione dello scritto.
In caso di esito positivo, il voto della prova scritto sara' valido fino
all'ultimo appello disponibile nell'anno accademico in corso (Febbraio 2021).

L'esame sara` superato quando saranno superate con voto almeno pari a 18/30 (e lode)
e il voto complessivo sarà dato dalla media aritmetica del risultato in trentesimi di scritto e orale.