Riassunto teoria Fisica (Meccanica e Termodinamica)

Proprietà dei fluidi

I fluidi, a differenza dei solidi, non hanno forma propria, ma si adattano alla forma del recipiente che li contiene.

I fluidi si classificano in liquidi e gas.

Le loro diversità sono molteplici:

• I liquidi hanno un volume definito, mentre i gas tendono ad occupare il volume del recipiente che li contiene
• I liquidi sono incompressibili, mentre i gas si prestano alla compressione

La densità di un fluido ne determina il comportamento come fluido, ad esempio un

liquido ha una densità maggiore rispetto ad un gas. I fluidi hanno capacità di scorrere: gli strati che li compongono scorrono uno sopra l'altro e anche sulle pareti. A tale scorrimento si oppone una forza d'attrito chiamata viscosità. Un altro concetto importante per lo studio dei fluidi è la pressione. La pressione è la grandezza definita come rapporto tra la forza agente su una superficie in direzione perpendicolare a essa e l'area della superficie stessa. Unità di misura della pressione è il pascal, simbolo Pa, ovvero il newton al metro quadrato (N/m2). Oltre al pascal sono molto utilizzate unità di misura come l'atmosfera e i bar. Generalmente, un fluido sottoposto ad una pressione esterna subisce una variazione di volume. LEGGE DI STEVINO: in un liquido con densità costante, la pressione cresce con la profondità. PRINCIPIO DI PASCAL: La pressione applicata ad un fluido racchiuso in un recipiente si

trasmette a tutto il fluido e ne fa aumentare la pressione dellastessa quantità.

PRINCIPIO DI ARCHIMEDE: un corpo immerso in un fluido riceve unaspinta verso l'alto pari al peso del volume di liquido occupato dal volume delsolido immerso.

Quando si verifica una scorrimento tra fluidi, compare lungo la superficie dicontatto una forza d'attrito interno, che ha verso contrario rispetto alla velocitàrelativa ed è direttamente proporzionale alla viscosità del fluido.

FLUIDO IDEALE: densità e viscosità costanti, cioè è non viscoso eincompressibile.

Una situazione di regime stazionario impone che tutti gli elementi di fluido chepassano in istanti diversi in un dato punto, hanno stessa velocità. In casocontrario si parla di regime variabile.

PORTATA: volume di fluido passato attraverso una sezione nell'unità di tempo.

In regime stazionario la portata è costante. Dove la sezione del condottodiminuisce

aumenta la velocità

TEOREMA DI BERNOULLI: considerando un fluido ideale, la somma della pressione, di energia cinetica per unità di volume e dell'energia potenziale per unità di volume è costante lungo un qualsiasi condotto.

CAPITOLO 10: OSCILLAZIONI

Per oscillatore armonico si intende qualsiasi modello fisico descritto dal moto armonico (moto di un corpo collegato a una molla libero di oscillare, pendolo semplice)

Conseguenza dell'equazione differenziale del moto armonico è il PRINCIPIO DI SOVRAPPOSIZIONE: se in una determinata situazione abbiamo un risultato, in un'altra situazione ne abbiamo un altro, al verificarsi contemporaneo delle due situazioni si avrà la somma dei risultati precedenti.

Durante il moto dell'oscillatore armonico si conserva l'energia meccanica, che è per metà cinetica e per metà potenziale.

Supponendo di voler combinare due moti armonici sullo stesso asse:

Forze egualistessa

costante elastica, stessa pulsazione, l'ampiezza del moto dipende dalla differenza di fase

Forze diverseampiezza e pulsazione variano nel tempo. Il moto risultante non è armonico semplice e darà vita al fenomeno di battimento.

Supponendo di voler combinare due moti armonici su assi ortogonali: la somma di due moti armonici su assi ortogonali con uguale pulsazione da vita ad un moto piano con traiettoria ellittica.

In una situazione realistica il moto armonico viene "frenato" da una forza d'attrito: l'ampiezza dell'oscillazione non c'è e smette di esserci moto.

Consideriamo il caso che l'oscillatore venga fermato da una forza d'attrito viscosa: dall'equazione caratteristica possiamo avere 3 possibili casi:

1. Smorzamento fortele ampiezze dipendono dalle condizioni iniziali e il moto è esponenziale decrescente
2. Smorzamento criticoanche qui il moto è esponenziale decrescente (nel caso di

smorzamento critico non c'è mai oscillazione

Smorzamento debole: il moto si inverte ad intervalli regolari pari a T/2 (Quando si sposta il punto della posizione di equilibrio esso tende a tornare sotto azione della forza elastica. Se non c'è attrito si ha un'oscillazione indefinita, se c'è attrito, costante o viscoso, si ha un'oscillazione smorzata che si esaurisce in un certo tempo. Siccome c'è sempre attrito, l'oscillazione libera è sempre smorzata).

Se volessimo rendere l'oscillazione persistente nonostante la presenza di attrito dovremmo applicare una forza sinusoidale in modo che l'oscillatore risponda con uno spostamento sinusoidale, lo spostamento sia sfasato rispetto alla sollecitazione. Ovviamente l'ampiezza e la fase dipendono dalla sollecitazione.

