FLUIDODINAMICA PER L'ASTROFISICA

Obiettivi formativi

OBIETTIVI GENERALI: Il corso si pone l'obiettivo di dare un’introduzione estesa e matematicamente corretta alla dinamica dei fluidi (gas, liquidi, plasmi) in un contesto fisico e astrofisico. Al termine del corso gli studenti disporranno dei mezzi fisici e matematici per comprendere la costituzione dei fluidi, la loro dinamica e emergenti in contesto terrestre e astrofisico. Durante il corso vengono svolti esercizi applicativi sia teorici che numerici. OBIETTIVI SPECIFICI: A - Conoscenza e capacità di comprensione OF 1) Conoscere le equazioni costitutive della dinamica dei fluidi. OF 2) Comprendere i processi fisici che determinano la dinamica dei fluidi e i loro processi energetici. OF 3) Conoscere le differenze tra la fluidodinamica terrestre e quella astrofisica. B – Capacità applicative OF 4) Saper utilizzare le conoscenze teoriche acquisite alla spiegazione e interpretazione dei fenomeni di dinamica dei fluidi in contesto terrestre e astrofisico. C - Autonomia di giudizio OF 5) Essere in grado di valutare la coerenza tra le soluzioni matematiche e la realta`fisica dei fenomeni in oggetto. D – Abilità nella comunicazione Essere in grado di descrivere in maniera chiara i vari aspetti fisici e matematici dei contenuti del corso. E - Capacità di apprendere OF 6) Avere la capacità di consultare i testi didattici e scientifici di riferimenti al fine di approfondire in modo autonomo alcuni argomenti introdotti durante il corso.

