Fisica 1. Reggio Emilia 22/09/2017. Ivan Marri

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1 Fisica 1 Ivan Marri Ricevimento: dal 20/09/2017 al 22/12/2017 presso il padiglione Morselli, Martedì dalle 12:00 alle 13:00. Al di fuori del periodo sopra indicato su appuntamento (contatti: marri@unimo.it, ivan.marri@unimore.it, marri@unimore.it) presso il dipartimento di Fisica, via Campi 213/a Modena. Usare vostro indirizzo ufficiale 1 credito = 25 ore (9 frontali + 16 vostre) Fisica I = 9 crediti = 81 ore frontali + 20 di esercitazioni (fuori computo) Scritto + Orale 2 appelli (gennaio-febbraio) 3 appelli (giugno-luglio-settembre) 2 appelli FC (aprile-novembre) 1

2 Programma Corso Fisica 1 L-Z anno accademico Docente del Corso: Marri Ivan Reggio Emilia 22/09/2017 Introduzione Errori nelle misure sperimentali, cifre significative Precisione e accuratezza Campioni di riferimento e sistemi di unità di misura Analisi dimensionale Sistemi di coordinate Vettori e scalari. Operazioni tra vettori e loro proprietà. Prodotto scalare e prodotto vettoriale Accenni di calcolo infinitesimale: derivate e integrali Cinematica Moto unidimensionale. Velocità media e instantanea. Accelerazione media e instantanea Moto uniformemente accelerato in una dimensione Caduta libera Moto in due o più dimensioni. Velocità e accelerazione in più dimensioni. Moto in due dimensioni con accelerazione costante Moto di un proiettile Moto circolare uniforme. Accelerazione tangenziale e normale Velocità e accelerazione angolare Moto curvilineo generale in un piano Dinamica Concetto di Forza e primo principio della dinamica Sistemi di riferimento inerziali Concetto di massa. Secondo principio della dinamica. Legge di Hooke Terzo principio della dinamica Forza peso e forza normale. Tensione di una corda e macchina di Atwood Forze di attrito statico e dinamico Applicazione della seconda legge di Newton al moto circolare uniforme. Forze ritardanti dipendenti dalla velocità Forza gravitazionale. Legge di Newton della gravitazione universale. Campi vettoriali e campo gravitazionale. Calcolo dell effetto della rotazione terrestre sull accelerazione di gravità. Moto di un satellite. Assenza di peso Leggi di Keplero 2

3 Moti relativi Reggio Emilia 22/09/2017 Velocità relativa. Moto relativo traslatorio uniforme Trasformazioni di Galileo Moto relativo rotatorio uniforme. Accelerazione centrifuga e accelerazione di Coriolis Moto relativo: effetti indotti dalla rotazione terrestre Lavoro ed energia Lavoro di una forza Forza elastica e lavoro compiuto da una molla Teorema dell energia cinetica o delle forze vive Potenza Energia potenziale Forze conservative e forze non conservative Energia potenziale gravitazionale Energia potenziale per forze elastiche Energia meccanica e principio di conservazione dell energia meccanica Energia potenziale gravitazionale e velocità di fuga Diagrammi energia potenziale Equilibrio stabile ed instabile Quantità di Moto e Urti Quantità di moto di un corpo. Principio di conservazione della quantità di moto Sistemi a massa variabile. Propulsione di un razzo Impulso Urti. Urto perfettamente anaelastico in una dimensione, urto elastico in una dimensione, urto elastico in due dimensioni Centro di massa e moto traslatorio Momenti di una forza e dinamica rotazionale. Il corpo rigido Momento torcente Coppia di Forze Composizione di forze parallele Dinamica rotazionale e inerzia rotazionale; il momento d inerzia Calcolo momento d inerzia. Teorema di Huygens-Steiner o degli assi paralleli Energia cinetica rotazionale Rotolamento Momento angolare. Forze centrali Momento angolare e momento delle forze per un sistema di particelle Il corpo rigido. Momento angolare e momento delle forze per un corpo rigido Macchina di Atwood Trottola e giroscopio Equilibrio di un corpo rigido 3

