Corso di Fisica
Prof. Silvia M. Lenzi
e-mail: [email protected]
Orario di ricevimento (su appuntamento) martedì dalle 11.00 alle 12.00
Dipartimento di Fisica, via Marzolo 8, uff. 363
Testi consigliati:
• Mazzoldi, Nigro, Voci: “Elementi di Fisica: Meccanica
e Termodinamica” e “Elettromagnetismo”, EdiSES
• Resnick, Halliday, Krane: “Fisica 1” e “Fisica 2”, CEA
• Gettys, Keller, Skove, “Fisica 1” e “Fisica 2”, McGraw-Hill
• Focardi, Massa e Uguzzoni, “Fisica Generale”, CEA
• Giancoli, , “Fisica 1” e “Fisica 2”, CEA
• Fisica in Laboratorio, Mazzi, Ronchese, Zotto, Esculapio, Bologna
Informazioni sul corso, lucidi, esami, dispense di Laboratorio,
ecc. si trovano nella pagina web: http://www.pd.infn.it/~lenzi/didattica
S.M. Lenzi - Presentazione 1
Regolamento del Corso di Fisica
Corso di Laurea in Ingegneria Aerospaziale, Energetica, Meccanica, Chimica
La prova di esame del corso di FISICA e’costituita da
a) una prova scritta propedeutica all’orale.
b) esperienze di laboratorio con il relativo test di verifica.
c) una prova orale.
a) La prova scritta consiste nella risoluzione di problemi e risposte a quesiti di teoria. I
problemi saranno analoghi a quelli presentati e svolti a lezione e a quelli del testo
proposti. Il superamento della prova scritta puo’ avvenire con diverse modalità, secondo
quanto specificato nel seguito.
Prove in itinere: Durante lo svolgimento del corso verranno effettuate due prove scritte in
itinere. Una descrizione dettagliata della materia su cui vertono le prove verrà fornita
durante il corso. Ciascuna delle due prove ( compitini) si intende superata se il voto
conseguito non è inferiore a 15/30. Lo scritto e’ superato se la votazione media pesata
delle due prove e’ almeno 18/30.
Prova scritte negli appelli regolari: La prova d’esame copre l’intero programma del corso .
Ci saranno due appelli nella sessione estiva, uno ( almeno) nella sessione autunnale e
uno nella sessione invernale.
S.M. Lenzi - Presentazione 2
Regolamento del Corso (cont.)
b) Il laboratorio consiste nello svolgimento di alcune esperienze relative alla
materia svolta; si svolgeranno durante il corso in tre sessioni di due ore
ciascuna. La frequenza e’ obbligatoria e le presenze verranno registrate.
La valutazione del laboratorio ( da 0 a 2 trentesimi) avverra’ nell’ultima
sessione e contribuira’ alla votazione finale dell’esame.
c) Prova orale. La prova orale e’ obbligatoria
•
•
per chi ha superato la prova scritta con votazione inferiore a 21/30.
per chi vuole confermare la votazione dello scritto + laboratorio
superiore a 27/30.
E’ esonerato chi ha una votazione nello scritto maggiore o uguale a 21/30 .
S.M. Lenzi - Presentazione 3
Regolamento del Corso (cont.)
Votazione finale.
- Lo studente con votazione nello scritto ≥ 21/30 e (scritto+laboratorio) ≤ 27/30 ha
confermato il voto scritto+laboratorio. Lo studente può comunque scegliere di
sostenere la prova orale per rimediare la votazione;
- Se il voto finale (scritto+laboratorio) e’ maggiore di 27/30 lo studente può scegliere di
non sostenere la prova orale, nel qual caso il voto definitivo dell’esame è 27/30,
oppure sostenere la prova orale.
Per chi sostiene la prova orale la votazione e’ la media pesata della prova scritta e della
prova orale con l’aggiunta della votazione in trentesimi del laboratorio.
S.M. Lenzi - Presentazione 4
Regolamento del Corso (cont.)
Informazioni pratiche
Per accedere al laboratorio, partecipare ai compitini, ai compiti scritti e agli esami
orali occorre iscriversi in forma elettronica nelle apposite liste presenti nel sito
dell’Università ( UniWEB). Per le prove gli studenti dovranno poi presentarsi fuori
dalle aule almeno un quarto d’ora prima dell’orario d’inizio. Gli studenti dovranno
essere muniti del libretto universitario o, se non disponibile, di un documento col
quale possano dimostrare la loro identità. Durante lo svolgimento delle prove scritte
non è ammessa la consultazione di libri e di appunti di nessun tipo, tranne un foglio
A4 con le sole formule utili. E’ necessaria una calcolatrice tascabile. E’ inoltre vietato
utilizzare in aula per qualsiasi scopo telefoni cellulari o altri strumenti di
comunicazione.
