ITALIANO

1) Metodo Scientifico.
2) Cinematica del punto.
3) Moti relativi.
4) Dinamica del punto materiale.
5) Gravitazione universale.
6) Dinamica dei moti relativi.
7) Lavoro ed energia.
8) Dinamica dei sistemi.
9) Dinamica del corpo rigido.
10) Meccanica dei fluidi.
11) Termometria e calorimetria.
12) Gas perfetti.
13) Principi della Termodinamica.
14) Elementi di teoria degli errori di misura.

P. Mazzoldi, M. Nigro e C. Voci: Elementi di Fisica - Meccanica e Termodinamica. III Edizione. EdiSES

Sergio Rosati – Fisica Generale: Meccanica, Acustica, Termologia, Termodinamica, Teoria Cinetica dei Gas – Casa Editrice Ambrosiana.

E. Milani, M. Marinelli, G. Verona Rinati, C. Verona - Meccanica e termodinamica: Guida alla Soluzione degli Esercizi da Mazzoldi, Nigro, Voci - Fisica; Mazzoldi, Nigro, Voci - Elementi di Fisica
Edises.

- Conoscenza e capacità di comprensione:
L'insegnamento si prefigge l'obiettivo di fornire conoscenze di base sulle leggi della Meccanica classica e della Termodinamica. Più in generale, si intende condurre lo studente a familiarizzare con il metodo scientifico di indagine, con la rappresentazione, l’analisi e l'interpretazione delle leggi fisiche, la modellizzazione di fenomeni della fisica classica. Dunque, sarà stimolata la capacità di comprensione delle leggi della Fisica classica. Lo studente inoltre acquisirà il concetto di lavoro ed energia, nelle sue varie forme.

- Capacità di applicare conoscenza e comprensione:
L'insegnamento declina pienamente un percorso formativo al termine del quale lo studente sarà in grado di applicare le conoscenze acquisite per la descrizione di semplici sistemi meccanici e termodinamici e per la risoluzione di problemi specifici. Inoltre, al termine del corso lo studente possiederà gli strumenti per comprendere i limiti fondamentali della trasformazione di calore in lavoro. E' prevista un’attività di laboratorio in cui gli studenti eseguiranno semplici esperimenti di Meccanica e Termodinamica, sviluppando ulteriormente la capacità di applicare le conoscenze acquisite. Inoltre, lo studente potrà cimentarsi con l'operazione di misura di una grandezza fisica e con l'analisi statistica di dati sperimentali.

- Abilità comunicative:
Il corso si propone l'obiettivo di sviluppare la capacità dello studente di esporre in modo chiaro e rigoroso concetti e leggi della Fisica classica.

Per sostenere le prove d'esame, lo studente deve aver superato gli esami di Analisi Matematica 1 e Geometria 1.

Il corso è articolato in 48 ore di lezione frontali e 24 ore di esercitazioni, il tutto svolto in aula.
A queste si aggiungono 12 ore di Laboratorio di Fisica 1.

L'esame prevede una prova scritta ed una prova orale, entrambe obbligatorie, che contribuiscono al voto finale con un peso di 40% e 60% rispettivamente. La prova scritta, della durata di circa 3 ore, consiste nella risoluzione di tre problemi di Meccanica e Termodinamica. Per accedere alla prova orale bisogna aver superato la prova scritta con una votazione minima di 15/30, ed aver consegnato con profitto sufficiente, durante il corso delle lezioni di laboratorio, le relazioni sulle esperienze svolte. La prova orale consiste nella trattazione e discussione di argomenti del programma svolto a lezione ed ha una durata di circa 30 minuti. E’ previsto l’esonero dalla prova scritta per gli studenti in corso che abbiano frequentato regolarmente le lezioni e le esercitazioni e che abbiano conseguito una valutazione complessiva superiore alla sufficienza sugli elaborati prodotti in sede di prove in itinere. Queste ultime consistono nella risoluzione di problemi ed esercizi di Meccanica e Termodinamica.