Canale 1
LUCA GRAZIANI Scheda docente

Programmi - Frequenza - Esami

Programma
Conoscenza della fisica dei fluidi ideali e reali sapendone scrivere le equazioni cardine e risolvere alcuni casi di interesse Fisico e Astrofisico. Approfondisce inoltre concetti di stabilita'/instabilita' e propagazione delle perturbazioni. La teoria del collasso gravitazionale e delle esplosioni saranno inoltre al centro della trattazione. Programma ( preliminare ) Concetti base della teoria dei Fluidi Fluidi reali, ideali e plasmi Viscosita' Sforzi di compressione/dilatazione e sforzi di taglio Trasformazioni rigide e deformalbilita' - rate di deformazione Continuita' del campo Fluidi newtoniani e non newtoniani Introduzione al campo classico continuo Linee di campo e significato di divergenza e rotore Equazioni cardine dei Fluidi Ideali Descrizione Lagrangiana e Euleriana Equazione di continuita' Equazione del moto Equazione dell´Energia Equazione di stato termodinamica del fluido Equazioni modificate per i Fluidi ideali Modello delle forze in un campo continuo Equazioni di Navier-Stokes Termodinamica dei Fluidi reali Stabilta' e Instabilita' Fluidi autogravitanti Fluidi terrestri e astrofisici Collasso di Jeans Instabilita' Fluidodinamiche Il ruolo della viscosita' Teoria degli Shock Struttura e andamento delle variabili: condizioni di bordo Discontinuita' longitudinali e tangenziali Propagazione degli shocks: Numeri di Mach Strong/weak shocks Esempi Astrofisici di fronti di shocks Esplosioni e Propagazione delle perturbazioni Blast Waves Esplosioni di Supernova Soluzioni auto-similari Turbolenza Il laboratorio e nei plasmi In astrofisica Convezione delle Stelle (Opzionale / Cenni) Flussi supersonici e subsonici (Opzionale/Cenni) Venti Accrescimento Problema del trasporto radiativo Equazione del trasporto Processi fisici: assorbimento, emissione, scattering Generalizzazione al campo classico continuo e teoria delle PDE La funzione di densita' Teoremi cardine Problemi Ellittici / Parabolici / Iperbolici Metodo delle caratteristiche
Prerequisiti
Prerequisiti: 1. Calcolo Vettoriale e Analisi Matematica. 2. Geometria lineare e Metodi Matematici della Fisica. 3. Meccanica Classica e Analitica 4. Elettrodinamica Classica Per colmare alcune lacune verrano fornite dal docente risorse aggiuntive a richiesta.
Testi di riferimento
Physics of Fluids, R. Capuzzo Dolcetta, Springer ( testo di riferimento del corso)
Frequenza
Frequenza non obbligatoria ma fortemente consigliata per favorire interazione col docente
Modalità di esame
La prova finale consiste in un esame orale col docente sul programma svolto e richiede la capacita' di risoluzione di alcuni casi affrontati a lezione o di loro variazioni. Si richiede inoltre la derivazione delle equazioni cardine e la dimostrazione di teoremi affrontati a lezione. E´ possibile integrare la prova con un approfondimento individuale su un tema concordato col docente, esposto alla classe prima dell´esame finale nell´ora del Mercoledi´ 8:00-9:00. La frequenza da parte dei colleghi non e´ obbligatoria e l´argomento specfico dell´approfondimento non e´ parte del programma del corso. Si ricorda inoltre che i vari homework proposti non prevedono obbligo di esecuzione e non sono oggetto di valutazione in itinere.
Bibliografia
An introduction to Astrophysical Hydrodynamics ( S. N. Shore), Academic Press ( solo alcune parti indicate a lezione) Fluid Mechanics - Vol. 6 Course of Theoretical physics, L D Landau, E M Lifschitz, Pergamon Press (solo alcune parti indicate a lezione) Principles of Astrophysical Fluid Dynamics, C. Clarke and B. Carswell, Cambridge University Press (solo alcune parti indicate a lezione) Physics of the Interstellar and Intergalactic medium, B. Draine, Princeton University Press (solo alcune parti indicate a lezione) Turbulence, an introduction for scientists and engineers, P.A. Davidson, Cambridge University Press (solo alcune parti indicate a lezione) The Equations of Radiation hydrodynamics, Pomraning, Dover Publications (solo alcune parti indicate a lezione) Accretion power in Astrophysics, Frank, King, Raine, Cambridge University Press (solo alcune parti indicate a lezione)
Modalità di erogazione
Lo studente che segue proficuamente il corso erogato in modalita' tradizionale e in presenza, sviluppa una conoscenza della fisica dei fluidi ideali e reali sapendone scrivere le equazioni cardine e risolvere alcuni casi di interesse Fisico e Astrofisico. Approfondisce inoltre concetti di stabilita'/instabilita' e propagazione delle perturbazioni. La teoria del collasso gravitazionale e delle esplosioni saranno inoltre al centro della trattazione. Lo studente e´ inoltre sollecitato a continua e attiva interazione col docente per sviluppre prorie preferenze su argomenti specifici e cercare un approfondimento individuale in vista dell´esame finale
LUCA GRAZIANI Scheda docente

