FONDAMENTI DI FISICA E MACCHINE

Obiettivi formativi

• MECCANICA E MACCHINE

  Trasmettere agli allievi le conoscenze della meccanica di base e delle principali macchine di interesse per il settore agroalimentare, necessarie per una corretta gestione e sorveglianza dei processi produttivi. Promuovere l’attenzione verso gli aspetti tecnico-ingegneristici della disciplina e la valutazione critica dei risultati numerici.

Prerequisiti richiesti

• FISICA

  Consigliata la frequenza del corso di Matematica e Statistica.

• MECCANICA E MACCHINE

  Superamento esame di Matematica.

Frequenza lezioni

• FISICA

  Consigliata, non obbligatoria

• MECCANICA E MACCHINE

  Vivamente consigliata, ma non obbligatoria.

Contenuti del corso

• FISICA

  1 – Introduzione
  Stato di un sistema fisico e grandezze fisicamente significative - La misura delle grandezze fisiche e gli errori di misura - Unità di misura - Equazioni dimensionali - Grandezze scalari e vettoriali - Elementi di algebra vettoriale - Rappresentazione grafica delle leggi fisiche.

  2 – Meccanica
  Descrizione del moto di un corpo - Sistemi di riferimento - Principio d'inerzia - Seconda legge della dinamica - Terza legge della dinamica - Conservazione della quantità di moto - Campi di forza - Lavoro di una forza - Teorema dell'energia cinetica - Campi conservativi - Potenziale - Conservazione dell'energia meccanica - Momento delle forze - Conservazione del momento angolare.

  3 - Meccanica dei fluidi
  Proprietà dei fluidi - Statica dei fluidi: leggi di Pascal, Stevin e Archimede - Fluidi ideali e teorema di Bernoulli - Moto laminare di un fluido viscoso: legge di Poiseuille - Flusso turbolento - Sedimentazione - Fenomeni di superficie: legge di Laplace e fenomeni di capillarità - Diffusione di soluti - Legge di Fick -Osmosi.

  4 - Fenomeni elettromagnetici
  Carica elettrica - Campo elettrostatico - Teorema di Gauss e sue applicazioni - Condensatori - Dielettrico - Polarizzazione del dielettrico - Corrente elettrica - Correnti elettriche nei conduttori e negli elettroliti - Leggi di Faraday - Induzione magnetica - Legge di Ampere - Campo magnetico nella materia - Forza elettromotrice indotta - Legge di Lenz - Equazioni di Maxwell - Onde elettromagnetiche.

  5 - Fenomeni ondulatori
  Oscillazioni meccaniche libere - Energia di un oscillatore armonico - Onde progressive armoniche - Onde longitudinali e trasversali - Onde piane ed onde sferiche - Onde monocromatiche - Analisi di Fourier - Effetto Doppler - Principio di Huygens - Il suono e le sue caratteristiche - Fisica dell'orecchio - Ultrasuoni.

  6 - Elementi di ottica
  Riflessione e rifrazione - Legge di Snell - Approssimazione dell'ottica geometrica - Diottro sferico - Lenti sottili - Costruzione geometrica delle immagini - Microscopio - Ottica fisica - Sorgenti coerenti - Interferenza - Diffrazione - Reticolo di diffrazione - Potere risolutivo di uno strumento ottico - Polarizzazione.

  7 – Elementi di Fisica moderna e delle radiazioni (cenni )
  Fotoni - Relazione di Planck - Dualità onda-corpuscolo- Diffrazione degli elettroni - Principio di indeterminazione. Cenni di struttura atomica - Interazione della radiazione con la materia - Leggi di Lambert e di Beer – Spettroscopia - Raggi X - Struttura del nucleo atomico - Radioattività e legge del decadimento radioattivo - Effetti biologici delle radiazioni – Cenni di dosimetria e di radioprotezione.

• MECCANICA E MACCHINE

  Il Sistema Internazionale di unità di misura: Grandezze fondamentali e derivate - Prefissi per multipli e sottomultipli decimali - Unità di misura delle principali grandezze fisiche di interesse per il corso.

  Elementi di meccanica applicata: Classificazione delle macchine - Energia e Potenza meccanica - Forze agenti nelle macchine - Condizioni di equilibrio di un corpo rigido - Equazione generale delle macchine e suo significato fisico.

  Rendimenti delle macchine: Definizione di rendimento - Rendimenti nei collegamenti in serie, in parallelo e in serie-parallelo-

  Resistenze passive: Resistenza del mezzo - Attrito radente e volvente - Coefficienti di aderenza e d’attrito - Potenza dissipata per attrito - Cenni sui mezzi per ridurre l’attrito (cuscinetti di
  strisciamento e di rotolamento, lubrificazione, principali caratteristiche dei lubrificanti).

  Sistemi per la trasmissione del moto: Rapporto di trasmissione - Cenni sui principali sistemi ditrasmissione (giunti, innesti, flessibili, ruote di frizione, ruote dentate) - Cenni sui sistemi per la
  regolazione del moto (freni e volani).

  Termodinamica di base: Sistema termodinamico - Primo e secondo principio della termodinamica - Principali grandezze termodinamiche (calore, lavoro, energia interna, entalpia,
  entropia).

