Dipartimento di Ingegneria Elettronica, Chimica e Ingegneria Industriale Corso di Laurea in Ingegneria Industriale (DM 270)

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Vittore Franceschi
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1 Programma di Fisica Anno Accademico Prof. Raffaello Girlanda Prof.ssa Giovanna Martino CFU 12 (72 ORE DI LEZIONE E 48 ORE DI ESERCITAZIONI) Docente: Prof. Raffaello Girlanda 1 Anno. 1 Semestre (Modulo A) CFU 6 (36 ORE DI LEZIONE E 24 ORE DI ESERCITAZIONI) UNITÀ DIDATTICA N.1 (3 ORE DI LEZIONE E 2 ORE DI ESERCITAZIONI) ELEMENTI DI METROLOGIA Concetto di grandezza fisica - Grandezze fondamentali e derivate Sistema Internazionale di unità di misura Standard di lunghezza, di massa e di tempo - Analisi dimensionale Conversione delle unità di misura Stime e calcoli di ordini di grandezza - Incertezza e sua propagazione - Minimi quadrati- Cifre significative. UNITÀ DIDATTICA N.2 (4,5 ORE DI LEZIONE E 3 ORE DI ESERCITAZIONI) MECCANICA Cinematica moto in una dimensione: posizione e velocità velocità istantanea accelerazione diagrammi di moto punto materiale con accelerazione costante corpi in caduta libera Vettori: grandezze scalari e grandezze vettoriali sistemi di coordinate proprietà dei vettori componenti di un vettore e vettori unitari. Cinematica moto in due dimensioni: vettori spostamento, velocità ed accelerazione moto in due dimensioni con accelerazione costante moto dei proiettili moto circolare uniforme - componenti tangenziale e centripeta dell'accelerazione in un moto piano - velocità ed accelerazione relative ricerca della legge oraria. UNITÀ DIDATTICA N.3 (4,5 ORE DI LEZIONE E 3 ORE DI ESERCITAZIONI) Dinamica del punto: Le leggi di Newton. Concetto di forza - confronto fra forze - vettorialità delle forze - la prima legge della meccanica e i sistemi inerziali - campione di massa - unità di forza - quantità di moto - la seconda legge della meccanica - la terza legge della meccanica - alcuni tipi di forze (peso, reazioni vincolari, d attrito, elastiche, centrali) - sistemi di riferimento non inerziali moto in sistemi di riferimento accelerati moto in presenza di forze frenanti. Il moto circolare ed altre applicazioni delle leggi di Newton. UNITÀ DIDATTICA N.4 (3 ORE DI LEZIONE E 2 ORE DI ESERCITAZIONI) Lavoro ed Energia: Lavoro di una forza prodotto scalare tra vettori- potenza - teorema dell'energia cinetica - gradiente di una funzione scalare - campi conservativi - legge di conservazione dell'energia meccanica - esempi di forze conservative - forze non conservative. Conservazione dell energia.

2 UNITÀ DIDATTICA N.5 (9 ORE DI LEZIONE E 6 ORE DI ESERCITAZIONI) Meccanica dei sistemi materiali: Centro di massa di un sistema di particelle - densità - centro di massa di una distribuzione discreta o continua di materia - moto del centro di massa - prima equazione della dinamica dei sistemi - conservazione della quantità di moto - urti elastici ed anelastici. Velocità ed accelerazione angolare - momento di una forza rispetto ad un polo - momento della quantità di moto - seconda equazione della dinamica dei sistemi - conservazione del momento angolare. Il corpo rigido - cinematica del corpo rigido - energia cinetica traslazionale e rotazionale di un corpo rigido - momento d'inerzia - calcolo dei momenti d'inerzia - equazioni della dinamica del corpo rigido UNITÀ DIDATTICA N.6 (9 ORE DI LEZIONE E 6 ORE DI ESERCITAZIONI) Elasticità - Oscillazioni: Sforzi e deformazioni - moduli d elasticità - contrazione trasversale nella trazione - relazioni fra le costanti elastiche di un materiale isotropo - elasticità di flessione e di torsione- forze elastiche di richiamo - L'oscillatore armonico semplice - esempi di oscillazioni armoniche (pendolo semplice, pendolo di torsione, pendolo fisico) - oscillazioni smorzate - oscillazioni forzate- risonanza. Moto oscillatorio. Moto delle onde. Onde sonore. Sovrapposizione e onde stazionarie. UNITÀ DIDATTICA N.7 (3 ORE DI LEZIONE E 2 ORE DI ESERCITAZIONI) FLUIDI Introduzione Equazione della statica (legge di Stevino, di Pascal)- Legge di Archimede Dinamica dei fluidi equazione di continuità teorema di Bernoulli fluidi reali legge di Poiseuille