E' previsto un tutor a sostegno dell'apprendimento degli studenti.

MECCANICA 1) Grandezze fisiche e teoria della misura: Grandezze fisiche e loro definizione operativa. Dimensioni fisiche. Grandezze fondamentali e grandezze derivate. Equazioni dimensionali. Unità di misura. Il Sistema Internazionale. Cambiamenti di unità di misura. Strumenti di misura. Portata, soglia, prontezza, precisione e sensibilità di uno strumento. Errori casuali e sistematici. Cifre significative. Misure dirette e indirette. Propagazione degli errori massimi. Errori assoluti e relativi. Rappresentazione dei dati. Ordini di grandezza. Notazione scientifica. Tabelle, istogrammi e grafici. 2) Cinematica del punto materiale: Concetto di punto materiale. Sistemi di riferimento. Moto in una dimensione: velocità scalare media e istantanea; accelerazione scalare media e istantanea; moto rettilineo uniforme; moto rettilineo uniformemente accelerato. Moto nel piano: posizione, spostamento, velocità e accelerazione come grandezze vettoriali; moto del proiettile; moto circolare uniforme e vario. Moti relativi: velocità e accelerazione relativa; velocità e accelerazione di trascinamento; accelerazione di Coriolis. Deviazione verso oriente di un grave in caduta libera. 3) Dinamica del punto materiale: Forza e massa. Le tre leggi di Newton. Sistemi di riferimento inerziali. Forza peso. Forze di contatto: la forza normale e la forza di attrito. Tensione di una corda. Attrito viscoso. Cinematica e dinamica del moto armonico: pendolo semplice. Forza elastica e legge di Hooke. Lavoro, potenza ed energia cinetica. Teorema dell’energia cinetica. Forze conservative. Energia potenziale. Conservazione dell’energia meccanica. La quantità di moto. La conservazione della quantità di moto. Momento di una forza. Teorema del momento angolare. 4) Gravitazione: Legge di gravitazione universale. Leggi di Keplero. Massa inerziale e massa gravitazionale. Campo gravitazionale ed energia potenziale gravitazionale. Variazioni della gravità terrestre. Velocità di fuga. 5) Dinamica dei sistemi di punti materiali: Sistemi di punti materiali. Forze interne e forze esterne. Centro di massa di un sistema di punti. Teorema del moto del centro di massa. Conservazione della quantità di moto. Teorema del momento angolare. Conservazione del momento angolare. Sistema di riferimento del centro di massa. Teoremi di Konig per il momento angolare e per l’energia cinetica. Il teorema dell’energia cinetica. Sistema di forze parallele e centro di forza. 6) Dinamica del corpo rigido: Definizione di corpo rigido. Densità. Centro di massa. Equilibrio statico di un corpo rigido. Moto di un corpo rigido: traslazioni e rotazioni. Momento d’inerzia. Teorema di Huygens-Steiner. Macchina di Atwood. Moto di puro rotolamento. 7) Statica dei fluidi: Generalità dei fluidi. Pressione. Equilibrio statico dei fluidi ideali e legge di Stevino. Legge di Pascal. Applicazioni della legge di Stevino: vasi comunicanti; barometro di Torricelli; pressa idraulica. Principio di Archimede e applicazioni. Pressione atmosferica. TERMODINAMICA 8) Termometria e Calorimetria: Principio dell’equilibrio termico. Definizione empirica di temperatura. Termometri. Dilatazione termica dei solidi e dei liquidi. Quantità di calore. Capacità termica e calore specifico. Cambiamenti di stato e calore latente. 9) Primo principio della termodinamica: Sistemi e stati termodinamici. Equilibrio termodinamico. Trasformazioni termodinamiche reversibili e irreversibili. Lavoro in una trasformazione termodinamica. Gas perfetti: legge di Boyle, leggi di Gay-Lussac, legge di Avogadro. Primo principio della termodinamica: principio di equivalenza calore/energia; energia interna. Applicazioni del primo principio: esperimento di Joule; energia interna di un gas ideale; relazione di Mayer. Trasformazioni di un gas perfetto: adiabatica, isoterma, isocora, isobara. Equazione di Poisson. Trasformazioni cicliche, macchine termiche e ciclo di Carnot. 10) Secondo principio della termodinamica: Enunciati del secondo principio della termodinamica. Reversibilità e irreversibilità. Teorema di Carnot. Diseguaglianza di Clausius. Entropia. Principio dell’aumento dell’entropia. ATTIVITA’ DI LABORATORIO 1a esercitazione: misura della accelerazione di gravità con lo studio di un pendolo semplice; 2a esercitazione: misura della costante elastica di una molla con metodo statico e dinamico.

