Presentazione del corso

1. Presentazione del corso • CorsodiFisica per IngegneriaIndustriale – primo anno • “L'insegnamento fornisce i concetti e le leggi fondamentali della meccanica e dell'elettromagnetismo nel vuoto. Particolare importanza viene attribuita alla comprensione dell'utilità e delle limitazioni connesse con l'uso di schematizzazioni e modelli e ad una analisi critica dei risultati ottenuti.”

2. Presentazione del corso • Corso da 12 CFU – annuale. 1 CFU = 25 ore di impegno didattico. • 14-15 settimanedilezione a semestre per un totaledi circa 150 ore dilezione per l’interocorso • L’acquisizione dei contenuti dell’insegnamento di Fisica (12 CFU) richiede circa 300 ore • Impegno personale da parte dello studente non meno di 5 ore/settimana (1 ora/giorno) • Orariolezionilunedi’ 11-13 e giovedi’ 10-13 • Appellidiesame, prove parziali e regoledivalutazione: TBD – a brevesara’ disponibile un documentodi “Regole” al riguardo • Testoconsigliato:D.Halliday, R. Resnick, J.Walker, FONDAMENTI DI FISICA (CEA, Milano 2011) • Esiste in due versioni: una completa con Meccanica, Termologia, Elettrologia, Magnetismo e Ottica in un solo volume, l’altra con Meccanica e Termologia in un volume e Elettrologia, Magnetismo e Ottica nell’altro. • Mandate una mai a guido.gagliardi@ge.infn.it • Trovate materiale elettronico del corso – trasparenze, esercizi e altro – nel sito www.ge.infn.it/~gagliard/ingegneria_industriale/2011-2012

3. Grandezzefisiche • Da Wikipedia: “Scopo della fisica è lo studio dei fenomeni naturali, ossia di tutti gli eventi che possano essere quantificati attraverso grandezze fisiche opportune, al fine di stabilire principi e leggi che regolano le interazioni tra le grandezze stesse e rendano conto delle loro reciproche variazioni.” • Lunghezza, tempo, massa, peso, velocita’, accelerazione sono esempi di grandezze fisiche • Quantificare una grandezza fisica -> misurare -> dire quante volte una grandezza campione “entra” nella grandezza considerata • La grandezza campione e’ chiamata “unita’ di misura”: metro, kilogrammo, secondo… • Esistono molti sistemi di unita’ di misura: il piu’ diffuso e’ il SI (Sistema Internazionale) detto anche “Sistema Metrico Decimale” o MKSA

4. SistemaInternazionale • Cisonosetteunita’ dimisurafondamentalinel SI, chemisuranosettegrandezzefisichefondamentali: • Metro (m), chilogrammo (kg), secondo (s), Ampere (A), Kelvin (K), candela (cd) e mole (n) • Lunghezza, massa, tempo, correnteelettrica, temperatura, luminosita’ e quantita’ disostanza • Unita’ dimisura derivate: glialtrifenomeninaturalipossonoesserequantificati con grandezzefisiche la cui unita’ dimisura e’ derivatadauna o piu’ unita’ dimisurafondamentali: • Metro quadro, Joule, Newton, Watt, Ohm…. • m2, kg m2 /s2 … • Superficie, lavoro, forza, potenza, resistenzaelettrica… • Di solito le grandezzefisiche la cui unita’ dimisura e’ derivatasonograndezzefisiche legate daleggifisiche ad altregrandezzefisichefondamentali • Es: superficie come prodottodilunghezze

5. Sistemainternazionale • Prefissinelsistemainternazionale, utili per esprimerevaloridigrandezzefisiche molto grandi o molto piccolirispettoall’unita’ dimisura • Raggiomedioterrestre 6.37 106 m = 6.37 Mm • Massa dell’atomodiidrogeno 1.6 10-27 kg

6. Conversioneunita’ dimisura • Il SI e’ un sistemacoerente – le unita’ dimisura derivate sonoilprodottodiunita’ dimisurafondamentali • Nella vita pratica o lavorativadituttiigiornipossiamotrovarci ad averegrandezzeespresse con unita’ dimisura diverse daquelle del SI per cui e’ necessariosaperconvertireunaunita’ dimisura in un’altra per esprimere la grandezza data in unita’ dimisura del SI • La tecnicaconsistenell’individuareilfattorediconversionetra le due unita’ dimisura e moltiplicarlo per ilvalore • Es: unatonnellata = 1 tonn = 1000 kg • Fattorediconversione f (tonn->kg) = 1000kg / 1 tonn = 1000 • Fattorediconversione g(kg->tonn) = 1 tonn/1000 kg = 0.001 = 10-3 • 24 tonn = (f *24) kg = 24000 kg • 345 kg = (g*345) tonn = 0.345 tonn • Es: conversionerad->gradi • Es: conversione …

7. Conversione e analisidimensionale • Puo’ accaderedi non conoscereilfattorediconversionetra due unita’ dimisura in mododiretto, ma solo in modoindirettamentederivatodalfattorediconversionecomune con unaterzaunita’ dimisura. E’ utile in questicasiadoperare “algebricamente” inomidelleunita’ dimisura, semplificandole. • Es: velocita’ angolaredirotazionedella terra: w = 360 gradi/24 h = 15 º/h • 360 gradi = 2  rad ; 1 h = 60 m ; 1 m = 60 s • Mettendoinsieme le varieconversioni: • w = 360/24 (°/h)(2/360)(rad/°)(1/60)(h/m)(1/60)(m/s)=2/(24*60*60) rad/s= 7.27 10-5rad/s • “l’algebradelleunita’ dimisura” e’ anche utile per effettuare un analisidimensionale del risultatodi un calcolo • Ai due latidiun’equazionecidevonoesseregrandezzeomologhe (“non sisommanomele con pere”) • In un prodotto le unita’ dimisurasidevono “semplificare” per dare l’unita’ dimisuraattesa per la grandezzafisica in questione