  Trasformazioni termodinamiche: Equazione di stato dei gas perfetti - Principali trasformazioni termodinamiche dei gas perfetti (isobare, isocore, isoterme, adiabatiche, politropiche) - Cicli
  termodinamici - Rendimento di un ciclo termodinamico - Diagrammi di sostanze pure nei cambiamenti di stato - Miscele di liquido e vapore - Titolo di un vapore.

  Trasmissione del calore per conduzione: Postulato di Fourier - Conduzione in regime stazionario attraverso parete piana o cilindrica, semplice o composta - Resistenza termica di
  conduzione - Profili di temperatura.

  Trasmissione del calore per convezione: Legge di Newton - Coefficiente liminare - Conduzione e convezione attraverso parete piana o cilindrica, semplice o composta - Resistenza termica di convezione.

  Trasmissione del calore per irraggiamento: Legge di Stephan-Boltzmann - Trasmissione fra schermi piani neri e/o grigi.

  Scambiatori di calore: Tipologie costruttive e modalità di funzionamento - Scambiatori equicorrente e controcorrente - Bilancio energetico - Profili di temperatura - Dimensionamento.

  Termodinamica dell’aria umida: Parametri fisici dell’aria umida (umidità specifica, relativa e assoluta, entalpia) - Diagramma di Mollier dell’aria umida.

  Macchine frigorifere: Cicli inversi - COP di un ciclo inverso - Ciclo di Rankine inverso - Calcolo della potenza frigorifera teorica - Proprietà principali dei fluidi frigorigeni.

  Motori a combustione interna: Cicli teorici Otto, Diesel e Sabathé - Parti fondamentali di un motore - Classificazione dei motori (ad accensione comandata o spontanea, a due e a quattro
  tempi) . Rendimenti - Differenze fra i cicli teorici ed effettivi - Curve caratteristiche dei motori (coppia, potenza, consumo specifico).

  Pompe per il settore agroalimentare: Moto stazionario dei fluidi in condotta - Bilancio di massa e di energia - Perdite di carico - Calcolo della potenza di pompaggio - Classificazione delle pompe (volumetriche alternative e rotative, fluidodinamiche) - Curve caratteristiche delle pompe.

  Altre macchine di interesse per il settore agroalimentare: Cenni sul principio di funzionamento di compressori, centrifughe, decanter, macchine elettriche fondamentali.

Testi di riferimento

• MECCANICA E MACCHINE

  Viene fornito dal docente tutto il materiale necessario per lo studio degli argomenti trattati in aula (dispense con la parte teorica e lucidi per lo svolgimento guidato degli esercizi). Inoltre sono consigliati i seguenti testi, formo restando la libertà di consultare qualsiasi altro testo:

  1. Anzalone G., Bassignana P., Brafa Musicoro G., Fondamenti di meccanica e macchine, Hoepli.

  2. Çengel Y., Termodinamica e trasmissione del calore, terza edizione, Mc GrawHill.

Programmazione del corso

Verifica dell'apprendimento

Modalità di verifica dell'apprendimento

• FISICA

  L’esame consiste in due prove, una scritta e una orale. Lo scritto non ha una sua valutazione e serve solo per l’ammissione alla prova orale. Lo studente può decidere di completare con la parte orale nello stesso appello in cui ha svolto lo scritto o nell’appello successivo.

• MECCANICA E MACCHINE

  L’esame consiste in due prove, una scritta e una, facoltativa, orale. Il compito scritto è strutturato in tre parti, ciascuna riferita a una parte di programma, e consiste nella risoluzione di uno o più
  quesiti numerici e in domande a risposta multipla e a risposta aperta. Il voto massimo della prova scritta è 27/30. Il colloquio orale, facoltativo, è successivo al superamento della prova scritta. Il
  risultato della prova scritta ha validità un anno accademico.
  1-7: prima parte del programma
  8-12: seconda parte del programma
  13-18: terza parte del programma

Esempi di domande e/o esercizi frequenti

• FISICA

  Sul sito http://bellia.ct.infn.it/bellia/www/biologia/Physics-main/compiti.html sono presenti i compiti d’esame dati sin dall’AA 1990/91 per il corso di Fisica per Scienze Biologiche. Gli studenti possono utilizzarli per esercitazioni.

• MECCANICA E MACCHINE

  Tutto il materiale didattico (dispense con la parte teorica, lucidi utilizzati durante le lezioni, raccolta dei testi delle prove d'esame via via assegnate negli anni precedenti) è reso disponibile sulla
  piattaforma STUDIUM. Gli argomenti più frequentemente richiesti in sede di colloquio orale riguardano:

  Unità di misura SI di grandezze di interesse (energia, potenza, pressione)

  Calcolo di rendimenti in macchine collegate in serie o in parallelo

  Attrito

  Condizioni di equilibrio

  Rapporto di trasmissione

  Equazione di stato dei gas perfetti e calcolo del calore e del lavoro scambiati nelle principali trasformazioni termodinamiche

  Modalità e leggi che governano la trasmissione del calore

  Tipologie di scambiatori di calore e loro dimensionamento

  Cicli termodinamici delle macchine frigorifere

  Cicli termodinamici dei motori a combustione interna

  Calcolo della potenza di pompaggio

  Termodinamica dell’aria umida