Docente: Orchidea Maria Lecian

Sapienza- Università degli Studi di Roma,

Facoltà di Ingegneria Civile e Industriale- DICEA

orchideamaria.lecian@uniroma1.it

FISICA GENERALE

L23

Programma AA 2018-2019

26 FEB 2018- 1 GIU 2018

Teoria

(Richiami di calcolo vettoriale).

Meccanica: posizione, velocità, accelerazione; integrazione dell'equazione oraria, spostamento;

moto rotatorio.

Dinamica: punto materiale; quantità di moto; il primo principio della dinamica, il secondo

principio della dinamica, il terzo principio della dinamica.

Forza, lavoro, energia; conservazione dell'energia meccanica.

Dinamica dei sistemi.

Dinamica dei corpi rigidi.

Meccanica dei Fluidi.

Gravitazione Universale: forza, potenziale.

Termodinamica: grandezze termodinamiche, equazioni di stato; lavoro e calore; il primo

principio della termodinamica, il secondo principio della termodinamica, il postulato di

Nerst-Planck.

Elettrostatica del vuoto: forza, potenziale, campo elettrico, linee di flusso.

Il campo magnetico: forza, potenziale, linee di flusso.

Campi elettrici e megnetici lentamente variabili; Campi elettrici e megnetici veolcemente

variabili.

Ottica: dispersione, diffusione, diffrazione, rifrazione, interferenza.

Sono previste esercitazioni per lo svolgimento di esercizi e problemi.

Testi consigliati

C. Mencuccini; V. Silvestrini, Fisica 1: meccanica, termodinamica : corso di sica per

le facoltà tecnico-scientiche corredato di esempi ed esercizi, Editore: Liguori, Napoli.

C. Mencuccini; V. Silvestrini, Fisica 2: Elettromagnetismo-ottica. Corso di sica per le

facoltà scientiche. Con esempi ed esercizi, Editore: Liguori, Napoli.

H.A. Radi, J.O. Rasmussen, Principles of Physics For Scientists and Engineers, Springer

International Publishing.

Esame: soluzione di problemi, elementi di teoria.

MAR 6 MAR 2018

14:30-18:30

 

(Elementi di calcolo vettoriale)

Sistemi di riferimento; trasormazioni

Le equazioni del moto

Il moto rettilineo

Il moto rotatorio

L'ascissa curvilinea

Formula di Poisson

Spostamenteo, velocità, accelerazione

Definizione delle grandezze fisiche, analisi dimensionale, unità di misura, sistemi di misura (cgs; Mks).

Esempi:il moto retttilino unirome, il moto uniformemente accelerato

Esercizi: integrazione delle eq.ni del moto; ascissa curvilinea

Problemi: il moto rotatorio uniforme, il moto rotatorio non uniforme

LUN 12 Mar 2018

9:30-13:30

Sistemi di riferimento: velocità di trascinamento, accelerazione centripeta, accelerazione di Coriolis.

Il primo principio della dinamica. Il secondo principio della dinamica. Il terzio principio della dinamica. Massa variabile; Forza, quantità di moto, impulso.

Esercizi: caduta del grave; lancio del grave.

Problemi: altri esempi.

MAR 13 Mar 2018

13:30-17-30

Definizione: momento di un vettore.

Definizioni: momento di una forza; impulso. 

Lavoro, energia.

Reazione vincolare.

Esercizio: grave in frenata.

Problemi: grave fermo su disco rotante di massa trasurabile, pendolo di Focault.

Problemi: asissa curvilinea, moto parabolico, conservazione dell'energia in tre dimensioni.

Dinamica dei sistemi: definizioni.

Urti: elastici, anelastici, completamente anelastici.

Problemi: urti anelastici.

LUN 19 Mar 2018

Dinamica dei sistemi.

Centro di massa.

Momento delle quantià di moto; momento angolare, momento delle forze  esterne.

Momento d'inerzia; raggio di girazione; coefficiene d'inerzia; ellissoide d'inerzia.

Esercizi: urti elestici; urti completemente anelastici.

Mar 20 Mar 2018

Attrito statico, attrito dinamico, resistenza del mezzo: equazione oraria; decomposizione vettoriale. Legge di Amontons.

Teorema di Huygens- Steiner.