Italian

1) Scientific method.
2) Kinematics.
3) Relative motions.
4) Dynamics of the material point.
5) Universal gravitational.
6) Dynamics of relative motions.
7) Work and energy.
8) Systems dynamics.
9) Dynamics of a rigid body.
10) Fluid mechanics.
11) Thermometry and calorimetry.
12) Ideal gases.
13) Principles of thermodynamics.
14) Elements of the theory of measurement errors.

P. Mazzoldi, M. Nigro e C. Voci: Elementi di Fisica - Meccanica e Termodinamica. III Edizione. EdiSES

Sergio Rosati – Fisica Generale: Meccanica, Acustica, Termologia, Termodinamica, Teoria Cinetica dei Gas – Casa Editrice Ambrosiana.

E. Milani, M. Marinelli, G. Verona Rinati, C. Verona - Meccanica e termodinamica: Guida alla Soluzione degli Esercizi da Mazzoldi, Nigro, Voci - Fisica; Mazzoldi, Nigro, Voci - Elementi di Fisica
Edises.

- Knowledge and understanding:
The teaching aims to provide basic knowledge of the laws of Classical Mechanics and Thermodynamics. More generally, it is intended to familiarise students with the scientific method of investigation, the representation, analysis and interpretation of physical laws, and the modelling of classical physics phenomena. Thus, the ability to understand the laws of classical physics will be stimulated. The student will also acquire the concept of work and energy, in its various forms.

- Ability to apply knowledge and understanding:
The teaching fully declines a training course at the end of which the student will be able to apply the acquired knowledge for the description of simple mechanical and thermodynamic systems and for the resolution of specific problems. Furthermore, at the end of the course the student will possess the tools to understand the fundamental limits of the transformation of heat into work. A laboratory activity is planned in which students will perform simple experiments in Mechanics and Thermodynamics, further developing their ability to apply the acquired knowledge. In addition, students will be able to try their hand at measuring a physical quantity and the statistical analysis of experimental data.

- Communication skills:
The course aims to develop the student's ability to explain concepts and laws of classical physics in a clear and rigorous manner.

To take the examinations, the student must have passed the Mathematical Analysis 1 and Geometry 1 examinations.

The course consists of 48 hours of lectures and 24 hours of exercises, all carried out in the classroom.
These are supplemented by 12 hours of Physics Laboratory 1.

The examination consists of a written test and an oral test, both compulsory, which contribute to the final grade with a weight of 40% and 60% respectively. The written test, lasting approximately 3 hours, consists of solving three problems in Mechanics and Thermodynamics. To be admitted to the oral test, the student must have passed the written test with a minimum mark of 15/30, and must have handed in the reports on the experiments carried out during the laboratory lessons with sufficient profit. The oral examination consists of a discussion of topics from the programme covered in class and lasts approximately 30 minutes. Exemption from the written test is granted to current students who have regularly attended the lectures and tutorials and who have obtained an overall mark of more than satisfactory on the papers produced during the in itinere tests. The latter consist of solving problems and exercises in Mechanics and Thermodynamics.

