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Oggetto:
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Onde, fluidi e termodinamica A

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Waves, fluids and thermodinamics A

Oggetto:

Anno accademico 2014/2015

Codice dell'attività didattica
MFN0534
Docenti
Prof. Massimo Masera (Titolare del corso)
Prof. Francesca De Mori (Esercitatore)
Corso di studi
008703 Laurea in Fisica
Anno
1° anno
Periodo didattico
Terzo periodo didattico
Tipologia
A=Di base
Crediti/Valenza
8 (lezioni in comune con corso A)
SSD dell'attività didattica
FIS/01 - fisica sperimentale
Modalità di erogazione
Tradizionale
Lingua di insegnamento
Italiano
Modalità di frequenza
Facoltativa
Tipologia d'esame
Scritto ed orale
Prerequisiti
Meccanica
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Sommario insegnamento

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Obiettivi formativi

Il corso intende fornire una conoscenza approfondita dei principi della termodinamica, della fisica dei fluidi incomprimibili e delle onde oltre ad una capacità di apprendimento adeguata ad affrontare nuovi argomenti attraverso un impegno autonomo ed ad intraprendere lo studio avanzato dei vari settori della fisica.Lo studente deve conseguire una certa padronanza degli argomenti trattati nel corso, che si manifesta sia attraverso l'esposizione analitica (dimostrazioni) e sintetica della materia, sia attraverso la capacita` di affrontare e risolvere problemi numerici specifici

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Risultati dell'apprendimento attesi

Lo studente sarà in grado di comprendere gli elementi fondamentali dei sistemi a molte particelle, il legame tra la meccanica del punto con la termodinamica e la dinamica dei fluidi. Acquisirà inoltre le conoscenze di base del moto per onde.

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Modalità di verifica dell'apprendimento

Svolgimento di tre problemi per lo scritto. La prova orale verte su due argomenti, uno di termodinamica e l'altro sulla restante parte del programma

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Programma

 

Termodinamica

Richiami di storia della Fisica. Sistema termodinamico: descrizione macroscopica e microscopica. Definizione di pressione in un fluido.  Principio zero della termodinamica; dilatazione termica e misura della temperatura. Termometri e scale termometriche. Concetto di gas perfetto ed equazione di stato. Concetto di gas idealee la teoria cinetica dei gas. Gas reali, legge di Van der Waals, diagrammi di stato. Calore, cambiamenti di stato, calore specifico e latente. Trasmissione del calore. Lavoro e trasformazioni termodinamiche.  I Principio della Termodinamica e sue applicazioni. I Principio e le trasformazioni di gas perfetti. Macchine termiche e frigorifere; cicli di Carnot e di Otto. Rendimento delle macchine termiche. Postulati di Kelvin e Clausius. II Principio della Termodinamica.  Trasformazioni reversibili ed irreversibili e principio di Carnot. Concetto di Entropia ed il II Principio. Entropia e probabilità. Potenziali termodinamici. III Principio della Termodinamica. 

Onde

Proprietà elastiche dei solidi. Propagazione di una perturbazione lungo una sbarra di materiale elastico. Corda vibrante. Equazione di d’Alembert delle onde. Principio di sovrapposizione.  Onde trasverse e longitudinali. Onde sonore. Onde armoniche. Onde stazionarie. Velocità di gruppo. Effetto Doppler.

Fluidi

Definizione di fluido. Fluidi compressibili e incompressibili. Idrostatica. Legge di Pascal: pressa idraulica. Legge di Stevino. Principio di Archimede. Idrodinamica dei fluidi ideali. Teorema di Bernoulli ed applicazioni. La portata di un condotto. Tubo di Venturi. Teorema di Torricelli. Tubo di Pitot. Effetto Magnus. Sostentamento dell'ala di un aereo. Idrodinamica dei fluidi reali. Regime laminare. Viscosità. Legge di Hagen-Poiseuille. Regime turbolento. Perdita di carico in un condotto. Numero di Reynolds. Moto di un corpo in un fluido. Resistenza dei fluidi al moto di corpi immersi. Tensione superficiale; capillarità.

Thermodynamics

Historical introduction. Thermodynamic systems; macroscopic and microscopic descriptions.  Pressure in a fluid: definition. Zeroth law of thermodynamics; thermal expansion and temperature measurements. Thermometers and temperature scales. Concept of perfect gas and equation of state. Real gases, Van der Waals' law, phase diagrams. Heat, phase transitions, specific and latent heats. Heat transfer. Work and thermodynamic processes. The first law of thermodynamics and its applications. Ideal gas transformations and the first law of thermodynamics. Heat engines and heat pumps; Carnot and Otto cycles. Efficiency of heat engines.  Kelvin and Clausius statements of the second law of thermodynamics. Reversible and irreversible processes; Carnot's theorem. Concept of entropy and the second law. Entropy and probability. Thermodynamic potentials. Third law of thermodynamics.  

Waves

Elastic properties of solids. Propagation of elastic perturbations along a solid rod.  Vibrating strings. D'Alembert wave equation. Superposition principle. Transverse and longitudinal waves. Sound waves. Harmonic waves. Standing waves. Group velocity. Doppler effect.

Fluids

Definition of a fluid. Compressible and incompressible fluids. Hydrostatics. Pascal's law: hydraulic press. Stevin's law. Archimedes' principle. Hydrodynamic of ideal fluids. Bernoulli's theorem and its applications. Flow rate in a pipe. Venturi tube. Torricelli's theorem. Pitot tube. Magnus effect. Aerodynamic lift. Real fluids hydrodynamics. Laminar flow. Viscosity. Hagen-Poiseuille law. Turbulent flow. Pressure drop along a pipe. Motion of a body in a fluid. Drag forces. Surface tension; capillarity.

Testi consigliati e bibliografia

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Mazzoldi, Nigro & Voci: Fisica. Meccanica- Volume I (e II per alcuni argomenti di Onde), EdiSES;

D. Halliday, R. Resnick, K.S. Krane "Fisica 1" Casa Editrice Ambrosiana;

Serway & Jewett: Fisica per Scienze ed Ingegneria, EdiSES.



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Note

Nessuna propedeuticità obbligatoria. Frequenza non obbligatoria, ma fortemente consigliata.

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Ultimo aggiornamento: 16/04/2015 15:14
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