Esercizi: momento d'inerzia rispetto al centro di massa e rispetto ad un altro punto per: barra sottile, anello sottile o cilindro a pareti sottili vuoti; disco pieno e cilindro pieno; sfera piena.

Problemi: punto materiale di massa non trascurabile vincolato a muoversi con atttrito su guida orizzontale libera di muoversi su piano orizzontale;  punto materiale di massa non trascuarabile vincolato su guida senza attrito individuata dal un raggio di disco di massa non trascurabile rotante attorno al centro; punto materiale di massa non trascurabile vincolato a muoversi con attrito su guida circolare vuota di massa non trascurabile: guida circolare su piano orizzontale e guida circolare su piano verticale.

LUN 26 Mar 2018

9:30-13:30

Gravitazione Universale: Leggi di Keplero; (definizioni: ellissi, eccentricità).

Forza gravtiazionale, potenziale gravitazionale; lavoro; conservazione dell'energia.

Costante di graviazione universale; Esercizio: bilancia di torsione.

Esercizio: velocità angolare di un pianeta.

Problema:velocità di fuga di un satellite; lavoro svolto.

Meccanica dei fluidi e dinamica dei fluidi.

Comportamento elastico, comportamento plastico, deformazione residua; coefficienti di defromazione termica e di conduttività termica.

Forze di volume. Ascissa curvilinea: sforzo; sforzo normale, sforzo tangenziale. Pressione (Pacal, atmosfere, mm di Hg, bar, Torricelli). Modulo di Young.  Legge di Hooke. Modulo di taglio.

Liquidi: liquidi ideali; tensione superficiale.

Fluidi: fluidi ideali. 

Fluidi comprimibili e incomprimibili; tubi di flusso. Equazione di Bernoulli; lavoro ed energia.

Esempi: tubi di flusso e decomposizione delle forze per filo , cilindro sottile, cilindro, prisma retto, parallelogramma, tubo di flusso generico.

Equazioni del moto per la forza di Archimede.

Problema: erogazione dell'acqua a pressione non atmosferica.

MAR 27 Mar 2017

Esercitazione proposta: integrazione delle equazioni orarie, decomposizione vettoriale delle forze; uità di misura.

VEN 6 Apr 2018

Termodinamica.

Temperatura: definizione, analisi dimensionale, unità di misura., scale termometriche.

Sistemi termodinamici: definizioni: aperto, ciusio, isolato.

Descrizione macroscopica: equilibrio termodinamico; sistema stazionario.

Pareti e setti per contenitori sperimentali: impermeabili, rigidi, fissi, adiabatici, diatermici.

Energia per sistemi termodinamici: energia termica, energia meccanica.

Forze esercitate sui contenitori: variazione della quantità di mto-

Principio zero della termodinamica.

Equazioni di stato. Gas perfetti: legge di Boyle-Mariotte; equazione dei gas ideali; legge di Dalton.

Equazione dei stato dei gas perfetti.

Corrispondenze tra calore e levoro: leggi sperimentali; espressione differenziale ed integrazione.

Caloria: definzioni: piccoola caloria e grande caloria; analisi dimensionale, uità di misura.

Mole, kilogrammo-molecola, massa molecolare;  numero di Avogadro; Capacità termica, calore molare, calore atomico.

Liquidi, fluidi:rapporto tra capacità termica a volume constante e capacità temica a pressione costante.

Solidi: legge di stato di Petit e Dulong, definizione ditemperatura di Debye. Trasmissione del calore. Imersione: legge di Newton; irraggiamento: legge di Stefan-Boltzman, esempio: sfera che cede calore per irraggiamento. Conduzione del calore: legge di Fourier nei casi bidimensioale e trdimensionale, conduttività termica, ;coefficiente di  condizione di stazionarità: legge di Laplace.

LUN 9 Apr 2018

Il Terzo principio della Termodinamica: il princio di Nesrt; equivalenza con l'enunciato di Clausius; disugugaglianza di Clusius.

Trasormazioni irreversibili:; Entropia. Passaggi di stato.

Macchine: macchne di Carnot; rendimento, lovoro, calori ceduto ed assorbito.. Macchine non ideali.

Ciclo di Carnot nel piano ST.

Macchine a più sorgenti. 