8. Errore • Ognimisuradigrandezzafisica e’ affettada un errore. • Erroristocastici: dipendonodalla non ripetibilita’ dellemisura • Errorisistematici: dipendonodallecaratteristichedellostrumentodimisura • Il valoredell’erroreda’ l’intervallodiconfidenzasullamisura, ovverol’insiemedivaloriche con unaragionevoleconfidenzapossiamoattendercidallamisuradellagrandezza, unavoltaripetuta, con un qualsiasistrumento. • Es: lunghezzadi un tavolomisurata con un metro a nastro l = 1 m ± 1 mm • misurata con un interferometro laser l = 1.000532 ± 0.015 10-3 m • Quandol’errore e’ indicato come un intervallodivalorisiparladierroreassoluto. • Per compararetraloroerroriassolutisipuo’ esprimerel’errore come errorerelativo = erroreassoluto/misura • Es: errorerelativomisuratavolo: err = 1 mm/1 m = 10-3 • Spesso, per esempionel dare la precisionediunostrumento, l’errorerelativovieneindicato come errorepercentuale = errorerelativo * 100 • Es: errorepercentualedellamisura del tavolo = 10-3 100 = 0.1 %

9. Errore e cifresignificative • L’”ortografia” dellemisureprevede la scritturadimisuraederrore con la stessaciframenosignificativa, e la scritturadell’errore con una o due cifresignificative • “cifra” significailnumerotra 0 e 9 posizionato in mododavalere un multiplo o sottomultiplodi 10 nellascritturadecimaledi un numero • Dato un numero la cifrapiu’ significativa e’ la prima dasinistradiversada zero, la ciframenosignificativa e’ la prima dadestradiversada zero. • Es: la lunghezza del tavolo l = 1,000532 m e’ espressa con settecifresignificative, la piu’ significativa e’ “1”, la menosignificativa e’ “2”. • L’erroresullalunghezzal = 0.015 10-3 m e’ espresso (correttamente) con due cifresignificative • Quando un valorevienedatosenzaerrore, si assume che la cifrapiu’ significativadell’erroresiaquellaimmediatamenteinferioreallaciframenosignificativa del valore • Es: 1.000532 corrisponde a 1.0005325 ± 0.5 10-6, per cui per indicareilvalore con l’errorecompatibile con quellodellomisuraoccorrescrivere 1.0005

10. Cinematica in unadimensione • La cinematica e’ lo studio del motodeicorpi. • Non sicercano le leggi del moto, chelegano cause del movimento ad effettisulmovimento: sistudia solo l’aspetto del moto. • Es: osservareilmotodeipianetisenzasapere le leggidigravitazioneuniversale e’ cinematica • La cinematica del puntomaterialeprevedel’introduzionedigrandezzefisichechedescrivonoilmoto, e del modello in cui questegrandezzefisichevengonointrodotte e studiate • Posizione, spostamento, velocita’, accelerazione • Algebra vettoriale del moto in piu’ dimensioni • Lo studio dellacinematica in unadimensionepermettedifattorizzarealcunedelledifficolta’ legate allacinematica in piu’ dimensioni e diconcentrarsisulladefinizionedellegrandezzefisiche. • Molti tipi dimotosonoriconducibilicomunque ad un moto in unadimensione, per esempio in presenzadivincoli • Il motounidimensionale e’ un motorettilineo!!!

11. Sistemadiriferimento • Il motoconsistenell’occupareposizionieventualmente diverse ad istantidiversidi tempo • Per individuareunaposizioneoccorreavere un sistemadiriferimento • Nelmotorettilineoilsistemadiriferimento e’ unarettasu cui vienestabilitaun’origine, un verso (positivo e negativo) edunaunita’ dimisura. • Il modellodidescrizione e studio del motounidimensionaleconsistenell’associare un sistemadiriferimento ad un fenomenofisiconelmondoreale • Diversisistemidiriferimentopossonoesserepresi per descrivere lo stessofenomenoreale: puo’ cambiarel’utilita’ aifinipratici, per esempiodirappresentazione o dicalcolo, del modello, non cambia naturalmente la descrizione del fenomenofisico. • Nelsistemadiriferimento e’ ancheimplicital’assunzionedi un asse del tempo e diun’originedei tempi t=0 chiamatoistanteiniziale. Gliistantiprecedentiall’istanteinizialesonocaratterizzatidall’avere un valore del tempo negativo, quellisuccessivihanno un valore del tempo positivo

12. Posizione e spostamento • Unavoltasceltoilsistemadiriferimento e’ possibilequantificare in modounivoco la posizionedi un corpo. • Spessosiusa la funzione x(t) – leggeoraria - per indicare la posizionedi un corpo, al variare del tempo, in un sistemadiriferimentounidimensionale. • Un valorenegativodellafunzione x(t) corrisponde ad unaposizione “a sinistra” dell’origine. • Il valoredellafunzioneposizione per il tempo iniziale x(0) rappresenta la posizioneiniziale. • Lo spostamentoconsistenella (eventuale) differenzadiposizionedi un corpo in due istantitemporalidifferenti. • In formulex(t2,t1) = x(t2) – x(t1) • Un valorenegativodellospostamentosignificacheilcorposi e’ spostatonel verso negativo del sistemadiriferimento • Unalunghezza e’ semprepositiva, unospostamentopuo’ essereanchenegativo. • Sull’”asse del tempo” un intervallodi tempo e’ la differenzadeivaloridellagrandezza del tempo in due istantidifferenti • In formulet = t2– t1