Organizzazione delle esperienze di laboratorio, parte integrante del corso. La
frequenza al laboratorio è obbligatoria. L ‘iscrizione, per motivi organizzativi, dovra’
avvenire entro le prime settimane; il calendario delle esperienze verra’ comunicato
successivamente. Gli studenti saranno suddivisi in squadre, ciascuna costituita da
più gruppi di persone ed eseguiranno esperimenti di fisica su argomenti attinenti il
programma svolto in tre sessioni di due ore. Alla fine del corso di laboratorio verrà
svolta una verifica scritta. Gli studenti durante l’esame saranno tenuti a rispondere a
domande sugli esperimenti effettuati. Gli studenti che provengono da corsi di Laurea
in Ingegneria e che siano in grado di dimostrare di aver frequentato un corso di
laboratorio di Fisica per Ingegneria, sono esentati dal parteciparvi.
S.M. Lenzi - Presentazione 5
Calendario degli esami 2012-2013
Compitini
Primo compitino
Secondo compitino
Sessione primaverile
Primo appello scritto
Primo appello orale
Secondo appello scritto
Secondo appello: orale
Sessione di settembre
Appello scritto
Appello orale
18/05/13 ore 8:00
Ci sarà anche una sessione di recupero a febbraio.
Si consiglia di guardare le rispettive date nel sito del SIS.
S.M. Lenzi - Presentazione 6
Programma del Corso
1) Misure ed unità di misura: Introduzione. Misura. Grandezze fondamentali. Unità
fondamentali. Unità e dimensioni derivate.
2) Cinematica del punto materiale. Spazio e tempo. Traiettoria e Sistemi di riferimento.
3) Vettori: Grandezze vettoriali. Operazioni tra vettori: prodotto per uno scalare, prodotto
scalare, componenti di un vettore e prodotto vettoriale.
4) Cinematica in una o piu dimensioni: Moto unidimensionale : velocita’ media e
velocita'istantanea. Accelerazione media e accelerazione istantanea. Moto rettilineo
(uniforme, uniformemente accelerato, armonico, smorzato). Rappresentazione
vettoriale di posizione, velocità ed accelerazione ( coordinate ) . Moto curvilineo:
velocità, accelerazione tangenziale e normale. Moto circolare: velocità angolare,
accelerazione angolare.
5) Moti relativi: sistemi di riferimento; composizione di velocità e accelerazioni e
trasformazioni Galileiane. Moto relativo traslazione e rotazionale. Composizione di
velocità e accelerazioni e trasformazioni Galileiane. Accelerazione di Coriolis.
6) Dinamica del punto materiale: Leggi di Newton. Prima legge della dinamica (legge
d'inerzia). Sistemi di riferimento inerziali. Forze e seconda legge della dinamica. Terza
legge della dinamica. Le quattro forze fondamentali. Applicazioni varie della seconda
legge: forze elastiche e risoluzione dell'equazione del moto armonico, forze vincolari,
attrito e sue proprietà. Resistenza di un mezzo e velocità limite. Moto circolare
uniforme: forza centripeta e forza tangente. Applicazioni Forze ( pendolo semplice ,
curva sopraelevata , pendolo conico).
S.M. Lenzi - Presentazione 7
Programma del Corso
7) Quantità di moto e momento angolare. Momento di una forza. 2a legge della dinamica
in forma angolare.
8) Lavoro ed energia: Lavoro di una forza e potenza. Energia cinetica. Unità di energia.
Lavoro di una forza costante. Energia potenziale e relazioni con il lavoro. Relazione
tra momento della forza ed energia potenziale nel moto curvilineo piano.
Conservazione dell'energia di una particella e forze conservative. Forze non
conservative ed energia dissipata. Forza ed energia nel moto armonico semplice.
Pendolo semplice. Oscillazioni.
9) Dinamica di Sistemi di particelle: Moto del centro di massa di un sistema di particelle:
sistema isolato e sistema soggetto a forze esterne. Momento angolare di un sistema
di particelle. II equazione della dinamica. Energia cinetica di un sistema di particelle.
Teoremi di Koenig. Energia interna di un sistema di particelle. Leggi di conservazione
di un sistema di punti materiali.
10) Urti tra particelle. Urti elastici e anelastici.
11) Corpo Rigido e dinamica Corpo rigido: Moto di un corpo rigido. Momento assiale.
Applicazione della II equazione della dinamica al moto di rotazione di un corpo rigido.
Teorema di H.S.Energia cinetica di rotazione di un corpo rigido.
Moto di puro rotolamento ed energia nel moto di puro rotolamento. Equilibrio di un
corpo rigido.
S.M. Lenzi - Presentazione 8
Programma del Corso
12) Forze Centrali e proprieta'. Forza centrale e moto di un corpo in un campo di forze
centrali ( leggi di Keplero).Forza gravitazionale ( massa gravitazionale ) e forza
elettrostatica ( carica elettrica). Proprieta' dei materiali ( Isolanti e conduttori).
Concetto di campo e Campo elettrostatico. C.E. di una o piu' cariche puntiformi.
Accenni a campo di cariche distribuite con densita' costante. Legge di Gauss.