4 Moto armonico semplice Moto periodico. Moto armonico semplice Energia oscillatore armonico semplice Relazione tra moto armonico semplice e moto circolare uniforme Pendolo semplice Moto armonico smorzato Meccanica dei Fluidi Definizione di Fluido Pressione e densità Legge di Stevino Legge di Pascal Principio di Archimede Flusso ed equazione di continuità Equazioni di Bernoulli Legge di Torricelli Viscosità e legge di Poiseuille Equazione di Stokes. Moto laminare e moto turbolento. Termodinamica Temperatura. Principio zero e scale termometriche. Lo zero assoluto e il termometro a gas Dilatazione termica. Comportamento anomalo dell acqua Descrizione microscopica dei gas perfetti. Legge di Boyle, legge di Gay-Lussac, equazione dei gas perfetti Teoria cinetica dei gas Distribuzione delle velocità molecolari e legge di Maxwell Evaporazione e pressione di vapore. Ebollizione. Pressione parziale e umidità. Trasformazioni termodinamiche. Energia interna. Calore. Calore specifico. Calore latente. Passaggio di fase Lavoro nelle trasformazioni termodinamiche e primo principio della termodinamica Trasformazioni isoterme, adiabatiche, isobare, isocore ed espansione libera. Trasformazioni cicliche Calori specifici molari. Principio di equipartizione dell energia Equazioni di Poisson per trasformazioni adiabatiche Meccanismi per la trasmissione del calore: conduzione, convezione e irraggiamento Macchine termiche e secondo principio della termodinamica. Formulazione di Kelvin Plank del secondo principio della termodinamica Teorema di Carnot e rendimento di una macchina di Carnot Macchina frigorifera ed enunciato di Clausius del secondo principio della termodinamica Entropia Terzo principio della termodinamica Processi di diffusione molecolare e legge di Fick 4

5 Giancoli, Fisica 1 (casa editrice Ambrosiana) Mencuccini & Silvestrini, Fisica 1 (Editore Liguori) Alonso/Finn Elementi di Fisica per L Università (addison- Wesley) Halliday, Resnick, Walker, Fondamenti di Fisica (Casa editrice Ambrosiana) Jewett & Serway, Principi di Fisica (Edises) Paul A. Tipler, Invito alla Fisica (Zanichelli) Etc.. Per Fisici & Ingegneri!!! 5

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7 APS: Definizione di Scienza La scienza è un impresa sistematica volta a costruire la conoscenza sul mondo e a organizzare questo sapere in leggi verificabili e in teorie. Il successo e la credibilità della scienza sono ancorate alla buona volontà dello scienziato di: (1) esporre le proprie idee e i propri risultati alla verifica indipendente e alla replica da parte degli altri scienziati, il che richiede un completo e aperto scambio di dati, di procedure e di materiali; (2)abbandonare o modificare le conclusioni accettate dopo un confronto con evidenze sperimentali più complete e affidabili. L aderenza a questi principi fornisce un meccanismo per l autocorrezione, meccanismo che è il fondamento della credibilità della scienza. 7

8 GRANDEZZE FONDAMENTALI (DA ESPERIMENTO) Reggio Emilia 22/09/ m = distanza percorsa dalla luce nel tempo 1/ s Tutte le altre GRANDEZZE DERIVATE v = L/T = m/s a = L/T 2 = m/s 2 F = ma = M L/T 2 = kg m/s 2 = N (Newton) 8 1 s = periodi radiazione emessa da atomi di cesio nella transizione tra due stati energetici particolari 1kg = massa di un cilindro di platino iridio conservato presso Ufficio Pesi e Misure Parigi c = km/s 3x10⁸ m/s Velocità della luce

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11 Correndo ad una velocità di 12 km/h si percorre 1 km in 5 minuti, a 10 km/h si percorre 1 km in 6 minuti, in quanto tempo si percorre 1 km correndo a 11 km/h? 11 km/h = 11000/3600 m/s. s = v t, 1km = 1000 m = 110/36 x t; t = 36000/110 = = 5 minuti e 27 secondi 11

12 MARS CLIMATE ORBITER 11 ottobre settembre 1999 (disintegrato) 328 Milioni di dollari Sistema Internazionale vs Sistema Imperiale 12

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14 Come può un bambino cadere al suolo da un edificio di venti piani e sopravvivere? Cade da una finestra del piano terra. 14

15 RICHARD FEYNMAN vs SPACE SHUTTLE CHALLENGER 28 gennaio