FISICA

Docente Salvatore Altieri

Descrizione

Introduzione alla Fisica: dalla conoscenza di senso comune a quella formalizzata, peculiarità, linguaggi e rappresentazioni della Fisica. Sistemi di riferimento cartesiano e sferico polare. Definizione operativa di grandezza fisica e unità di misura, Sistema Internazionale delle unità di misura, notazione scientifica, ordine di grandezza, errori e cifre significative. Grandezze fisiche adimensionali, angoli piani e angoli solidi. Modellizzazioni: punto materiale, corpo rigido e approssimazione del continuo.

Strumenti matematici - Teorema di Pitagora, funzioni trigonometriche. Grandezze scalari e vettoriali. Definizione, proprietà e rappresentazione grafica e analitica dei vettori. Proprietà e operazioni con i vettori: somma e differenza  di vettori col metodo punta-coda e del parallelogramma. Scomposizione in componenti. Moltiplicazione per uno scalare, prodotto scalare e prodotto vettoriale tra vettori. Definizione e proprietà dei versori. Concetto di matrice e calcolo del determinante di una matrice. Calcolo del prodotto vettoriale mediante calcolo del determinante  di minori. Esercizi sulle proprietà e sulle operazioni con i vettori.

Cinematica del punto materiale - Relatività del moto, moto in due dimensioni, traiettoria e legge oraria, vettore posizione e vettore spostamento. Derivata prima e derivata seconda di una funzione: definizione, proprietà, interpretazione geometrica e regole di derivazione. Concetto di velocità e accelerazione nel moto vario. Velocità e accelerazioni medie ed istantanee. Velocità tangenziale e velocità angolare. Accelerazione tangenziale e accelerazione centripeta. Esercizi su velocità e accelerazione medie e istantanee. Moto circolare uniforme: legge oraria, periodo e calcolo di velocità e accelerazione. Metodo del cerchio osculatore. Relazioni algebriche tra i vettori velocità tangenziale, velocità angolare e accelerazione centripeta nel moto in 2D.

Dinamica del punto materiale - Definizione statica di forza. Principio di relatività di Galileo e principio di inerzia. Sistemi di riferimento inerziali. Urto elastico tra sfere rigide: quantità di moto e relativo principio di conservazione. Concetto di interazione. Definizione dinamica di forza media e istantanea a partire dalla quantità di moto: la Legge di Newton, formulazione e conseguenze. Terzo principio della dinamica (azione e  reazione): equivalenza con il principio di conservazione della quantità di moto. Impostazione del problema dinamico. Gradi di libertà di un sistema di particelle. Esempi e applicazioni delle leggi della dinamica

Introduzione e uso degli integrali nel problema dinamico - Concetto di integrazione come operazione inversa della derivazione. Interpretazione geometrica e proprietà degli integrali. Metodi di integrazione. Metodi di risoluzione del problema dinamico. Risoluzione del problema dinamico nei casi di forza costante e variabile nel tempo: integrazione della legge di Newton. Risoluzione del problema del moto di un grave, di un proiettile e di un punto materiale lungo un piano inclinato. Teorema dell’impulso: teoria ed applicazioni.

Le leggi delle forze e le forze nella pratica - Forze a distanza: forza gravitazionale e forza elettrostatica. Forze di contatto: reazioni vincolari, forze elastiche, forze di attrito statico e dinamico, attrito radente e volvente. Attrito in un Fluido. Forza peso, massa inerziale e massa gravitazionale. Esercizi sulle leggi della dinamica: forza normale, tensione di una fune, piani inclinati, carrucole. Forze apparenti e sistemi non inerziali: forza centripeta e forza centrifuga.

 

Momento angolare e di momento di una forza per una singola particella - Teorema del momento angolare. Conservazione del momento angolare. Significato fisico e implicazioni del teorema di conservazione del momento angolare. Il teorema del momento angolare applicato al caso di: gravitazione, forze centrali, sistemi ruotanti.

Dinamica di un sistema di particelle - Equazioni cardinali del sistema di particelle. Il corpo rigido: proprietà e gradi di libertà. Centro di massa, centro delle forze e baricentro di un sistema di particelle. Momento di inerzia di un sistema di particelle. Energia cinetica di rotazione di un sistema di punti materiali e di un corpo rigido.

Moto armonico semplice - il pendolo semplice e i sistemi massa-molla. L’equazione del moto di un oscillatore armonico semplice ricavata applicando il teorema del momento angolare. Periodo, frequenza e pulsazione di un oscillatore armonico semplice. Molle collegate in serie e in parallelo. Esercizi sul moto armonico semplice.

Lavoro di una forza ed energia - Energia cinetica e teorema dell’energia cinetica. Lavoro di una forza conservativa: potenziale meccanico ed energia potenziale. Relazione tra le componenti della forza e l’energia potenziale: la forza come gradiente dell’energia potenziale. Il teorema di Schwartz. Conservatività della forza gravitazionale, della forza Elettrostatica di Coulomb e della forza elastica. Descrizione del moto mediante la conoscenza delle curve di energia potenziale. Energia potenziale Gravitazionale, elettrostatica ed elastica. Energia potenziale di una forza costante: la forza peso. Indipendenza dell’energia potenziale dal sistema di riferimento.

Principio di conservazione dell’energia meccanica totale per una forza conservativa. Generalizzazione del Principio di conservazione dell’energia meccanica totale nel caso di presenza di forze non conservative. Potenza media e potenza istantanea. Superfici equipotenziali. Esercizi sul principio di conservazione dell’energia meccanica totale con e senza attrito.

Dalle forze ai campi - Campo gravitazionale e campo elettrostatico. Rappresentazione grafica del campo elettrico e gravitazionale mediante la costruzione delle linee di campo. Densità di energia immagazzinata in un campo elettrico/gravitazionale. Cenni sul campo magnetico: forze esercitate tra fili percorsi da correnti elettriche. Forza esercitata da un magnete su una carica elettrica. Origine microscopica del magnetismo nelle calamite. Flusso elementare di un campo vettoriale attraverso una superficie orientata. Il teorema di Gauss per il campo gravitazionale e per il campo elettrostatico. Applicazioni del teorema di Gauss: calcolo del campo gravitazionale/elettrostatico fuori e dentro una distribuzione sferica e uniforme di massa/cariche elettriche. Calcolo del campo elettrico generato da distribuzioni simmetriche di cariche elettriche: piano singolo e doppio di cariche elettriche, filo con distribuzione uniforme di carica.