Programmi - Frequenza - Esami

Programma
Conoscenza della fisica dei fluidi ideali e reali sapendone scrivere le equazioni cardine e risolvere alcuni casi di interesse Fisico e Astrofisico. Approfondisce inoltre concetti di stabilita'/instabilita' e propagazione delle perturbazioni. La teoria del collasso gravitazionale e delle esplosioni saranno inoltre al centro della trattazione. Programma ( preliminare ) Concetti base della teoria dei Fluidi Fluidi reali, ideali e plasmi Viscosita' Sforzi di compressione/dilatazione e sforzi di taglio Trasformazioni rigide e deformalbilita' - rate di deformazione Continuita' del campo Fluidi newtoniani e non newtoniani Introduzione al campo classico continuo Linee di campo e significato di divergenza e rotore Equazioni cardine dei Fluidi Ideali Descrizione Lagrangiana e Euleriana Equazione di continuita' Equazione del moto Equazione dell´Energia Equazione di stato termodinamica del fluido Equazioni modificate per i Fluidi ideali Modello delle forze in un campo continuo Equazioni di Navier-Stokes Termodinamica dei Fluidi reali Stabilta' e Instabilita' Fluidi autogravitanti Fluidi terrestri e astrofisici Collasso di Jeans Instabilita' Fluidodinamiche Il ruolo della viscosita' Teoria degli Shock Struttura e andamento delle variabili: condizioni di bordo Discontinuita' longitudinali e tangenziali Propagazione degli shocks: Numeri di Mach Strong/weak shocks Esempi Astrofisici di fronti di shocks Esplosioni e Propagazione delle perturbazioni Blast Waves Esplosioni di Supernova Soluzioni auto-similari Turbolenza Il laboratorio e nei plasmi In astrofisica Convezione delle Stelle (Opzionale / Cenni) Flussi supersonici e subsonici (Opzionale/Cenni) Venti Accrescimento Problema del trasporto radiativo Equazione del trasporto Processi fisici: assorbimento, emissione, scattering Generalizzazione al campo classico continuo e teoria delle PDE La funzione di densita' Teoremi cardine Problemi Ellittici / Parabolici / Iperbolici Metodo delle caratteristiche
Prerequisiti
Prerequisiti: 1. Calcolo Vettoriale e Analisi Matematica. 2. Geometria lineare e Metodi Matematici della Fisica. 3. Meccanica Classica e Analitica 4. Elettrodinamica Classica Per colmare alcune lacune verrano fornite dal docente risorse aggiuntive a richiesta.
Testi di riferimento
Physics of Fluids, R. Capuzzo Dolcetta, Springer ( testo di riferimento del corso)
Frequenza
Frequenza non obbligatoria ma fortemente consigliata per favorire interazione col docente
Modalità di esame
La prova finale consiste in un esame orale col docente sul programma svolto e richiede la capacita' di risoluzione di alcuni casi affrontati a lezione o di loro variazioni. Si richiede inoltre la derivazione delle equazioni cardine e la dimostrazione di teoremi affrontati a lezione. E´ possibile integrare la prova con un approfondimento individuale su un tema concordato col docente, esposto alla classe prima dell´esame finale nell´ora del Mercoledi´ 8:00-9:00. La frequenza da parte dei colleghi non e´ obbligatoria e l´argomento specfico dell´approfondimento non e´ parte del programma del corso. Si ricorda inoltre che i vari homework proposti non prevedono obbligo di esecuzione e non sono oggetto di valutazione in itinere.
Bibliografia
An introduction to Astrophysical Hydrodynamics ( S. N. Shore), Academic Press ( solo alcune parti indicate a lezione) Fluid Mechanics - Vol. 6 Course of Theoretical physics, L D Landau, E M Lifschitz, Pergamon Press (solo alcune parti indicate a lezione) Principles of Astrophysical Fluid Dynamics, C. Clarke and B. Carswell, Cambridge University Press (solo alcune parti indicate a lezione) Physics of the Interstellar and Intergalactic medium, B. Draine, Princeton University Press (solo alcune parti indicate a lezione) Turbulence, an introduction for scientists and engineers, P.A. Davidson, Cambridge University Press (solo alcune parti indicate a lezione) The Equations of Radiation hydrodynamics, Pomraning, Dover Publications (solo alcune parti indicate a lezione) Accretion power in Astrophysics, Frank, King, Raine, Cambridge University Press (solo alcune parti indicate a lezione)
Modalità di erogazione
Lo studente che segue proficuamente il corso erogato in modalita' tradizionale e in presenza, sviluppa una conoscenza della fisica dei fluidi ideali e reali sapendone scrivere le equazioni cardine e risolvere alcuni casi di interesse Fisico e Astrofisico. Approfondisce inoltre concetti di stabilita'/instabilita' e propagazione delle perturbazioni. La teoria del collasso gravitazionale e delle esplosioni saranno inoltre al centro della trattazione. Lo studente e´ inoltre sollecitato a continua e attiva interazione col docente per sviluppre prorie preferenze su argomenti specifici e cercare un approfondimento individuale in vista dell´esame finale
  • Codice insegnamento1039018
  • Anno accademico2025/2026
  • CorsoFisica
  • CurriculumFisica applicata
  • Anno3º anno
  • Semestre1º semestre
  • SSDFIS/05
  • CFU6