3 Docente: Prof.ssa Giovanna Martino 1 Anno. 2 Semestre (Modulo B) CFU 6 (36 ORE DI LEZIONE E 24 ORE DI ESERCITAZIONI) INTRODUZIONE MATEMATICA Campi scalari a vettoriali - Gradiente - Divergenza - Rotore - Integrale di linea e circuitazione di un vettore - Flusso di un vettore - Teorema della divergenza e della rotazione - Campi conservativi e solenoidali. CARICA E MATERIA La carica elettrica - Induzione elettrostatica -Esperienza di Millikan - Legge di Coulomb Distribuzioni di carica CAMPO ELETTRICO Dipolo elettrico e campo di dipolo - Legge di Gauss - Applicazioni POTENZIALE ELETTRICO Potenziale elettrostatico - Legame tra potenziale e campo elettrico - Potenziale di un dipolo -Potenziale generato da distribuzioni continue di carica - Energia potenziale elettrica Applicazioni - Capacità e dielettrici. CORRENTI ELETTRICHE CONTINUE La corrente elettrica Legge di Ohm Forza elettromotrice Il meccanismo della corrente elettrica dal punto di vista microscopico Energia elettrica e potenza Resistori in serie e in parallelo - Effetto Joule Generatori di tensione e corrente Analisi dei circuiti Strumenti di misura Circuiti RC. CONDUCIBILITA ELETTRICA NEI SOLIDI Elettroni di conduzione - Bande di energia - Conduttori, isolanti e semiconduttori - Drogaggio dei semiconduttori - Dispositivi a semiconduttori - Trasduttori Superconduttori - Effetti termoelettrici - Fotoconducibilità. CONDUZIONE ELETTRICA NEI LIQUIDI E NEI GAS Passaggio dell'elettricità nei gas - Sorgenti luminose (termiche e a scarica). IL CAMPO MAGNETICO E PROPRIETÀ MAGNETICHE DELLA MATERIA Il campo magnetico - Definizione di B - Potenziale vettore. Moto di cariche in un campo elettrico e magnetico - (Legge di Biot a Savart) e I formula di Laplace - Legge di Gauss per il magnetismo - Forza magnetica su una corrente - Effetto Hall - Ciclotrone - Confinamento magnetico - Spettrometro di massa - La misura di e/m per l'elettrone - Sostanze dia- para- e ferromagnetiche -Il vettore di magnetizzazione M ed il campo magnetico H - Isteresi magnetica Forza tra conduttori percorsi da corrente - Teorema di Ampere - Solenoidi e toroidi - Spire percorse da corrente e dipoli magnetici.

4 INDUZIONE ELETTROMAGNETICA ED APPLICAZIONI Campi lentamente variabili: approssimazione quasi stazionaria - Esperienze di Faraday sulle correnti indotte -esempi di correnti indotte - Legge di Faraday-Newman e di Lenz - Betatrone - Correnti di Foucault- Autoinduzione e induttanza- Mutua induzione- Circuiti RL- Oscillazioni in un circuito LC CORRENTI ELETTRICHE ALTERNATE Circuiti a corrente alternata con elementi in serie e in parallelo Potenza nei circuiti in c.a. Risonanza nei circuiti RLC. EQUAZIONI DI MAXWELL E ONDE ELETTROMAGNETICHE Corrente di spostamento - Equazioni di Maxwell - Campi elettrici a magnetici prodotti da cariche accelerate: campo di radiazione - onde elettromagnetiche - Vettore di Poynting - Le onde e loro equazione - Emissione di onde elettromagnetiche con circuiti oscillanti - Lo spettro elettromagnetico. ALCUNI FENOMENI CONNESSI CON LA TEORIA DEI QUANTI II problema del corpo nero - La prima realtà dei quanti: effetto fotoelettrico -Effetto Compton PROPAGAZIONE E RIFLESSIONE DELLA LUCE Campi rapidamente variabili - Natura e propagazione della luce - Leggi di Snell- Cartesio - Approssimazione di Gauss dell'ottica geometrica - - Dispersione - -Le fibre ottiche e loro impiego nelle telecomunicazioni e in campo medico. -Il diottro - Specchi - - Lenti sottili - Lenti spesse: punti principali: - Cenni sulle più comuni aberrazioni - Microscopio semplice a composto - Cannocchiale -Occhio umano. Il MODELLO ONDULATORIO DELLA LUCE Modello ondulatorio - Principio di Huygens - Coerenza spaziale a temporale Interferenza - -Diffrazione della luce - - Polarizzazione della luce - Emissione spontanea e stimolata: il laser LA NATURA ONDULATORIA DELLA MATERIA Particelle che si comportano come onde: lunghezza d'onda di De Broglie Testi consigliati : Raymond A. Serway, John W. Jewett, Jr Fisica per Scienze e Ingegneria Vol. 1 e Vol. 2 IV edizione EdiSES s.r.l S.Focardi, I.Massa, A.Uguzzoni, M.Villa Fisica Generale Meccanica e Termodinamica II Ed. Casa Editrice Ambrosiana

5 P.A. Tipler, G.Mosca Corso di Fisica Vol l e Vol 2 IV Ed. Zanichelli R. Resnick, Halliday, K. S. Krane: Fisica I Fisica II V Edizione Ambrosiana, Milano

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1.11.3 Distribuzione di carica piana ed uniforme... 32 Indice 1 Campo elettrico nel vuoto 1 1.1 Forza elettromagnetica............ 2 1.2 Carica elettrica................ 3 1.3 Fenomeni elettrostatici............ 6 1.4 Legge di Coulomb.............. 9 1.5 Campo