ECTS - University of Pisa
Lo scopo principale del corso è introdurre gli studenti all'apprendimento delle metodologie e degli strumenti che caratterizzano il metodo fisico. In particolare gli studenti dovranno acquisire buona conoscenza dei principali concetti di cinematica, di dinamica del punto materiale e di statica e dinamica dei sistemi con particolar riferimento al corpo rigido. Gli studenti dovranno conoscere le principali leggi della statica dei fluidi e della termodinamica.
The main purpose of the course is to introduce students to learning the methodologies and tools that characterize the physical method. In particular, students will have to acquire good knowledge of the main concepts of kinematics, dynamics of the material point and statics and dynamics of systems with particular reference to the rigid body. Students will have to know the main laws of fluid statics and thermodynamics.
La verifica delle conoscenze acquisite sarà fatta attraverso una prova scritta volta a verificare la capacità dello studente nel risolvere problemi e una successiva prova orale dove verrà verificata la conoscenza dei principali aspetti teorici e metodologici.
The verification of the acquired knowledge will be done through a written test aimed at verifying the student's ability to solve problems and a subsequent oral test where the knowledge of the main theoretical and methodological aspects will be verified.
Al termine del corso lo student dovrà dimostrare
At the end of the course:
Durante l'anno:
During the year:
The student will have to demonstrate that he can correctly set up the analysis of even new physical problems.
Sarebbe utile che lo studente avesse conoscenza delle principali nozioni di:
It would be useful for the student to have knowledge of the main notions of:
Gli studenti che non potranno partecipare alle lezioni in presenza potranno vederle sulla piattaforma Microsofy Teams del corso per l'anno 2021/2022.
Durante l'anno vengono fatte due prove intermedie.
Il sito e-learning viene utilizzato per comunicare con gli studenti e per mettere tutte le informazioni sul corso. In particolare, vengono riportati i testi e soluzioni delle prove scritte e delle prove intermedie.
E' previsto un ricevimento per gli studenti ogni settimana.
Introduzione Grandezze fisiche, Campioni di lunghezza, massa e tempo. Errori di misura, cifre significative, cenni alla propagazione degli errori. Grandezze Scalari e vettoriali. Operazioni con vettori. Sistemi di Coordinate ( Cartesiane, polari e cilindriche).
Cinematica del punto materiale. Definizione di punto materiale. Legge oraria, velocità e accelerazione. Moto unidimensionale rettilineo ed uniforme e uniformemente accelerato. Moto in piu' dimensioni. La traiettoria e l'accelerazione tangenziale e centripeta. Moto uniformemente accelerato ( parabolico), moto circolare uniforme e uniformemente accelerato. Parametri caratteristici del moto circolare ed uniforme ( periodo, frequenza, velocità angolare). Trasformazioni di Galileo fra riferimenti in moto: la velocità relativa e l'accelerazione relativa.
I principi di Newton. Le 3 leggi di Newton e il concetto di riferimento inerziale. Il concetto di forza e le forze fondamentali in natura. L'interazione gravitazionale e la forza peso. La forza elettrostatica di Coulomb: la carica elettrica e la quantizzazione della carica. Forze a distanza e forze di contatto. La reazione vincolare, la forza di attrito statico e dinamico, la forza di attrito viscoso, la forza elastica. L'equazione del moto ed il Problema fondamentale della Dinamica: alcuni esempi di soluzione dell'equazioni del moto. Sistemi di riferimento accelerati e forze apparenti.
Il lavoro e L'energia. Lavoro di una forza. Energia cinetica e il Teorema dell'energia cinetica. Potenza di una forza. Definizione di Forze Conservative. L'energia potenziale: energia potenziale gravitazionale, elastica ed elettrostatica. L'Energia Meccanica e il Teorema di conservazione dell'energia meccanica. Il lavoro delle forze non conservative.
Dinamica rotazionale del punto materiale. Momento di una forza rispetto ad un polo e momento della quantità di moto ( o momento angolare) rispetto ad un polo. Il momento di inerzia di un punto materiale rispetto ad un asse. Legame fra momento della quantità di moto e momento angolare. Analogia formale e corrispondenze fra equazioni del moto traslatorio e del moto rotatorio.
Dinamica dei Sistemi di corpi. Sistemi discreti e sistemi continui: densità di massa di volume, di superficie e lineare. La quantità di moto totale del sistema. Il centro di massa. Legame fra velocità del centro di massa e quantità di moto totale. La I Equazione Cardinale della dinamica dei sistemi. Il principio di conservazione della quantità di moto. Equazione del moto per il centro di massa. L'impulso di una forza e la forza media. Il teorema dell'Impulso. Forze impulsive e non. Urti elastici ed anelastici fra corpi. Il pricipio dell'aereo a reazione. Il momento totale della quantità di moto di un sistema. La II Equazione Cardinale della dinamica dei sistemi. La conservazione del momento totale della quantità di moto. Poli rispetto ai quali vale la II equazione cardinale. ( punti fissi o centro di massa).
