28626 - FISICA GENERALE T-A

Conoscenze e abilità da conseguire

Al termine del corso, dopo avere superato la prova di verifica finale, lo studente possiede una conoscenza degli aspetti metodologici generali della fisica (il ruolo degli esperimenti e la loro formalizzazione in schemi e leggi) e dei concetti fondamentali della meccanica del punto materiale e dei sistemi, nonché la capacità di impiegare tali concetti nella soluzione di problemi concreti.

Contenuti

Prerequisiti/Propedeuticità consigliate.

Una buona conoscenza della matematica di base normalmente insegnata in un Liceo Scientifico (algebra, trigonometria, studio di funzioni, calcolo di derivate e di semplici integrali, risoluzione di semplici equazioni differenziali e argomenti correlati) è un prerequisito essenziale per la comprensione degli argomenti previsti dal programma di questo corso.

Tutte le lezioni sono tenute in Italiano. È quindi necessaria la comprensione della lingua italiana per seguire con profitto il corso e per utilizzare il materiale didattico fornito.

Programma

Introduzione: la fisica e il metodo sperimentale. Concetto di grandezza fisica e di misura di grandezza fisica. Errori sperimentali. Finalità della meccanica. Le unità di misura in fisica. Sistemi di unità di misura, dimensioni di una grandezza fisica, grandezze fisiche fondamentali e derivate, il Sistema Internazionale (SI). Definizione di sistema di riferimento.

Elementi di Algebra Vettoriale: Grandezze fisiche scalari e vettoriali. Definizione di vettore e sue proprietà. Versore. Operazioni con i vettori. Versori cartesiani. Sistema di coordinate cartesiano ortogonale. Rappresentazione cartesiana dei vettori. Le operazioni tra vettori nella rappresentazione cartesiana. Coordinate polari a 2 dimensioni e a 3 dimensioni (sferiche e cilindriche). Derivata di un versore, relazioni di Poisson. Derivata di un vettore. Derivate parziali. Operatore vettoriale nabla, gradiente, divergenza e rotore in coordinate cartesiane. Definizione di vettore applicato. Momento di un vettore applicato.

Cinematica del punto materiale: Il concetto di punto materiale, descrizione vettoriale del moto, descrizione intrinseca del moto. Le variabili cinematiche: vettori posizione, velocità, accelerazione e loro unità di misura in notazione cartesiana e intrinseca. Classificazione dei moti. Moto rettilineo uniforme e uniformemente accelerato. Moto di un grave. Moto circolare uniforme e moto circolare uniformemente accelerato. Descrizione vettoriale del moto circolare e definizione delle grandezze vettoriali associate. Velocità angolare, accelerazione angolare. Moto armonico come proiezione del moto circolare uniforme. Equazione del moto armonico. Moti relativi. Cambiamento del sistema di riferimento, leggi di trasformazione della posizione, della velocità e della accelerazione. Trasformazioni di Galileo.

Dinamica del punto materiale: Introduzione alla dinamica. Definizione di forza e unità di misura. Leggi della dinamica di Newton. Sistemi di riferimento inerziali. Quantità di moto. Impulso di una forza. Reazioni vincolari. Forza peso. Forze di attrito radente statico e dinamico. Moto di un punto materiale lungo un piano inclinato con e senza attrito. Forze centripete: moto su curva piana, su curva sopraelevata con e senza attriti. Forza elastica. Pendolo semplice. Pendolo conico con e senza superficie conica. Attrito viscoso. Lavoro di una forza. Energia cinetica e teorema delle forze vive. Potenza. Calcolo del lavoro per la forza peso, la forza elastica e la forza di attrito. Energia potenziale e suo calcolo per alcune forze notevoli. Forze conservative. Proprietà delle forze conservative. Forza come gradiente dell'energia potenziale. Moti in un sistema di riferimento non inerziale, forze fittizie. Definizione di momento angolare e di momento di una forza. Teorema del momento angolare. Forze centrali. Conservazione dell’energia meccanica e del momento angolare per un punto materiale sottoposto a forze centrali.

