Fisica applicata per il design – opzionale

Prerequisiti

Matematica di base, nozioni di calcolo differenziale ed integrale.

Obiettivi

Gli studenti apprendono conoscenze di base di fisica, acquisendo la capacità di interpretare i principali fenomeni fisici di interesse per la progettazione.

Descrizione

Tematiche principali del corso:

INTRODUZIONE:
Unità di misura, analisi dimensionale, cifre significative, conversione unità di misura, grandezze scalari e vettoriali.

VETTORI:
Vettori, versori e componenti dei vettori. Somma e differenza di vettori. Prodotto fra un numero ed un vettore, prodotto scalare, prodotto vettoriale. Proprietà del prodotto vettoriale, rappresentazione cartesiana dei vettori. Vettori applicati e loro momenti.

CINEMATICA:
Sistemi di riferimento e relatività del moto. Sistemi di coordinate. Cinematica del punto: velocità e accelerazione. Moto rettilineo uniforme, moto rettilineo uniformemente accelerato, moto circolare uniforme, moto armonico. Vincoli e gradi di libertà. Cinematica dei corpi rigidi.

STATICA:
Forze e loro misura. Statica del punto materiale. Statica del corpo rigido: equazioni cardinali della statica. Vincoli e reazioni vincolari. Attrito.

GEOMETRIA DELLE MASSE E DELLE AREE:
Momenti statici. Determinazione della posizione del baricentro di una sezione. Momenti d’inerzia. Teorema di Huygens-Steiner (o di trasposizione).

Assi principali d’inerzia. Applicazioni pratiche: determinazione della posizione del baricentro e dei momenti di primo e secondo ordine con riferimento alle sezioni di uso più comune.

CENNI DI TEORIA DELL’ELASTICITÀ:

Tensioni normali e tensioni tangenziali. Teorema di Cauchy ed equazioni indefinite di equilibrio. Tensioni principali e direzioni principali di tensione. Spostamenti e deformazioni: le equazioni di congruenza. Proprietà del campo di spostamenti. Equazioni di legame elastico. Il diagramma tensione – deformazione. I criteri di equivalenza delle tensioni. Verifica di sezioni.

DINAMICA:
I tre principi della dinamica. Principi di conservazione della quantità di moto e del momento angolare.

LAVORO ED ENERGIA:
Definizioni di lavoro meccanico ed energia cinetica. Campi conservativi. Energia potenziale ed energia meccanica. Teorema di conservazione dell’energia meccanica.

CENNI DI MECCANICA DEI FLUIDI:
Definizioni di base e statica dei fluidi: legge di Pascal e legge di Archimede. Esempi pratici.

CENNI DI TERMODINAMICA:
Definizioni di base e principi della termodinamica. Esempi pratici.

Struttura del corso:
Lezioni frontali teoriche e risoluzione di semplici casi applicativi.

Modalità di esame

Prova scritta di durata 90 minuti. La prova consta tipicamente di due domande: risoluzione di un esercizio numerico ed una domanda teorica a risposta aperta.

Bibliografia

Dispense ed appunti di lezione.

Testi di approfondimento:
• A. Bertin, M. Poli, A. Vitale, Fondamenti di Meccanica, Società Editrice Esculapio, Bologna, 1997
• A. Bertin, M. Poli, A. Vitale, Fondamenti di Termodinamica, Società Editrice Esculapio, Bologna, 1997
• D. Croccolo, M. De Agostinis, G. Olmi, Esercizi di Comportamento Meccanico dei Materiali ed Elementi delle Macchine. Società Editrice Esculapio, Bologna, 2013.
• E. Viola, Lezioni di Scienza delle Costruzioni, Pitagora Editrice Bologna, 2003.
• F. P. Beer, E. Russel Johnston, J. T. Dewolf, Meccanica dei solidi – McGraw-Hill.