Cenni alle proprietà del corpo rigido. Moto rotatorio di un corpo rigido. Il vettore velocità angolare e il suo legame con la velocità in un generico punto. Il momento angolare di un corpo rigido che ruota attorno ad un asse. Il momento di inerzia di un corpo rigido rispetto ad un asse.Il momento di inerzia di una barretta e di un cilindro. Il Teorema di Steiner degli Assi Paralleli. Energia cinetica di un corpo rigido ruotante. Il moto rototraslatorio di un corpo rigido. Legame generale fra velocità di un punto del corpo rigido, velocità di un altro punto e velocità angolare. L'energia totale di un corpo rigido che compie un moto rototraslatorio : energia cinetica di traslazione + energia cinetica di rotazione. Il rotolamento puro: definizione ed esempi.
Elementi di idrostatica. La pressione. La pressione nei fluidi. La legge di Stevino e la legge di Archimede.
Termodinamica:Temperatura e termometri. Le scale termometriche principali. Dilatazione termica. Coefficienti di dilatazione termica volumica, di superficie o lineare e loro legame. Il concetto di calore, il calore specifico, la capacità termica e il calore latente. Equivalenza fra calore e lavoro. Il gas perfetto e l'equazione di stato. Cenni alla teoria cinetica dei gas ed interpretazione microscopica della temperatura. Il lavoro fatto da un gas. Il primo principio della termodinamica e sua applicazione alle trasformazioni di un gas perfetto ( isoterma, adiabatica, isocora, isobara). Trasformazioni reversibili ed irreversibili. Il secondo principio della Termodinamica. Il ciclo di Carnot. La Macchina di Carnot e il suo rendimento. La pompa di calore e il frigorifero. L’Entropia.
Introduction Physical quantities, Samples of length, mass and time. Measurement errors, significant figures, hints on the propagation of errors. Scalar and vector quantities. Operations with vectors. Coordinate systems (Cartesian, polar and cylindrical).
Kinematics of the material point. Definition of material point. Law of time, speed and acceleration. Rectilinear and uniform one-dimensional motion and uniformly accelerated. motion in two and three dimensions. The trajectory. Tangential and centripetal acceleration. Uniformly accelerated (parabolic) motion, uniform and uniformly accelerated circular motion. Characteristic parameters of circular and uniform motion (period, frequency, angular velocity). Galileo transformations between moving references: relative velocity and relative acceleration.
Newton's principles. Newton's 3 laws and the concept of inertial reference. The concept of force and the fundamental forces in nature. The gravitational interaction and the weight force. Coulomb's electrostatic force. Forces at a distance and contact forces. The constraint reaction, the static and dynamic friction force, the viscous friction force, the elastic force. The equation of motion and the Fundamental Problem of Dynamics: some examples of solution of the equations of motion. Accelerated reference systems and apparent forces.
Work and energy. Work of a force. Kinetic Energy and the Kinetic Energy Theorem. Power of a force. Definition of Conservative Forces. Potential energy: gravitational, elastic and electrostatic potential energy. Mechanical Energy and the Mechanical Energy Conservation Theorem. The work of non-conservative forces.
Rotational dynamics of the material point. Moment of a force with respect to a pole and moment of momentum (or angular momentum) with respect to a pole. The moment of inertia of a material point with respect to an axis. Link between momentum of momentum and angular momentum. Formal analogy and correspondences between equations of translatory motion and rotary motion.
Dynamics of systems of bodies. Discrete systems and continuous systems: volume, surface and linear mass density. The total momentum of the system. The center of mass. Link between center of mass velocity and total momentum. The I Cardinal Equation of Systems Dynamics. The principle of conservation of momentum. Equation of motion for the center of mass. The impulse of a force and the average force. The Impulse Theorem. Impulsive and non-impulsive forces. Elastic and inelastic collisions between bodies. The principle of the jet plane. The total momentum of a system's momentum. The II Cardinal Equation of the dynamics of systems. The conservation of the total moment of the momentum. Poles with respect to which the II cardinal equation holds. (fixed points or center of mass).
Outline of the properties of the rigid body. Rotational motion of a rigid body. The angular velocity vector and its relationship with the velocity at a generic point. The angular momentum of a rigid body rotating around an axis. The moment of inertia of a rigid body with respect to an axis. The moment of inertia of a rod and a cylinder. Steiner's Theorem of Parallel Axes. Kinetic energy of a rotating rigid body. The rototranslatory motion of a rigid body. General link between the velocity of a point of the rigid body, the velocity of another point and angular velocity. The total energy of a rigid body that performs a roto-translational motion: kinetic energy of translation + kinetic energy of rotation. Pure rolling: definition and examples.
Elements of hidrostatics. The pressure. The pressure in fluids. Stevino's law and Archimedes' law.