Quando l'oscillatore oscilla alla stessa frequenza della sollecitazione esterna, è condizione di risonanza.

risonanza si ha il massimo trasferimento di potenza.

CAPITOLO 12: PRIMO PRINCIPIO DELLA TERMODINAMICA

La termodinamica si occupa dello studio dei sistemi da un punto di vista microscopico e macroscopico con riferimento alle trasformazioni nelle quali entrano in gioco grandezze come temperatura e calore.

Un sistema termodinamico è un sistema fisico scelto con lo scopo di studiare le proprietà di una sostanza o di un fenomeno di trasformazione. Si classificano in:

• Sistema aperto: tra sistema e ambiente vi sono scambi di materia ed energia
• Sistema chiuso: c'è scambio di energia, ma non di materia
• Sistema isolato: non c'è scambio né di materia, né di energia

Un sistema termodinamico viene descritto attraverso le variabili termodinamiche che possono essere:

• Estensive: descrivono una proprietà globale del sistema (massa, volume)
• Distensive: descrivono una proprietà locale (temperatura, pressione, densità)

pressione

volume,Lo stato di un gas ideale è descrivibile tramite 3 grandezze:temperatura, legate insieme dall'equazione di stato. Lo stato termodinamico èin equilibrio quando le variabili termodinamiche che lo descrivono sono costantinel tempo.Dati due diversi stati termodinamici, l'evoluzione del sistema da uno statoall'altro è una trasformazione termodinamica.Un sistema si dice che è in equilibrio termico quando la temperatura delsistema A è uguale alla temperatura del sistema B.Per portare all'equilibrio termico due sistemi bisogna metterli a contattotramite una parete. Se viene raggiunto l'equilibrio termico si dice paretediatermica, se non viene raggiunto essa sarà una parete adiabatica.Tramite degli esperimenti condotti da Joule, possiamo affermare che il lavorosvolto è proporzionale alla variazione di temperatura.L'equilibrio termico, quindi, viene raggiunto tramite scambio di energia sottoforma di

calore.

PRIMO PRINCIPIO DELLA TERMODINAMICA: la variazione di energia interna del sistema è uguale alla differenza del calore scambiato e il lavoro esercitato tra il sistema e l'ambiente.
Energia interna → legata a proprietà interne del sistema (temperatura, pressione, volume).
Se un sistema esegue una qualsiasi trasformazione che lo riporti allo stato termodinamico iniziale, essa è una trasformazione ciclica, pertanto la variazione di energia interna è nulla. Se nella trasformazione ciclica esso assorbe calore e produce lavoro, essa costituisce una macchina termica.

TRASFORMAZIONI ADIABATICHE: qualsiasi trasformazione in cui Q=0, ovvero il sistema non scambia calore con l'esterno.

TRASFORMAZIONE REVERSIBILE: avviene attraverso stati di equilibrio e in assenza di forze dissipative (svolgimento lento).

TRASFORMAZIONE IRREVERSIBILE: passa attraverso stati di non equilibrio o avviene in presenza di forze dissipative.

Esiste una proporzionalità tra calore, massa.

e variazione della suatemperatura. (Q=m*c*deltaT) dove m*c è detta capacità termica e rappresentail calore necessario a far variare di 1K la temperatura del corpo.

Una classe importante di processi isotermi è costituita dal cambiamenti di fase. Essi sono accompagnati da scambi di calore ben definiti, detti calori latenti. I cambiamenti di fase sono trasformazioni reversibili.

La trasmissione di calore in un sistema avviene tramite:

• Conduzione: trasmissione di calore in un fluido o in un solido da zone contemperatura maggiore a zone con temperatura minore
• Convezione: la trasmissione del calore avviene con spostamenti dimateria tramite correnti convettive
• Irraggiamento: il trasferimento di energia tra due corpi per mezzo di ondeelettromagnetiche

Al crescere della temperatura (rimanendo costante la pressione), cresce ancheil volume. Questo fenomeno è chiamato dilatazione termica.

CAPITOLO 13: GAS IDEALI E REALI

Un gas, per essere ideale o perfetto, deve avere

molecole di volumetrascurabile, che non interagiscono tra di loro a distanza, urtano in modo completamente elastico con le pareti, sono tutte uguali e si muovono in modo casuale.

LEGGE DI AVOGADRO: due gas con volume, pressione e temperatura uguali, contengono lo stesso numero di molecole

MOLE: settima unità fondamentale; una mole contiene tante unità quanti sono gli atomi contenuti in 0.012 Kg di Carbonio

GAS IDEALE: un sistema in cui le variabili termodinamiche in uno stato di equilibrio obbediscono all'equazione di stato di un gas ideale. (pV=nRT)

TERMOMETRO A GAS: (sfrutta la legge isocora) il gas è contenuto in un bulbo metallico connesso ad un serbatoio il quale contiene mercurio. Quando si vuole misurare la temperatura si inserisce il bulbo a contatto col mercurio, il quale si porterà alla temperatura del gas.

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