Meccanica Razionale

Meccanica Razionale #

Modulo per il corso di laurea triennale in Matematica.


Nonostante la denominazione, il corso — precedentemente Fisica Matematica 2 — è de facto un modulo sulla formulazione lagrangiana della meccanica. Il suo obiettivo è introdurre lo studente ai concetti fondamentali della meccanica analitica.

Materiale di riferimento #

I due testi di riferimento del corso saranno

Un testo complementare, avanzato, consultabile su alcuni aspetti specifici è

Due testi estremamente utili per la consultazione, pensati per un corso in Fisica Teorica, sono

Durante il corso farò riferimento ad alcune note, che riprendono l’ordine degli argomenti svolti. Le note sono in una prima versione e possono contenere errori. Si raccomanda vivamente di seguire i testi consigliati.

Ringrazio gli studenti che finora mi han fatto notare e correggere gli innumerevoli errori.

Referenze per approfondimenti #

Spazi affini e loro proprietà sono argomenti dei corsi di geometria del triennio e si possono trovare per esempio in [2]. Curve e superfici regolari sono trattate tipicamente nei manuali di Analisi per il triennio italiano, come per esempio nel capitolo 15 di [1]. Una monografia sull’argomento è [3]. Una introduzione alle equazioni differenziali ordinarie lineari è nel capitolo 17 di [1]. Una discussione sulle coniche in forma polare si può trovare nell’Appendice delle note e in ogni libro elementare di geometria, per esempio nella sezione 13.18 di [4]. Il calcolo delle variazioni è un importante e ampio settore dell’Analisi con applicazioni rilevantissime, motivo per il quale è offerto un corso monografico già nel programma del corso di Laurea in Matematica. Una referenza classica è la [5].

  1. E. Giusti, Analisi matematica 2.
  2. E. Sernesi, Geometria 1.
  3. M. P. do Carmo, Differential Geometry of Curves and Surfaces.
  4. T.M. Apostol, Calculus I.
  5. I.M. Gelfand, S.V. Fomin, Calculus of variations.

Calendario #

Data    Argomento
TBA TBA.

Esercizi #

Quando rifletto su ciò che le persone in genere vogliono ottenere da un calcolo,
realizzo che si tratta sempre di un numero.
Muhammad ibn Musa al-Khwarizmi
in الكتاب المختصر في حساب الجبر والمقابلة

Raccolta Argomento
E00 Richiami sulle curve.
E01 Richiami di meccanica newtoniana.
E02 Formalismo lagrangiano.
E03 Moto unidimensionale.
E04 Piccole oscillazioni.
E05 Moto in campo centrale.
E06 Formalismo variazionale e teorema di Noether.
E07 Corpo rigido.

Allo scopo di ritardare l’inevitabile declino cognitivo raccomando di tentare prima la soluzione senza ricorrere all’AI.

Prova d’esame passate #

2025 — — 16-06 09-07 24-07 01-09
2026 13-01 26-01 08-06 22-06 06-07 14-09
Statistiche
Esiti delle prove d'esame passate
Voto mediano e percentuale di promossi Diagramma interattivo delle prove elencate nella tabella precedente.
Studenti promossi per sessione
Sessione estiva Sessione invernale
Numero stimato di studenti promossi per anno e sessione La curva rossa rappresenta gli appelli di giugno, luglio e settembre all'ascissa dell'anno; la curva blu rappresenta gli altri mesi all'ascissa anno meno un mezzo.


Miscellanea #

Pendolo di Foucault

Percorso apparente nel riferimento di un pianeta di raggio uguale a quello terrestre.

45°N
20 m
1.0 m
12 h
24 h
9.8 m/s²
1×
Pendulum period: —
Foucault period: —
Precession rate: —
Vista 3D (non in scala)
t = 0.00 h

Fatto con Opus 4.6.

Pendoli accoppiati

Nota: La simulazione usa unità tali che $g=1$, come nell’esercizio discusso in classe, in modo che, detti $q_1$ e $q_2$ gli angoli rispetto alla verticale dei due pendoli, in approssimazione di piccole oscillazioni $$q_1(t)=\frac{z_1(t)+z_2(t)}{\sqrt 2},\qquad q_2(t)=\frac{z_2(t)-z_1(t)}{\sqrt 2}$$ ove sono dati i modi normali, per $a=1,2$, $$z_a(t)=z_a(0)\cos(\omega_a t)+\frac{\dot z_2(0)}{\omega_a}\sin(\omega_at),\qquad \omega_a^2=\begin{cases}1&a=1\\ 1+2k&a=2\end{cases}$$ $k$ costante elastica della molla. Nel diagramma di destra sono raffigurati i valori delle variabili $$u_a(t)=\frac{\omega_a z_a(t)}{\sqrt{2 E_a}},\qquad\text{dove}\quad E_a=\frac{1}{2}\dot z_a^2(0)+\frac{1}{2}\omega_a z_a^2(0)$$ che producono una figura di Lissajous sul quadrato $[-1,1]^2$.


Coupled pendula simulation

0.00
0.00
0.00
1.50
Pendoli
Figura di Lissajous

Brachistocrona

2.00


Vedendo inoltre in te [Eratostene], come ho detto, uno studioso diligente, un eminente filosofo e un estimatore [dell'indagine matematica], ho ritenuto opportuno scrivere per te e spiegare in dettaglio, in questo stesso libro, la particolarità di un certo metodo, grazie al quale ti sarà possibile iniziare a investigare alcuni problemi di matematica per mezzo della meccanica. Sono convinto che questa procedura non sia meno utile per la dimostrazione stessa dei teoremi; infatti, alcune cose mi sono apparse chiare per la prima volta grazie a un metodo meccanico, anche se successivamente hanno dovuto essere dimostrate geometricamente, poiché l’indagine condotta con il suddetto metodo non forniva una dimostrazione vera e propria. Tuttavia, è certamente più facile, una volta acquisita una certa conoscenza preliminare delle questioni grazie a questo metodo, fornirne una dimostrazione, piuttosto che trovarla senza conoscenza precedente alcuna.
Archimede
in Metodo, Palinsesto di Archimede

Una possibile spiegazione del fatto che il fisico usi la matematica per formulare le leggi di natura è che sia una persona un po’ irresponsabile. Infatti, quando scopre un rapporto tra due quantità che somiglia a un rapporto ben noto in matematica, il fisico salta subito alla conclusione che il rapporto trovato è quello discusso in matematica, semplicemente perché non ne conosce di simili. Non è nostra intenzione difendere il fisico dall’accusa di essere un irresponsabile. Forse lo è. Tuttavia, è importante segnalare che la formulazione matematica dell’esperienza spesso grossolana del fisico lo conduce, in un gran numero di casi, a una descrizione straordinariamente accurata di una vasta classe di fenomeni. Ciò dimostra che il linguaggio della matematica è esemplare non solo per il fatto di essere l’unico che parliamo, ma anche per il fatto di essere, nel vero senso della parola, il linguaggio corretto.
Eugene Wigner
in The Unreasonable Effectiveness of Mathematics in the Natural Sciences