Meccanica dei sistemi di punti materiali: Sistemi di punti materiali. Definizione di centro di massa e di baricentro. Definizione delle variabili cinematiche e dinamiche per i sistemi di punti materiali. Teoremi del centro di massa. Teorema del momento angolare per un sistema di punti materiali. Equazioni cardinali della dinamica dei sistemi. Teoremi di Konig del momento angolare e dell'energia cinetica. Moto del centro di massa e moto rispetto al centro di massa. Sistema di riferimento del centro di massa. Lavoro in un sistema di punti materiali. Urti. Leggi di conservazione in un urto: quantità di moto, momento angolare, energia. Urti elastici e anelastici.

Meccanica del corpo rigido: Definizione di corpo rigido. Equazione fondamentale della cinematica del corpo rigido. Moto di pura traslazione. Moto di rotazione attorno ad un asse fisso. Momento di inerzia. Teorema di Huygens-Steiner. Moto di puro rotolamento. Pendolo balistico. Pendolo fisico. Calcolo del momento di inerzia di una sbarra. Calcolo del momento di inerzia di un cilindro omogeneo e di un cilindro cavo. Urti tra un punto materiale e un corpo rigido e leggi di conservazione. Cenni di statica del corpo rigido.

Gravitazione universale: Leggi di Keplero e derivazione della legge di gravitazione universale. Massa inerziale e massa gravitazionale. Analogia Luna - caduta di un grave. Teoremi dei gusci (enunciati). Moto di un punto materiale in un tunnel scavato attraverso la Terra. La costante di gravitazione universale G. L'esperimento di Cavendish e la misura della massa terrestre. Energia potenziale gravitazionale ed energia potenziale di un punto materiale sulla superficie terrestre. Velocità di fuga. La gravità vicino alla superficie terrestre: dipendenza di g dalla latitudine, varie possibili dipendenze dalla natura del geoide terrestre.

Testi/Bibliografia

Metodi didattici

Il corso consiste di lezioni frontali in aula, organizzate in spiegazioni teoriche, esempi ed esercizi.

Modalità di verifica e valutazione dell'apprendimento

La verifica dell’apprendimento avviene attraverso un esame finale, che accerta l’acquisizione delle conoscenze e delle abilità attese, tramite lo svolgimento di una prova scritta, eventualmente completata da una prova orale facoltativa.

La prova scritta ha una durata di 2 ore e 30 minuti e non prevede l'utilizzo di appunti o libri. Consiste di norma di 5 quesiti a risposta multipla e di un numero variabile fra 3 e 5 di problemi.

L'esame è superato solo se si raggiunge il punteggio di 9 punti sia nei quesiti che nei problemi, separatamente.

La prova orale è facoltativa e finalizzata ad aumentare il voto della prova scritta o a confermare un punteggio complessivo superiore a 26/30 nello scritto. Possono accedervi solamente gli studenti che hanno pienamente superato la prova scritta.

La prova orale consiste in un colloquio con il docente, durante il quale lo studente dovrà mostrare una buona padronanza dei contenuti del programma, di avere compreso i collegamenti logici tra i diversi argomenti, di avere acquisito un linguaggio scientifico appropriato.

In assenza di prova orale un punteggio > 26 verrà ridotto a 26/30. Per ottenere la lode, lo studente deve ottenere almeno 29/30 nello scritto e sostenere un’ottima prova orale, dimostrando di avere conseguito una perfetta padronanza dei contenuti del corso.

Maggiori dettagli sulle regole dell'esame si trovano sul sito web della docente.

Il superamento dell’esame è garantito agli studenti che dimostreranno padronanza dei concetti fondamentali della meccanica e capacità di risoluzione almeno di una parte dei problemi proposti. Un punteggio più elevato sarà attribuito agli studenti che dimostreranno di aver compreso e di essere capaci di utilizzare tutti i contenuti dell’insegnamento risolvendo problemi più complessi. Il mancato superamento dell’esame può essere dovuto all’insufficiente conoscenza o comprensione dei concetti chiave, alla mancanza di riflessione su tali concetti e quindi alla scarsa capacità di applicazione nella risoluzione dei problemi.

Strumenti a supporto della didattica

La docente tiene le lezioni senza l'ausilio di trasparenze o dispense, utilizzando solo la lavagna tradizionale e il gesso. Per questo la frequenza alle lezioni, sebbene non obbligatoria, è considerata molto utile. Occasionalmente possono essere presentati filmati e trasparenze per facilitare la comprensione di alcuni concetti.

Orario di ricevimento

Consulta il sito web di Annarita Margiotta