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Meccanica razionale

06BPTMQ

A.A. 2023/24

Lingua dell'insegnamento

Italiano

Corsi di studio

Corso di Laurea in Matematica Per L'Ingegneria - Torino

Organizzazione dell'insegnamento
Didattica Ore
Lezioni 50
Esercitazioni in aula 30
Docenti
Docente Qualifica Settore h.Lez h.Es h.Lab h.Tut Anni incarico
Ambrosi Davide Carlo   Professore Ordinario MATH-04/A 50 10 0 0 3
Collaboratori
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Didattica
SSD CFU Attivita' formative Ambiti disciplinari
MAT/07 8 B - Caratterizzanti Formazione modellistico-applicativa
2023/24
L'insegnamento introduce gli studenti alla teoria matematica della meccanica quale prototipo di formalizzazione analitica rigorosa di fenomeni fisici. Gli argomenti riguardano, nello specifico, la meccanica del corpo rigido e dei sistemi articolati, la meccanica lagrangiana, l'analisi qualitativa del moto e cenni di calcolo perturbativo.
Teaching introduces students to the mathematical theory of mechanics as a prototype of rigorous analytical formalization of physical phenomena. Topics include, specifically, rigid body and articulated system mechanics, Lagrangian mechanics and qualitative theory of motion and elements of perturbation calculus.
Al termine dell'insegnamento lo studente sarà in grado di: (i) caratterizzare le grandezze cinematiche fondamentali per la descrizione del moto di sistemi meccanici complessi ad un numero finito di gradi di libertà, stabilire relazioni tra grandezze valutate in sistemi di riferimento diversi (inerziali e non); (ii) studiare le configurazioni statiche di questi sistemi sottoposti all'azione di forze e analizzarne la stabilità; (iii) calcolare le reazioni vincolari agenti su questi sistemi in condizioni statiche; (iv) scrivere le equazioni differenziali che governano il moto di questi sistemi; (v) studiare opportune approssimazioni del moto di questi sistemi nell'intorno delle configurazioni di equilibrio stabili. Lo studente avrà in tal modo acquisito familiarità con i concetti di lavoro virtuale, potenza, energia cinetica e potenziale, oltre che di dinamica simbolica, che trovano ampia applicazione oltre il perimetro della Meccanica.
Teoria delle equazioni differenziali ordinarie, elementi di algebra lineare, calcolo differenziale in più variabili. Tutti i prerequisiti sono argomento di insegnamenti del primo biennio del corso di laurea.
- Cinematica del punto. Traiettoria e legge oraria, velocità, accelerazione. Sistema di coordinate di Frenet. - Sistemi vincolati. Classificazione dei vincoli (olonomi, anolonomi, bilateri, unilateri, dipendenti e indipendenti dal tempo), coordinate lagrangiane e gradi di libertà, velocità, spostamenti virtuali. - Cinematica del corpo rigido. Vincolo di rigidità, teorema di Poisson e velocità angolare, leggi di distribuzione delle velocità, delle accelerazioni, particolari moti rigidi (traslatorio, rototraslatorio, rotatorio, piano), atto di moto, centro istantaneo di rotazione per moti piani. - Cinematica relativa e dinamica relativa. - Geometria delle aree e delle masse. Caratteristiche geometriche delle sezioni piane, baricentro, centro di massa, momenti statici, momenti di inerzia, teorema di Huygens-Steiner, matrice di inerzia, assi principali di inerzia. Esempi di calcolo delle caratteristiche geometriche di sezioni piane notevoli. - Equazioni cardinali della dinamica. Sistemi di forze, risultante e momento risultante, lavoro e lavoro virtuale di una forza, lavoro di forze su un sistema olonomo, forze generalizzate, lavoro di forze su un sistema rigido, dinamica del punto materiale, postulato delle reazioni vincolari, vincoli ideali, quantità di moto, momento delle quantità di moto, equazioni cardinali della dinamica, momento delle quantità