Esercizi: entropia di un gas perfetto per trasformazioni isocora, isoterma, isobara, adiabatica.

Problemi: equilibrio termico; macchine frigorifere.

.

Cenni di descrizione macroscopica telle teoria cinetica dei gas: distribuzione delle velocità: esesmpi di integrazione su angoli solidi.

La carica elettrica: definizione, analisi dimensionale. La forza di Coulomb.

Il campo elettrostatico nel vuoto.Intensità di corrente

Il campo elettrico. Campi conservativi; flusso di in vettore, criterio di Faraday.

Lavoro del campo elettrico. Potenziale elettrostatico. Definizione, analisi dimensionale. Esercizi: eq.ni dle moto con ascissa curvilinea.

Flusso del ccampo elettrico: teorema di Gauss. 

Eq.ni differenziali per il cmapo elettrostatico; ipotesi per l'esistenza del potenziale.

Linee di flusso e linee equipotenziali.

Elementi di teoria dei circuiti. Resistenza, capacità, induttanza; definizione, analisi dimensionale.

Il campo magnetico nel vuoto.

Induzione eletromagnetica nel vuoto. Seconda legge di Laplace. Esercizio: filo sottile; con intensità di corrente: forze risultanti.

Legge di Bio-Savart;  permeabilità magnetica del vuoto; prima formula di Laplace. Campo magnetico generato da carica elettrica nel vuoto. Forza di Lorentz.

Problema: eq.ne oraria per la forza di Lorentz con ascissa curvlinea.

VEN 13 Aprile 2018

Esercitazione proposta.

Elementi di teoria dei ciruiti: integrazione delle equazioni orarie per resistenza, capacità, induttanza.

Espansione adiabatica reversibile in recipiente con pistone soggetto a foza di gravità retto da molla con costante elastica.

Recipente con setto contente gas perfetto e vapor cque: espansione adiabatica del vapor acque, passaggio di stato del vapor acqueo.

Entropia di macchina termodinamica non ideale a più sorgenti.

Rendimento di na macchina di Carnot al variare del gas (monoatomico, biatomico, triatomico).

Calore ceduto e calore scambiato in funzione del volume. 

LUN 16 Aprile 2018

Esecitazione proposta: decomposizione vettoriale delle forze: sistemi cartesiani.

MAR 17 Apr 2018

Esercizio: discussione delle condizioni iniziali per l'integrazione delle equazioni orarie; caso particolare: lancio del grave

Esercizio: ascissa cruvilinea, velocità normale e tangenziale, accelerazione normale e tangenziale, espressione cartesiana.

LUN 23 Apr 2018

Formulazione locale della legge di Ohm. Forza elettromotrice: formulazione microscopica Elementi di teoria dei circuiti (cenni): generatore ideale di corrente continua, filo ideale macroscopico, resitenza capacità, induttanza; esempi di riduzione del circuito: serie, parallelo. Forza elettromotrice indotta: descrizione macroscopica.

Proprietà magnetiche della materia: suscettività magnetica (materiali diamagnetici, paramagnetici e ferromagnetici).

Densità unitaria di carica. Filo macroscopico, circonferenza, elica (spira) percorsi da corrente: ascissa curvilinea. Ago magnetico. Percorsi concatenati, percorsi non concatenati.

 

Potenziale vettore per il campo magnetico, potenziale magnetico: esistenza ed unicità (dimostrazione alla Coulomb). Intensità di magnetizzazione. eq.ne di Poisson; intensità del campo magnetico: 1a formula di Laplace.

Riflessione, rifrazione; interferenza.

Nodi, ventri; fenomeni periodici e fenomeni non periodici.

Interferenza: sorgenti coerenti; sorgenti primaria; sorgenti secondarie.

Polarizzazione; onde piane.

Approssimazione di ottica geometrica.

Problemi: specchio piano; specchio sferico; diottro semplice; diottro sottile. (con definizioni).

Problema: sorgente primaria da foro su superficei di separazione emette lunghezza donda, poi divisa da altra spuerfice di separazione in due sorgenti secondarie- interferenza.

MAR 08 Mag 2018

Campo elettrico non conservativo; autoinduzione.

Problema: induttanza della spira.

Potenza; potenza per unità di spuerficie; trasporto di energia di un'onda piana; densità d'energia; intensità d'energia trasportata da un'onda piana.