A tutor is provided to support student learning.

MECHANICS 1) Physical quantities and measurement theory: Physical quantities and their operational definition. Physical dimensions. Fundamental quantities and derived quantities. Dimensional equations. Units of measurement. The International System. Changes in units of measurement. Measuring instruments. Range, threshold, readiness, precision and sensitivity of an instrument. Statistical and systematic errors. Significant digits. Direct and indirect measurements. Propagation of maximum errors. Absolute and relative errors. Data representation. Orders of magnitude. Scientific notation. Tables, histograms and graphs. 2) Kinematics of the material point: Concept of material point. Reference systems. Motion in one dimension: average and instantaneous scalar velocity; average and instantaneous scalar acceleration; uniform rectilinear motion; uniformly accelerated rectilinear motion. Motion in the plane: position, displacement, velocity and acceleration as vector quantities; projectile motion; uniform and varied circular motion. Relative motions: relative velocity and acceleration; velocity and drag acceleration; Coriolis acceleration. Eastward deflection of a free-falling grave. 3) Material point dynamics: Force and mass. Newton's three laws. Inertial reference systems. Weight force. Contact forces: normal force and friction force. Tension of a rope. Viscous friction. Kinematics and dynamics of harmonic motion: simple pendulum. Elastic force and Hooke's law. Work, power and kinetic energy. Kinetic energy theorem. Conservative forces. Potential energy. Conservation of mechanical energy. Momentum. Conservation of momentum. Momentum of a force. Angular momentum theorem. 4) Gravitation: Law of universal gravitation. Kepler's laws. Inertial mass and gravitational mass. Gravitational field and gravitational potential energy. Variations in Earth's gravity. Escape velocity. 5) Dynamics of material point systems: Systems of material points. Internal forces and external forces. Centre of mass of a point system. Theorem of motion of the centre of mass. Conservation of momentum. Angular momentum theorem. Conservation of angular momentum. Reference system of the centre of mass. Konig's theorems for angular momentum and kinetic energy. The kinetic energy theorem. Parallel force system and centre of force. 6) Rigid body dynamics: Definition of rigid body. Density. Centre of mass. Static equilibrium of a rigid body. Motion of a rigid body: translations and rotations. Moment of inertia. Huygens-Steiner theorem. Atwood's machine. Pure rolling motion. 7) Fluid Statics: Generalities of fluids. Pressure. Static equilibrium of ideal fluids and Stevino's law. Pascal's law. Applications of Stevin's law: communicating vessels; Torricelli's barometer; hydraulic press. Principle of Archimede and applications. Atmospheric pressure. THERMODYNAMICS 8) Thermometry and Calorimetry: Principle of thermal equilibrium. Empirical definition of temperature. Thermometers. Thermal expansion of solids and liquids. Quantities of heat. Heat capacity and specific heat. Changes of state and latent heat. 9) First principle of thermodynamics: Thermodynamic systems and states. Thermodynamic equilibrium. Reversible and irreversible thermodynamic transformations. Work in a thermodynamic transformation. Perfect gases: Boyle's law, Gay-Lussac's law, Avogadro's law. First principle of thermodynamics: heat/energy equivalence principle; internal energy. Applications of the first principle: Joule experiment; internal energy of an ideal gas; Mayer's relation. Transformations of a perfect gas: adiabatic, isothermal, isochoric, isobaric. Poisson equation. Cyclic transformations, thermal machines and Carnot cycle. 10) Second principle of thermodynamics: Enunciations of the second principle of thermodynamics. Reversibility and irreversibility. Carnot's theorem. Clausius inequality. Entropy. Principle of increasing entropy. LABORATORY ACTIVITIES 1st exercise: measuring the acceleration of gravity by studying a simple pendulum; 2nd exercise: measurement of the elastic constant of a spring using the static and dynamic method.