ECTS - University of Pisa
Al termine del corso lo studente avra’ maturato conoscenze di base di meccanica, fluidodinamica e fluidostatica. Tra gli obiettivi principali, lo studente deve acquisire padronanza con le grandezze fisiche fondamentali di tipo scalare e vettoriale riguardanti gli argomenti del corso, e le loro unita’ di misura; comprendere le leggi fondamentali della fluidostatica e fluidodinamica, i principi di conservazione dell’energia, quantità’ di moto e momento angolare. Tali conoscenze di base permetteranno allo studente di risolvere problemi elementari di meccanica, fluidodinamica e fluidostatica, comprendendone le applicazioni nel mondo reale e nelle esperienze quotidiane. Lo studente deve essere in grado di risolvere analiticamente, in modo autonomo, un problema e poi calcolare numericamente i risultati nelle unita’ di misura giuste. Per la risoluzione dei problemi lo studente deve essere in grado di utilizzare strumenti matematici di base (cfr. prerequisiti).
At the end of the course the student will have acquired basic knowledge of mechanics, fluid dynamics and fluid statics. Among the main objectives, the student must master the fundamental physical quantities of a scalar and vector type regarding the topics of the course, and their units of measurement; understand the fundamental laws of fluid statics and fluid dynamics, the principles of energy conservation, momentum and angular momentum.
This basic knowledge will allow the student to solve elementary problems of mechanics, fluid dynamics and fluidostatics, understanding their applications in the real world and in everyday experiences. The student must be able to solve a problem analytically, independently, and then numerically calculate the results in the right units of measurement. For problem solving the student must be able to use basic mathematical tools (see prerequisites).
Il corso prevede lezioni frontali di teoria con diversi esempi (soluzione di problemi) per ogni argomento trattato. La soluzione di problemi inerenti gli argomenti trattati durante le lezioni costituisce il principale strumento di verifica delle conoscenze acquisite. Ciascuno studente puo` essere soggetto a questa verifica durante le ore di esercitazione, o mediante risposta a specifica domanda posta dal docente, o essendo chiamato allo svolgimento di un esercizio alla lavagna. Il livello di difficolta` dei problemi affrontati e` vario: si passa dallo svolgimento di esercizi di consolidamento fino alla soluzione di testi proposti in sessioni d'esame precedenti.
The course includes lectures on theory with different examples (problem solving) for each topic covered. The solution of problems concerning the topics covered during the lessons is the main tool for verifying the acquired knowledge. Each student can be subjected to this check during the hours of practice, or by answering a specific question posed by the teacher, or by being called to carry out an exercise on the blackboard. The level of difficulty of the problems faced is varied: from carrying out consolidation exercises to solving texts proposed in previous exam sessions.
Al termine del corso lo studente sara` in grado di sfruttare le conoscenze acquisite per:
At the end of the course the student will be able to exploit the knowledge acquired to:
Svolgimento di esercizi/problemi durante le prove di verifica e di esame.
Carrying out of exercises / problems during the tests and examinations.
Lo studio degli argomenti del corso dovrebbe porre ciascuno studente nella situazione di riuscire a impostare formalmente qualsiasi problema proposto (non solo nell'ambito della Fisica), definendone i dati e gli obiettivi, e conseguendone il risultato. Maturando la capacita` di inviduare i limiti dei modelli utilizzati sviluppando il proprio senso critico.
The study of the topics of the course should place each student in the situation of being able to formally formulate any proposed problem (not only in the field of Physics), defining the data and objectives, and achieving the result. By maturing the ability to identify the limits of the models used by developing one's critical sense.
Inserimento, negli esercizi proposti, di questioni specifiche con richiesta di descrizione delle caratteristiche del sistema fisico in oggetto in base alle ipotesi formulate.
Inclusion, in the proposed exercises, of specific questions with a request for a description of the characteristics of the physical system in question based on the hypotheses formulated.
Conoscenze di matematica di base delle scuole superiori e/o trattati nel corso di Analisi Matematica. In particolare, e’ richiesta familiarità con il calcolo algebrico elementare, la trigonometria di base, le derivate e gli integrali di funzioni elementari (essenzialmente polinomi, esponenziali e logaritmi).
Basic knowledge of high school mathematics and / or treated in the course of Mathematical Analysis. In particular, familiarity with elementary algebraic calculus, basic trigonometry, derivatives and integrals of elementary functions (essentially polynomials, exponentials and logarithms) is required.
Il corso si articola in:
The course is divided into: lectures (whose frequency is recommended), carried out on the blackboard; exercises (the frequency of which is recommended), carried out "interactively" on the blackboard through the participation of students; student reception on request, conceived as a moment of clarification and / or deepening of the topics covered in class; laboratory experiences (whose attendance is compulsory), to be carried out in groups of 2/3 students, in which an experimental verification of the validity of some of the most important laws of mechanics is obtained.
