MECCANICA ANALITICA

MECCANICA ANALITICA

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iten
Codice
25911
ANNO ACCADEMICO
2020/2021
CFU
8 cfu al 2° anno di 8760 MATEMATICA (L-35) GENOVA

6 CFU al 2° anno di 8758 FISICA (L-30) GENOVA

SETTORE SCIENTIFICO DISCIPLINARE
MAT/07
LINGUA
Italiano
SEDE
GENOVA (MATEMATICA )
periodo
2° Semestre
propedeuticita
materiale didattico

PRESENTAZIONE

In questo corso daremo una descrizione matematica di alcuni fenomeni fisici. Ci si concentrerà, in particolare sulla meccanica e sulle sue leggi fondamentali. Verrà quindi discussa la formulazione Lagrangiana ed Hamiltoniana della meccanica. Si studieranno inoltre alcuni elementi della teoria della stabilità per sistemi dinamici classici.

OBIETTIVI E CONTENUTI

OBIETTIVI FORMATIVI

In questo corso verranno trattati i fondamenti della meccanica analitica sia lagrangiana che hamiltoniana e della teoria della stabilità.

OBIETTIVI FORMATIVI (DETTAGLIO) E RISULTATI DI APPRENDIMENTO

Obiettivo del corso è la formulazione della meccanica analitica, sia dal punto di vista Lagrangiano che dal punto di vista Hamiltoniano, e le relative applicazioni alla risoluzione di problemi di carattere meccanico.
Partendo dalle leggi di Newton e dall'esame dei sistemi vincolati, si giunge al formalismo Lagrangiano a alle equazioni di Eulero-Lagrange. La risolubilità delle equazioni di Eulero-Lagrange è discussa in dettaglio, esaminando in particolare la struttura dell'energia cinetica. Durante il corso vengono presi in esame diversi esempi di interesse fisico, relativi sia a sistemi di punti materiali che a corpi rigidi. Inoltre, il corso affronta la teoria della stabilità alla Ljapunov per sistemi dinamici autonomi e la sua applicazione alle piccole oscillazioni attorno alle configurazioni di equilibrio stabile di un sistema meccanico.
Il passaggio dal formalismo Lagrangiano a quello Hamiltoniano è ottenuto mediante la trasformata di Legendre. Ciò consente di derivare le equazioni di Hamilton dalle equazioni di Eulero-Lagrange. Lo studio della struttura simplettica manifesta in meccanica Hamiltoniana è formalizzato mediante l'introduzione delle parentesi di Poisson, le cui proprietà sono discusse in dettaglio. Si è così naturalmente indotti a introdurre le trasformazioni canoniche come quelle trasformazioni che preservano la forma delle parentesi di Poisson e sono derivate alcune caratterizzazioni equivalenti, con particolare attenzione al metodo della funzione generatrice. La parte del corso dedicata alla meccanica Hamiltoniana è completata prendendo in esame le equazioni di Hamilton-Jacobi, il cui scopo è individuare un sistema di coordinate canoniche rispetto alle quali le equazioni di Hamilton risultano banali.
Il corso si conclude con la disamina dei principi variazionali, sia nel formalismo Lagrangiano che nel formalismo Hamiltoniano, e di alcune loro applicazioni a problemi di carattere sia geometrico che fisico.
Per tutta la durata del corso, le lezioni sono accompagnate da esercitazioni, il cui obiettivo è preparare lo studente ad affrontare e risolvere in maniera autonoma un ampio spettro di problemi di natura meccanica da un punto di vista analitico.

Modalità didattiche

Il corso si svolge mediante lezioni frontali. Parte del corso è costituito da lezioni di carattere teorico (circa 48), volte a illustrare gli aspetti formali delle teoria, accompagnati da alcuni esempi concreti. A integrazione della parte teorica del corso sono previste alcune esercitazioni pratiche (circa 24 ore), aventi lo scopo di illustrare l'uso concreto degli strumenti appresi durante il corso e di preparare lo studente a risolvere autonomamente problemi di meccanica analitica.

PROGRAMMA/CONTENUTO

Introduzione e richiamo di alcuni concetti

  • Spaziotempo della fisica classica
  • Il punto materiale      (solo per il corso da 8 crediti)
  • la meccanica relativa      (solo per il corso da 8 crediti)
  • leggi cardinali per i sistemi discreti e per il corpo rigido      (solo per il corso da 8 crediti)

Meccanica analitica dei sistemi olonomi

  • Sistemi olonomi e vincoli ideali
  • Equazioni di Eulero-Lagrange
  • Equazioni di Lagrange ed equazioni di bilancio
  • Integrali primi nel formalismo lagrangiano

Introduzione allo studio della stabilità per sistemi dinamici

  • Generalità sulle quazioni differenziali
  • Analisi della stabilità e teoria di Ljapunov
  • Approssimazione delle piccole oscillazioni per sistemi meccanici

Meccanica Hamiltoniana

  • Trasformazione di Legendre ed equazioni di Hamilton
  • Parentesi di Poisson
  • Trasformazioni canoniche
  • Funzione generatrice
  • Legge di trasformazione dell'Hamiltoniana
  • Equazioni di Hamilton-Jacobi

Principi variazionali

  • caso lagrangiano e caso hamiltoniano
  • trasformazioni canoniche e covarianza dell'azione

TESTI/BIBLIOGRAFIA

Verranno fornite alcune dispense del corso. Si indicheranno inoltre alcuni testi per completare la preparazione.

DOCENTI E COMMISSIONI

Ricevimento: Su appuntamento.

Ricevimento: Su appuntamenti.

Ricevimento: Su appuntamento.

Commissione d'esame

NICOLA PINAMONTI (Presidente)

PIERRE OLIVIER MARTINETTI (Presidente)

MARCO BENINI

LEZIONI

Modalità didattiche

Il corso si svolge mediante lezioni frontali. Parte del corso è costituito da lezioni di carattere teorico (circa 48), volte a illustrare gli aspetti formali delle teoria, accompagnati da alcuni esempi concreti. A integrazione della parte teorica del corso sono previste alcune esercitazioni pratiche (circa 24 ore), aventi lo scopo di illustrare l'uso concreto degli strumenti appresi durante il corso e di preparare lo studente a risolvere autonomamente problemi di meccanica analitica.

INIZIO LEZIONI

In accordo con il calendario accademico approvato dal Consiglio di Corsi di Studi.

ESAMI

Modalità d'esame

L'esame è costituito da due parti. La prima parte è volta a verificare l'apprendimento delle tecniche risolutive messe a disposizione dalla meccanica analitica mediante la risoluzione di problemi di natura meccanica. La seconda parte è volta a verificare l'assimilazione dei concetti fondamentali della meccanica analitica e la capacità di dedurne i risultati che ne discendono.

Modalità di accertamento

L'accertamento dell'apprendimento avviene in due fasi. La prima fase consiste in una prova scritta, in cui si richiede allo studente di risolvere alcuni esercizi di meccanica utilizzando gli strumenti messi a disposizione dal corso. La seconda fase consiste in una prova orale, in cui si richiede allo studente di dimostrare dimestichezza con i concetti affrontati durante il corso e capacità di verificare i risultati che ne discendono.