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Programma 2012/2013 svolto

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Programma


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Obiettivo del corso

Nel corso di Fisica 1 si studia il moto di sistemi fisici e le cause che lo provocano, un argomento chiamato Meccanica. Lo studente impara a descrivere in termini matematici il moto dei punti materiali, inteso come approssimazione di sistemi complessi. Egli vede poi come la matematica appena introdotta consente di formulare i principi della dinamica, risultanti dall’osservazione sistematica in Natura. Lo studente impara ad applicare questi principi nelle condizioni più varie e a risolvere in alcuni casi le equazioni che ne derivano. Dai principi della dinamica si possono dedurre alcune leggi generali, quali la conservazione dell’energia, che permettono di trarre immediatamente importanti conclusioni senza risolvere le equazioni del moto.

Dopo la pausa invernale viene completata la Meccanica. Si affronta il corpo rigido nei casi più semplici. Viene studiato il moto di rotazione intorno a un asse con direzione fissata, discutendo similarità e differenze con il moto unidimensionale di un punto materiale. Si discutono le condizioni di equilibrio per un corpo rigido. Successivamente si accenna al caso della trottola. Vengono poi dati alcuni cenni di statica e dinamica dei fluidi. Si discute inoltre l'oscillatore armonico smorzato e forzato.
Nella parte ultima si affronta la Termodinamica, sviluppatasi a cavallo tra il Settecento e l’Ottocento per capire il funzionamento delle macchine termiche, al centro della rivoluzione industriale. Dal punto di vista della Fisica la Termodinamica, assieme alla Chimica, ha aperto la strada alla descrizione della materia in termini di atomi e molecole. Un paradosso della Termodinamica ha visto la sua soluzione nello sviluppo della Meccanica Quantistica, alla base della Fisica moderna. Inoltre la Termodinamica introduce la nozione di disordine, irreversibilità e direzione del tempo, nuove se confrontate con i concetti della Meccanica.

Alla fine del corso lo studente sarà in grado di capire il moto di semplici sistemi meccanici e di prevederne il comportamento. Potrà discutere il moto di sistemi con proprietà elastiche, il moto dei pianeti, gli urti, anche dando risultati numerici, discutere problemi di statica e dinamica di corpi rigidi, semplici problemi riguardanti i fluidi.
Infine lo studente imparerà a calcolare ciò che avviene nelle principali trasformazioni termodinamiche e vedere come i gas hanno fornito una delle evidenze dell’esistenza della struttura atomica. I concetti illustrati verranno poi utilizzati, grazie alla loro generalità, in tutta la Fisica.

Il metodo scientifico, formulato da Galileo, è ora patrimonio di numerose discipline. Cardine del metodo è il confronto tra realtà, descritta da misure, e teoria, espressa attraverso previsioni numeriche.
Il corso insegna, nel caso del moto di semplici sistemi fisici, come giungere a previsioni numeriche seguendo un procedimento di carattere generale:
- la rappresentazione matematica (scelta delle approssimazioni e formalizzazione) : in
meccanica si sceglie un opportuno sistema di riferimento e si usa spesso il punto materiale
- l’applicazione al caso specifico delle leggi generali: dai principi della dinamica si giunge alle equazioni del moto
- lo studio delle soluzioni delle equazioni del moto fino al risultato numerico da confrontare con le misure: una posizione in funzione del tempo.

In maniera analoga per la termodinamica si giungeranno a stabilire le trasformazioni che subisce un sistema e calcolarne le variazioni di stato.

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