Applicazioni L. di Gauss ( filo infinito, piano infinito ). Lavoro e potenziale
elettrostatico. Conduttori: campo e potenziale; applicazioni.
Forza di Lorentz. Moto di una carica Elettrica in un campo elettrostatico .
13) Fluidi: Massa volumica e pressione. Fluidi a riposo. Moto di fluidi. Legge di Bernoulli
e leggi derivate (Stevino, Archimede).
14) Termodinamica: Gas ideali. Lavoro. Lavoro adiabatico ed Energia interna. Scambi di
calore, Principio zero e Temperatura. Primo principio della termodinamica. Processi
reversibili e irreversibili. Trasferimento del calore e Capacità termica e Calore
specifico. Trasformazioni reversibili: isoterme , isobare, isocore adiabatiche.
Processi reversibili e irreversibili ed Esercizi ed Applicazioni I principio
Termodinamica. Teoria cinetica dei gas.
S.M. Lenzi - Presentazione 9
Fisica: scienza sperimentale
Studia i processi del mondo fisico e stabilisce un certo numero di leggi
con le quali si possono descrivere il maggior numero dei fenomeni
osservabili e si possono predire i risultati di nuove esperienze.
Questi fenomeni devono allora essere osservati e misurati
Il processo di misura è alla base di tutte le teorie fisiche.
In questo processo sono coinvolti tre sistemi:
1) sistema oggetto
2) strumento di misura
3) sistema di confronto (unità di misura)
Il processo di misura definisce la grandezza fisica
S.M. Lenzi - Presentazione 10
Grandezze fisiche
Grandezze la cui misura è diretta:
- definizione di un procedimento (ripetibile)
di misura
- definizione di un “campione” di riferimento e di
una unità di misura
Esempi:
grandezza fisica
Lunghezza
Tempo
Massa
Temperatura
unità di misura
metro
secondo
chilogrammo
grado Celsius
Grandezze la cui misura è indiretta (“grandezze derivate”):
espresse come funzioni delle “grandezze dirette”
Esempi: velocità, accelerazione, corrente elettrica,...
S.M. Lenzi - Presentazione 11
Sistema Internazionale (S.I.) di Unità di Misura
Grandezza
lunghezza
Unità
Simbolo
Definizione
metro
m
1/299.792.458 dello spazio percorso
dalla luce nel vuoto in 1 s
tempo
secondo
s
massa
kilogrammo
kg
9192631,77 periodi della radiazione prodotta
dalla transizione tra i due livelli iperfini dello
stato fond. dell’atomo di Cesio 133
massa del campione di Pt-Ir cons. a Sevrè
Kelvin
K
1/273,16 della temperatura
assoluta del punto triplo dell’acqua
ampère
A
intensità di corrente che in due conduttori
rettilinei paralleli di lunghezza infinita posti
a distanza di 1 m produce una forza di 2 10-7 N
intensità luminosa di 1/683 di watt per steradiante di
radiazione di frequenza 540 · 1012 hertz
temperatura
corrente elettrica
intensità luminosa candela
cd
S.M. Lenzi - Presentazione 12
Ordini di grandezza
Distanze:
-18
-15
elettrone
nucleo
log10 r(m)
-10
atomo
-7
l luce vis.
0
Uomo
7
13
Sistema solare
diametro Terra
22
26
Confini
Universo
Galassia più vicina
Tempi:
-15
Periodo di
oscill. del
campo e.m.
della luce visibile
( c = ln = l / t)
log10 t(s)
-3
Periodo di
oscillazione di una
nota musicale
(n la= 440 Hz)
5
7
“anno”
“giorno”
15
17
Età dell’
Universo
10
(10 anni)
Periodo di rivoluzione
del Sole nella nostra Galassia
(~220 milioni di anni)
Masse :
-30
elettrone
log10 m(kg)
-27
protone
-7
batterio
2
Uomo
24
Terra
30
Sole
42
Galassia
S.M. Lenzi - Presentazione 13
Prefissi delle unità di misura
Multipli
Prefisso
Simbol
o
Fattore
yotta-
Y-
1024
zetta-
Z-
1021
exa-
E-
1018
peta-
P-
1015
tera-
T-
1012
giga-
G-
109
mega-
M-
106
kilo-
k-
103
etto-
h-
102
deca-
da-
101
deci-
d-
10-1
centi-
c-
10-2
milli-
m-
10-3
micro-
m-
10-6
nano-
n-
10-9
pico-
p-
10-12
femto-
f-
10-15
atto-
a-
10-18
zepto-
z-
10-21
yocto-
y-
10-24
Sottomultipli
S.M. Lenzi - Presentazione 14
Fisica classica e fisica quantistica
Nel processo di misura c’è interazione fra l’oggetto
e l’apparato di misura
Questo implica una perturbazione dell’oggetto
Fisica classica:
si può sempre costruire un apparato di misura più perfetto in
modo che la perturbazione sia minima
A livello atomico la fisica classica perde validità
Fisica quantistica:
il sistema oggetto risulta perturbato sensibilmente
S.M. Lenzi - Presentazione 15