Thermodynamics: Temperature and thermometers. The main thermometric scales. Thermal expansion. Coefficients of volumic, surface or linear thermal expansion and their relationship. The concept of heat, specific heat, thermal capacity and latent heat. Equivalence between heat and work. The perfect gas and the equation of state. Outline of the kinetic theory of gases and microscopic interpretation of temperature. The work done by a gas. The first law of thermodynamics and its application to the transformations of a perfect gas (isothermal, adiabatic, isochoric, isobaric). Reversible and irreversible transformations. The second law of thermodynamics. The Carnot cycle. Carnot's Machine and its performance. The heat pump and the refrigerator. Entropy.
Bibliografia:
Dispense del corso e esercizi con soluzione presso La Copisteria "IL CAMPANO" di Pisa.
Appunti delle lezioni sul sito e-learning.
Libro Serway-Jewett: Fisica per Scienze ed Ingegneria Volume I ( Edises)( quinta edizione)
o, in alternativa
Paul A. Tipler Gene Mosca: Corso di Fisica per Scienze ed Ingegneria Volume I ( Zanichelli)( quarta edizione italiana).
Serway-Beichner: Fisica per Scienze ed Ingegneria Volume I ( Edises)( Terza edizione o successive).
Gli studenti non frequentanti potranno vedere le lezioni del corso in rete nella piattadorma Microsoft Teams del corso.
There are no variations foreseen for non-attending students.
L'esame consiste in due prove successive: una prova scritta ed una prova orale.
Esame Scritto: L'esame consiste nella risoluzione di alcuni problemi. La votazione è in trentesimi e, in caso di esito favorevole (maggiore o uguale a 15/30), lo studente può accedere ad un successivo colloquio orale. Per partecipare allo scritto, lo studente si deve iscrivere almeno 2 giorni prima della data dello scritto, cercando nella home page della Scuola di Ingegneria la casella PRENOTAZIONE ESAMI selezionando l'esame di interesse. Il giorno dello scritto, lo studente deve portare una calcolatrice per effettuare i calcoli numerici. Non possono essere portati allo scritto nè libri di testo nè libri di esercizi nè dispense o appunti. Gli studenti possono portare al massimo due fogli formato A4 o un foglio protocollo sulle cui pagine possono essere scritte le formule principali di matematica o fisica che gli studenti ritengano utili ai fini dello scritto. Dopo la conclusione dello scritto, il testo e le soluzioni degli esercizi vengono messi sul sito e-learning.
Modalità esame orale:
Gli studenti che abbiano riportato una votazione uguale o superiore a 15/30 sono AMMESSI a sostenere la prova orale. Per tale prova non può essere utilizzato nessun testo e nessun appunto. Non serve neppure il calcolatore. Lo studente dovrà portare solo una o più penne. Nel corso dell'orale verranno richiesti sia argomenti di tipo teorico che la risoluzione di esercizi.
Uno studente che è stato AMMESSO ad un dato appello di una data sessione ( estiva, autunnale o invernale) può presentarsi all' orale dello stesso appello o a quello di un qualunque altro appello della stessa sessione. Se lo studente si presenta ad un orale senza superarlo, lo scritto deve essere ripetuto nuovamente in un altro appello
The exam consists of two successive tests: a written test and an oral test. Due to Covid, it is expected that both the written and the oral will take place electronically. Written Exam The exam consists in solving some problems. The mark is out of thirty and, in the event of a favorable outcome (greater than or equal to 15/30), the student can access a subsequent oral interview. To participate in the writing, the student must register at least 2 days before the date of the writing, looking for the RESERVATION EXAMS box on the home page of the School of Engineering, selecting the exam of interest. On the day of test, the student must bring a calculator to perform numerical calculations. Neither textbooks nor exercise books nor handouts or notes can be used to the writing. Students can use a maximum of two A4 sheets or a protocol sheet on which pages can be written the main mathematics or physics formulas that the students consider useful for the purpose of writing. After the conclusion of the writing, the text and the solutions of the exercises are sent by e-mail to the students and are placed on the e-learning website. Oral exam Students who have achieved a mark equal to or greater than 15/30 are admitted to take the oral exam. No text and no notes can be used, a calculator is not needed. During the oral exam, both theoretical arguments and the solving of exercises will be verified. A student who has been admitted to a given exam session of a given session (summer, autumn or winter) can take part in the oral exam of the same exam or any other exam session of the same session. If the student does not pass the oral exam, the written exam must be repeated again in another session.
aula telematica utilizzata per lezioni, esercitazioni ed esami:
le lezioni telematiche del corso sono trasmesse negli orari ufficiali previsti nell’aula virtual di Microsoft Teams. Per trovare l'aula virtuale dovete:
L'Università ha predisposto questa pagina web con tutte le informazioni.
The computer room used for lessons, exercises and exams the online lessons of the course are broadcast during the official hours scheduled in the Microsoft Teams virtual classroom. To find the virtual classroom the student must:
