Corso di Fisica 1, Corso di Laurea in Chimica, Anno accademico 2015-2016
(Docente Anna M. Nobili)

Lezioni del primo semestre: Giovedì ore 9:30-11:30, Aula 034 della nuova sede. Le lezioni iniziano all'ora esatta (senza quarto d'ora accademico), finiscono alle 11 e dalle 11 alle 11:30 la docente risponde alle domande degli studenti. Per incontri in altre ore inviare un messaggio di posta elettronica all'indirizzo indicato sopra

Primo Semestre - Argomenti trattati nelle singole lezioni (comprensive di esempi ed esercizi) con relativi appunti delle lezioni alla lavagna in formato PDF

1a Lezione 24 Settembre 2015:

• Informazioni utili per gli studenti (sito web dell’insegnante; consigli per gli studenti; metodo didattico, modalità di compitini ed esami; programma del corso)
• Unità di misura. Sistema Internazionale (SI) e convenzioni di scrittura
• Distinzione tra grandezze fisiche scalari e grandezze fisiche vettoriali (esempi)
• Sistema di assi cartesiani ortogonali. Vettore posizione di un punto materiale e sua rappresentazione in coordinate (caso in 2 dimensioni)
• Esempio di grandezza adimensionale: angoli, convenzione sul segno e misura in radianti
• Variazione della posizione nel tempo, definizione del vettore velocità. Esempio unidimensionale: definizione di velocità media e di velocità istantanea tramite passaggio al limite e definizione di “derivata”. Passaggio dal caso unidimensionale al caso vettoriale. Dimensioni fisiche della grandezza fisica velocità
• Distinzione tra traiettoria e legge oraria. Semplici grafici di velocità in funzione del tempo

2a Lezione 1 Ottobre 2015:

• Ancora su vettore posizione e vettore velocità con esempi grafici in 2D
• Significato fisico, matematico e geometrico della velocità. Nota: il vettore velocità istantanea è sempre tangente alla traiettoria nell’istante dato
• Distinzione tra vettore e suo modulo
• Definizione di massa inerziale e del vettore quantità di moto lineare e suo significato fisico
• Variazione del vettore velocità nel tempo, definizione del vettore accelerazione e sue dimensioni fisiche. Esempio unidmensionale: definizione di accelerazione media, passaggio al limite (tramite l’operazione matematica di “derivata”) e definizione della accelerazione istantanea. Passaggio dal caso unidimensionale al caso vettoriale

3a Lezione 8 Ottobre 2015:

• Definizione geometrica di somma (e sottrazione) di vettori con la regola del parallelogramma.
• Caso di un vettore posizione che sia costante in modulo ma variable in direzione. Esempio: moto su traiettoria circolare di raggio fissato e variazione del vettore velocità.
• Caso di un vettore velocità costante in modulo ma variabile in direzione. Esempio: moto su traiettoria circolare a velocità costante in modulo. Attenzione al fatto che la somma (sottrazione) dei vettori con la regola del parallelogramma richiede che essi abbiano lo stesso punto di applicazione (se non lo hanno nel problema dato occorre eseguire una operazione di trasporto parallelo di uno dei due sul punto di applicazione dell’altro)
• Definizione di vettore velocità media e vettore accelerazione media nel caso precedente di traiettoria circolare percorsa a velocità costante in modulo. Passaggio al limite e identificazione dei vettori velocità istantanea e accelerazione istantanea rispettivamente.
• Definizione della grandezza vettoriale “forza” e sue dimensioni fisiche.
• Accenno alle grandezze fisiche momento angolare (o quantità di moto angolare), lavoro ed energia e alle loro dimensioni fisiche

4a Lezione 15 Ottobre2015:

• Vettore forza
• Quantità di moto angolare (o momento angolare)
• Definizione di prodotto vettore e suo significato geometrico, come vettore e in modulo
• Relazione tra derivata temporale del vettore momento angolare e momento di una forza

5a Lezione 22 Ottobre2015:

• Definizione del vettore momento di una forza; dimensioni fisiche; in quali casi è nullo
• Energia (grandezza scalare) e sue dimensioni fisiche. Esempio: energia cinetica
• Velocità angolare: definizione, dimensioni fisiche, significato geometrico. Definizione del vettore velocità angolare.
• Relazione tra angolo ed arco. Esempi: diametro angolare del Sole e della Luna
• Relazione tra velocità lineare e velocità angolare in forma vettoriale (con alcuni esempi)

6a Lezione 29 Ottobre 2015: Non tenuta per sospensione delle lezioni in tutto l’Ateneo decisa dal Rettore

7a Lezione 5 Novembre 2015

• Fare i calcoli usando le potenze di 10
• Richiami sui vettori
• Definizione di pressione e sue dimensioni fisiche
• Definizione di lavoro e sue dimensioni fisiche
• Definizione di potenza e di flusso e relative dimensioni fisiche. Esempi: potenza emessa dal Sole e flusso di energia solare

8a Lezione 12 Novembre 2015:

• Sistema di riferimento inerziale. Definizione e importanza per la legge del moto
• Sistema di riferimento non inerziale. Definizione. Caso si un riferimento dotato di accelerazione lineare e forze apparenti che vi compaiono.
• Esempio dell’autobus che accelera o frena: l passeggero sull’autobus è soggetta ad una accelerazione (forza per unità di massa) uguale ed opposta a quella dell’autobus (che è il sistema di riferimento). Se l’autobus freme viene spinto in avanti, se accelera viene spinto indietro.
• Esempio dell’ascensore in caduta libera sulla superficie della Terra, detto ascensore di Einstein: al suo interno l'accelerazione totale è zero
• Riferimento non inerziale perché rotante. Forza inerziale centrifuga. Esempio della giostra dei bambini e della automobile in curva (viene spinta verso l’esterno della curva, non verso l’interno)
• Esempio di un punto un moto circolare uniforme: nel riferimento inerziale (fisso) il punto che ruota è soggetto ad accelerazione centripeta (la velocità è costante in modulo ma non in direzione). Invece nel riferimento solidale col punto stesso (che ruota con esso) il riferimento è non inerziale perché accelerato e il punto è soggetto ad accelerazione inerziale (forza per unità di massa) uguale ed opposta a quella del riferimento, quindi centrifuga
• Definizione di legge oraria e come si ottiene a partire dall’equazione del moto

9a Lezione 19 Novembre 2015: Moto del proiettile: equazioni del moto, legge oraria e traiettoria, Lezione tenuta dal Dottor Luciano Anselmo (Space Flight Dynamics Laboratory, Area della Ricerca CNR di Pisa)

10a Lezione 26 Novembre 2015: Lezione non tenuta per impegni di ricerca della docente all'estero

11a Lezione 3 Dicembre 2015:

• Lavoro ed energia. Forze conservative definizione di energia potenziale e conservazione dell’energia totale (cinetica più potenziale)
• L’energia cinetica è sempre positiva (da dove viene il fattore 1/2?)
• Segno dell’energia potenziale (quando è positiva e quando è negativa e perché)
• Calcolo dell’energia potenziale gravitazione sulla superficie della Terra e a grande distanza. Coerenza tra i due risultati, importanza e significato del segno dell’energia potenziale gravitazionale
• Richiami sul concetto di integrale e sulle regole di derivazione (attenzione particolare al caso di derivata rispetto al tempo di funzioni trigonometriche in cui l’angolo varia nel tempo)

12a Lezione 10 Dicembre 2015: Ore utilizzate per fare il Primo Compitino (Argomento: Esempi di legge oraria e traiettoria, Testo e soluzione, Risultati)

13a Lezione 17 Dicembre 2015

• Correzione in aula del compitino
• Vedere anche Testo con soluzione e Risultati

Secondo Semestre - Argomenti trattati nelle singole lezioni (comprensive di esempi ed esercizi) con relativi appunti delle lezioni alla lavagna in formato PDF

1a Settimana, Lezioni 16 e 18 Febbraio 2016:

• Pendolo semplice: grado di di libertà, scelta della coordinata, equazione del moto, approssimazione delle piccole oscillazioni (che porta all’equazione dell’oscillatore armonico) e soluzione (condizioni iniziali e loro uso)
• Riferimento inerziale e riferimento rotante: derivata temporale di un generico vettore nell’uno e nell’altro riferimento e relazione tra di esse. Applicazione di questa relazione in casi noti
• Equazioni del moto di un riferimento rotante in forma generale. Forze inerziali e loro significato fisico
• Esempio di sistema di riferimento rotante: la Terra in rotazione attorno al proprio asse. Forza centrifuga e forza di Coriolis e loro ordini di grandezza

2a Settimana, Lezioni 23 e 25 Febbraio 2016:

• Effetto della accelerazione centrifuga sulla superficie della Terra.
• Effetto della accelerazione di Coriolis su corpi in caduta (deviazione verso Est)
• Uso della conservazione dell’energia per il calcolo della velocità
• Esempio di equazione del moto in un riferimento rotante: applicazione ad un satellite soggetto alla attrazione gravitazionale della Terra e in orbita circolare attorno ad essa. Relazione tra raggio dell’orbita e periodo. Velocità e relazione con il raggio. Calcolo dell’energia totale. Uso della conservazione dell’energia per calcolare la velocità di fuga dall’attrazione gravitazionale della Terra

3a Settimana, Lezioni 1 e 3 Marzo 2016:

• Confronto tra gli effetti della forza e del momento della forza; dimostrazione che se la forza è centrale il moto deve svolgersi in un piano
• Calcolo della energia potenziale gravitazionale a grande distanza e vicino alla superficie della Terra. Importanza del segno nei due casi
• Richiami sullo sviluppo in serie di potenze
• Forze dissipative e loro effetto
• Forza di resistenza dell’aria su un satellite in orbita e su un corpo in caduta
• Forza di Archimede

4a Settimana, Lezioni 8 e 10 Marzo 2016:

• Pendolo semplice. equazione del moto nel riferimento inerziale
• Equazione del moto in approssimazione di piccole oscillazioni e sua soluzione
• Pendolo semplice in riferimento non inerziale (a causa della rotazione della Terra). Casi semplici: al polo e all’equatore
• Oscillatore armonico unidemensionale. equazione del moto in un riferimento inerziale e sua soluzione

5a Settimana, Lezione 15 Marzo 2016, Compitino 17 Marzo 2016

• Oscillatore armonico. Posizione di equilibrio (caso in presenza della gravità locale)
• Costante elastica equivalente di molle in serie e in parallelo
• Oscillatore armonico con due masse. Concetto di massa ridotta. Forza centrale e moto piano.
• Equazioni del moto, condizioni iniziali e soluzione generale

6a Settimana, Lezioni 5 e 7 Aprile 2016:

• Soluzione del compitino del 17 Marzo, consegna e discussione
• Oscillatore armonico smorzato
• Introduzione e uso dei numeri complessi e degli esponenziali immaginari

7a Settimana, Lezioni 12 e 14 Aprile 2016:

• Continuazione oscillatore armonico smorzato (in una dimensione). Equazione del moto e soluzione mediante passaggio alla variabile complessa
• Oscillatore armonico forzato e smorzato (con dissipazione). Equazione del moto e soluzione mediante passaggio alla variabile complessa
• Concetto di risonanza
• Definizione e rilevanza del fattore di qualità di un oscillatore

8a Settimana, Lezioni 19 e 21 Aprile 2016:

• Corpo rigido. Definizione, gradi di libertà e angoli di Eulero
• Riferimento inerziale e riferimento fisso con il corpo rigido (non inerziale in caso di rotazione)
• Trasformazioni di coordinate da riferimento inerziale a non inerziale, una matrice di rotazione per ogni angolo di Eulero. Matrice di rotazione complessiva
• Energia cinetica del corpo rigido. Momento angolare, momento di inerzia e tensore di inerzia

9a Settimana, Lezioni 26 e 28 Aprile 2016:

• Continuazione corpo rigido. Energia cinetica, momento angolare, momento di inerzia rispetto ad un asse
• Momento angolare, tensore d’inerzia, assi principali di inerzia, momenti principali di inerzia
• Calcolo dei momenti di inerzia in vari casi

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