di moto e sua derivata temporale per sistemi rigidi, equazioni di Eulero, equazioni pure del moto, integrali primi del moto. - Statica ed equilibrio. Equazioni cardinali della statica, principio dei lavori virtuali, statica dei sistemi rigidi, statica dei sistemi olonomi, configurazioni di equilibrio ordinarie e di confine, potenziale e teorema di stazionarietà del potenziale, stabilità (in senso statico), massimi del potenziale. - Energia cinetica. Teorema di Koenig, espressione dell'energia cinetica per un sistema rigido e per un sistema olonomo, matrice di massa, potenza di forze, teorema dell'energia cinetica, conservazione dell'energia meccanica. - Meccanica lagrangiana. Equazioni di Lagrange per sistemi olonomi, lagrangiana, integrale primo dei momenti cinetici. - Piccoli moti. Linearizzazione delle equazioni di Lagrange, pulsazioni e frequenze proprie di oscillazione. - Trattazione lagrangiana per vincoli anolonomi: il pattino su piano inclinato, disco che rotola su un piano. - Un esempio di calcolo perturbativo: la stabilizzazione del pendolo inverso.
L'insegnamento si articola in: - lezioni teoriche frontali (50 ore); - esercitazioni in aula (30 ore). Durante le esercitazioni si propone agli studenti la risoluzione guidata di problemi principalmente sui seguenti argomenti: - cinematica del punto e del corpo rigido liberi e vincolati; - cinematica relativa; - calcolo delle caratteristiche geometriche di sezioni piane; - equazioni cardinali della dinamica; - equazioni cardinali della statica; - principio dei lavori virtuali e stazionarietà del potenziale; - determinazione delle configurazioni di equilibrio di un sistema meccanico e discussione della loro stabilità - calcolo delle reazioni vincolari in condizioni dinamiche e statiche; - equazioni di Lagrange; - linearizzazione delle equazioni del moto nellintorno di configurazioni di equilibrio stabili; - calcolo di esponenti di Lyapunov ed evoluzione delle misure di semplici trasformazioni dell’intervallo. Durante le esercitazioni si propone altresì la risoluzione di temi d'esame degli anni passati.
Per la teoria: - P. Biscari, T. Ruggeri, G. Saccomandi, M. Vianello. Meccanica Razionale, Springer, 2016. Per gli esercizi: - G.Belli, C.Morosi, E.Alberti "Esercizi di Meccanica Razionale", Politecnica Durante le ore di esercitazione saranno resi disponibili, e parzialmente svolti, ulteriori esercizi sui vari argomenti dell'insegnamento. Sul Portale della Didattica sarà inoltre messa a disposizione degli studenti una raccolta di temi d'esame svolti assegnati agli appelli degli anni passati.
Slides; Libro di testo; Libro di esercitazione; Esercizi; Esercizi risolti;
Modalità di esame: Prova scritta (in aula); Prova orale obbligatoria;
Exam: Written test; Compulsory oral exam;
... L'esame è costituito da una prova scritta della durata di 90 minuti, volta a verificare le conoscenze teoriche degli studenti e la loro capacità di trattare qualitativamente sistemi meccanici ed una prova orale. La prova scritta è strutturata in due parti: - una o più domande di teoria; - un esercizio sugli argomenti svolti a lezione e durante le esercitazioni. La prova orale sarà dedicata ad una discussione dell'elaborato scritto ed una o più domande sulla teoria.
Gli studenti e le studentesse con disabilità o con Disturbi Specifici di Apprendimento (DSA), oltre alla segnalazione tramite procedura informatizzata, sono invitati a comunicare anche direttamente al/la docente titolare dell'insegnamento, con un preavviso non inferiore ad una settimana dall'avvio della sessione d'esame, gli strumenti compensativi concordati con l'Unità Special Needs, al fine di permettere al/la docente la declinazione più idonea in riferimento alla specifica tipologia di esame.
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