Il corso annuale consta di 9 crediti. Il corso comprende il modulo di Meccanica che include anche lo studio dei Fluidi (statica e dinamica dei fluidi), inoltre nel secondo semestre sono previste esperienze di laboratorio sul solo modulo di Meccanica. Gli argomenti principali del corso sono suddivisi come segue:
Grandezze fisiche, sistemi di unità di misura e vettori
Grandezze fisiche e sistemi di unita’ di misura, campioni universali (lunghezza, massa, tempo), dimensioni e analisi dimensionale, generalita’ su vettori e grandezze vettoriali, operazioni con i vettori
Cinematica in 1 e 2 dimensioni
Definizione di posizione e spostamento, velocita’ media e velocita’ istantanea, accelerazione. Moto uniforme ed uniformemente accelerato: formule cinematiche mediante integrazione analitica, cinematica in due e tre dimensioni, leggi orarie. Caso del moto dei proiettili. Analisi dei moti circolari, moti relativi.
Forze e leggi della dinamica
Leggi della dinamica, esempi di forze particolari: attrito, elastica. Moto in sistemi di riferimento non inerziali, Accelerazione di Coriolis.
Lavoro ed energia
Definizione di lavoro di una forza, Teorema dell’energia cinetica, energia potenziale. Forze conservative e non, principio di conservazione dell'energia, definizione di potenza.
Moti oscillatori
Introduzione al moto armonico semplice, energia di un oscillatore armonico, analogie moto armonico e moto circolare, il moto armonico smorzato. Caso di studio: il pendolo semplice
Quantità di moto e urti
La conservazione della quantita’ di moto in sistemi isolati, Teorema dell’impulso e forze impulsive. Classificazione degli urti, studio degli urti elastici e completamente anelastici
Centro di massa, corpo rigido e momento angolare
Definizione e calcolo del centro di massa di sistemi discreti e continui, il corpo rigido.
Le variabili rotazionali necessarie per la descrizione del moto di un corpo rigido. Momento di una forza, momento di inerzia: definizione e significato.
Energia cinetica rotazionale, moto di rotolamento puro, momento angolare e sua conservazione, condizioni di equilibrio statico.
Gravitazione universale
Legge di gravitazione universale, Tre leggi di Keplero, energia potenziale gravitazionale e velocita' di fuga
Statica e Dinamica dei fluidi
Definizione di densita’ e pressione, caso dei vasi comunicanti.
Dimostrazione del principio di Pascal, del principio di Archimede
e dell’equazione di Bernoulli. Esempi notevoli.
Il testo principale di riferimento e': Ferrari, Luci, Mariani, Pelissetto Fisica I (Meccanica e Termodinamica) Idelson-Gnocchi
Altri testi di consultazione: S. Rosati, Fisica Generale (ed. CEA), o il testo di P. Mazzoldi, M. Nigro, C. Voci, Fisica Generale, vol. 1 (ed. Edises)
Testi di esercizi: S. Rosati, R. Casali, Problemi di Fisica Generale (ed. CEA), oppure P. Mazzoldi, A. Saggion, C. Voci, Problemi di Fisica Generale, Meccanica Termodinamica (ed. CEA)
Main Text: Ferrari, Luci, Mariani, Pelissetto Fisica I (Meccanica e Termodinamica) Idelson-Gnocchi
Other texts:
S. Rosati, Fisica Generale (ed. CEA), o il testo di P. Mazzoldi, M. Nigro, C. Voci, Fisica Generale, vol. 1 (ed. Edises)
Exercises: S. Rosati, R. Casali, Problemi di Fisica Generale (ed. CEA), or P. Mazzoldi, A. Saggion, C. Voci, Problemi di Fisica Generale, Meccanica Termodinamica (ed. CEA)
La verifica delle conoscenze e metodologie acquisite durante il corso prevede un esame scritto e uno orale. Puo` essere esonerato dalla prima lo studente che abbia superato entrambe le prove in itinere (ovvero abbia conseguito in entrambe le prove un voto pari o superiore a 18). Durante le prove scritte gli studenti possono utilizzare la calcolatrice. Non e' consentito l'uso di libri, appunti, smartphone, tablet, etc.
Altre regole:
The verification of the knowledge and methodologies acquired during the course includes a written and an oral exam. The student who has passed both tests in itinere (or has obtained a mark equal to or higher than 18 in both tests) may be exempted from the first. During the written tests, students can use the calculator. The use of books, notes, smartphones, tablets, etc. is not allowed.
-1. Written exam It requires (in a maximum time of three hours) the performance of 2/3 exercises on the entire program of the course. The final grade, expressed out of thirty, is assessed analytically on the basis of the answers provided by the student to each of the questions in which an exercise is divided. The clarity of the development is an essential element of evaluation (as well as, obviously, the correctness of the answer and the rigor of the arguments used). The test is passed if the student achieves a score of not less than 18/30. The same threshold also applies to the scores of the ongoing tests.
-2 Oral exam It consists of a discussion of problems inspired by the course program and of the experiences carried out in the laboratory and contributes, together with the outcome of the written test, to the final evaluation of the exam. It is accessed after passing a written test (or the ongoing tests) and having delivered, together with the students of the same group, a report for each experience carried out in the laboratory.
Other rules: It is allowed to each student, already in possession of the qualifications to access an oral exam, to defer it to a subsequent exam, as long as it is within the end of the current academic year (i.e. within the last exam of the winter session. subsequent to that of the written test). While waiting for the oral test, the possibility of repeating a written test is also granted, under the condition that the delivery of the paper invalidates the outcome of the previous test. The teachers reserve the right to allow, from time to time, the consultation of texts and / or notes during the written test.