Problema: condizioni sul potenziale di una forza per le condizioni iniziali per l'equazione oraria di un punto materiale.

Problema:utilizzando le definizioni della dimostrazione alla Coulomb, dati due fili infiniti paralleli percorsi da corrente, calcolare il potenziale vettore ed i casi del flusso del campo magnetico (flussi concatenati e flussi non concatenati).

LUN 14 Mag 2018

Th. di Ampère: momento orientatore; momenro orientatore per spira piana di qualsiasi forma; 1a Formula elemntare di Laplace; in terazione tra due circuiti; lavoro; momento magneico, monento angolare: rapporto giromagnetico.

Autoflusso; coefficiente di mutuaa induzione; energia del k.simoflusso concatenato con l'i-esimo circuito; Energia mutua; flusso con catenato con N circuiti; Energia di mutua induzione; energia mutua; autoenergia, en. intrinseca.Momento orientatore.

Problemi: campo magnetico di file rettilineo indeinito perscorso da corrente; campo magnetico e forza per due fili rettilinei peralleli percorsi da corrente in presenza di filo di lunghezza finita perperdicolare agli stessi percorso da differente intesnità di corrente, energia e forza di mutua induzione; campo magnetico; coeff. di mutua induzione ed energia di mutua induzione per due spire circolari parallele, soggette e forza di graità, di cui una è sorretta da sbarra di massa trascurabule con carico di rotttura.

 Problemi: cilindro omogeneo su piano inclinato

 disco rigido omogeneo rotola senza strisciare su piano scabro orizzontale

 con coeff di attrito dinamico.

Rilevazione opinione studenti su dispositivo telematico in Aula.

VEN 18 Mag 2018

Problemi: esempi di riduzione di circuiti contenenti resistori; considerare quindi per una spira circolare percorsa dall'intensità di corente calcolata nei casi precedenti, calcolare il campo magnetico (tramite il flusso concatenato al circuito) ed il potenziale vettore.

Problemi: attrito statico, attrito dinamico, reazione del vincolo, forze sterne per un punto materiale: decomposizione vettoriale ed ascisa curvilinea.

Problemi: contenitore termodinamico chiuso di forma parallelepipeda diviso da un pistone di massa non trascurabile e sezione trascurabile contenete due quantità di gas perfetto diverse, quindi considerare il caso del setto in posizione verticale ed in posizione orizzontale, il lavoro svolto nei due casi per cambiamenti di volume e pressione deille due quantità di gas, l'equazione oraria del pistone ( tramite le coordinate del centro di massa) per trasormzaioni reversibili (confronto con trasformazioni irreversibili).

LUN 21 Mag 2018

Ago megnetico. 

Spira solenoidale/solenoide retto; esecizio: campo magneitco.

Bobine di Helmotz; esercizio: campo magnetico.

Monopolo elettrico. Dipolo elettrico: campo elettrico. Dipolo magnetico.

Problemi: riduzione di un circuito contenete un genenratore e tre condesatori; riduzione di un circuito contenete due genenratore e tre condesatori; riduzione di un circuito contente un generatore, un resistore ed un condensatore: energia, lavoro, potenza enrgia dissipata per effetto Joule; considerare le spire percorse dalla stessa intensità di corrente, il campo magnetico, il flusso concatenato del campo magnetico, il potenziale vettore.

MAR 29 Mag 2018

Legge di Hopkinson (formulazione).

Problema: rendimento e rapporto di Cluasius per macchina termodinamica a gas pergetto monoatomico sviluppa potena tramite ciclo reversibile di compressione isobara, riscaldamneto isocoro, trasformaione isoterma fino allo stato iniziale. 

Problema: intensità di corrente, numero di circonferenze ( delle spire) e coefficiente di mutua induzione per circuito (manetico) consitituito da spire e fili ideali di lunghezza finita, equivalente a circuito di resistenze in parallelo.

Problema: moto di un elettrone con condizioni iniziai sulle equazioni orarie in un condensatore piano.

DATE ESAMI

Aula 2

giorno 1

prova scritta ore 9:30-13-30

prova orale ore 13:30-18:30

prova scritta: risoluzione di problemi (consentita calcolatrice scientiica)

prova orale: definizioni e dimostrazioni di teoria