Course Syllabus

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  1. INTRODUZIONE AGLI ARGOMENTI
    1.1 I fluidi nelle scienze della Terra: l'interno, l'idrosfera, l'atmosfera
    1.2 Principi di fisica e equazioni di Newton
    1.3 Che cos'è un fluido? Una visione microscopica aiuta a comprendere equazioni complesse
    1.4 Statica dei fluidi: la legge della pressione nel campo gravitazionale
  2. FLUIDI: PROPRIETÀ E DESCRIZIONE
    2.1 Visione cinetica dei fluidi
    2.2 Le leggi della meccanica dei fluidi (1): i fluidi si conservano (legge di continuità)
    2.3 Le leggi della meccanica dei fluidi (2): i fluidi seguono la legge di Newton (equazione di Navier-Stokes)
    2.4 Equazione di Boltzmann e dinamica dei fluidi
    2.5 Proprietà e comportamento dei due fluidi più importanti sulla Terra: acqua e aria
    2.6 Numeri adimensionali nella meccanica dei fluidi di particolare interesse per le Scienze della Terra: il numero di Froude
    2.7 Il numero di Reynolds e l'origine della turbolenza
    2.8 Visioni semplificate della meccanica dei fluidi con particolare enfasi sull'equazione di Bernoulli per flussi non viscosi
    2.9 Il regime di Stokes, ovvero perché l'argilla nell'acqua e le goccioline delle nuvole nell'aria rimangono sospese
    2.10 Forze tra Particelle solide e fluidi: la forza di attrito
  3. FLUIDI NEWTONIANI E NON NEWTONIANI
    3.1 Le leggi della meccanica dei fluidi (3): leggi costitutive per i fluidi non newtoniani
    3.2 La scienza della reologia
    3.3 Esempi di fluidi non newtoniani
    3.4 Flusso di fluidi newtoniani, di Bingham e di Herschel-Bulkley lungo un pendio
  4. APPLICAZIONE AL FLUSSO FLUVIALE, ALL'IDRAULICA E ALLA SEDIMENTOLOGIA FISICA
    4.1 Applicazione della meccanica dei fluidi ai flussi in canali aperti; idraulica; Le equazioni di de Saint-Venant
    4.2 Flusso fluviale
    4.3 Alcune note sulla geomorfologia fluviale e sull'erosione
    4.4 Inondazioni
    4.5 Rottura di dighe e svuotamento catastrofico di laghi glaciali, GLOF
    4.6 Flussi iperconcentrati
    4.7 Simulazioni numeriche di rotture di dighe
    4.8 Rottura di dighe naturali estremamente catastrofica: il caso delle Channelled Scablands
    4.9 Applicazioni alla sedimentologia fisica: dune, antidune, trasporto di sedimenti
  5. APPLICAZIONE A FRANE, COLATE DETRITE E ALTRI PERICOLI DI COLATE DI MASSA
    5.1 Tipi di frane e colate di massa
    5.2 Colate detritiche
    5.3 Colate di fango e lahar
    5.4 Simulazioni numeriche di colate detritiche
    5.5 I mezzi granulari come fluidi altamente dissipativi: temperatura granulare ed equazione di Haff
    5.6 Applicazione a rocce e materiali granulari valanghe
    5.7 Flussi di massa che cadono su grandi bacini idrici (naturali o artificiali)
    5.8 Valanghe di neve: diverse tipologie, trascinamento, valanghe di neve polverosa
  6. FLUSSI DI MASSA SUBACQUEI E PERICOLI COSTIERI
    6.1 L'ambiente oceanico
    6.2 Onde: loro generazione; periodo e lunghezza d'onda; relazione di dispersione
    6.3 Instabilità dell'ambiente oceanico e movimenti di massa subacquei
    6.4 Generazione di tsunami
    6.5 Approssimazione delle acque basse
    6.6 La propagazione delle onde di tsunami; rifrazione
    6.7 Flussi di sospensione e correnti di torbidità
  7. FLUSSI LENTI
    7.1 Il flusso dei ghiacciai; Erosione glaciale
    7.2 Flusso in mezzi porosi e fratturati
    7.3 Colate laviche
    7.4 Convezione termica nel mantello
  8. ARGOMENTI SPECIALI
    8.1 Magnetoidrodinamica e generazione del campo magnetico terrestre
    8.2 Brevi note su uragani e tornado
    8.3 Fluidi in una Terra rotante. Onde di Poincaré, Rossby e Kelvin.
    8.4 Forze di marea e movimento delle superfici liquide in risposta a tali forze

L'obiettivo di questo modulo è introdurre gli argomenti più importanti della fisica dei fluidi e le applicazioni nelle Scienze della Terra. Esempi e casi di studio illustreranno aspetti della meccanica dei fluidi in geologia e ai rischi geologici.

La maggior parte delle lezioni mira a semplificare le complessità della meccanica dei fluidi a livello pratico. Allo stesso tempo, spiegheranno la fisica alla base dei calcoli dei software di fluidodinamica computazionale.

Sono richiesti alcuni prerequisiti di base di fisica e matematica. Gli studenti devono avere una conoscenza sufficiente di meccanica, trigonometria e analisi.

obiettivo 4

2 ore

non noto

inglese/italiano

2 semestre

exam

ISTRUZIONE DI QUALITÁ
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  1. INTRODUCTION TO THE TOPICS (about 4 hours)
    1.1 Fluids in Earth Sciences: the interior, the hydrosphere, the atmosphere
    1.2 Basic physics and Newton’s equations
    1.3 What is a fluid? A microscopic view aids understanding complex equations
    1.4 Fluid statics: the law of pressure in the gravity field
  2. FLUIDS: PROPERTIES AND DESCRIPTION (about 8 hours)
    2.1 Kinetic view of fluids
    2.2 The laws of fluid mechanics (1): fluids are conserved (the continuity law)
    2.3 The laws of fluid mechanics (2): fluids follow Newton’s law (the Navier-Stokes equation)
    2.4 Boltzmann equation and fluid dynamics
    2.5 Properties and behaviour of the two most important fluids on Earth: water and air
    2.6 Dimensionless numbers in fluid mechanics of particular interest for Earth Sciences: the Froude number
    2.7 The Reynolds number and the origin of turbulence
    2.8 Simplified views on fluid mechanics with special emphasis on the Bernoulli equation for non-viscous flows
    2.9 The Stokes regime, or why clay in water and clouds droplets in air remain suspended
    2.10 Forces between solid particles and fluids: the drag force
  3. NEWTONIAN AND NON-NEWTONIAN FLUIDS (about 4 hours)
    3.1 The laws of fluid mechanics (3): constitutive laws for Non-Newtonian fluids
    3.2 The science of rheology
    3.3 Examples of non-Newtonian fluids
    3.4 Flow of Newtonian, Bingham, and Herschel-Bulkley fluids along a slope
  4. APPLICATION TO RIVER FLOW, HYDRAULICS, AND PHYSICAL SEDIMENTOLOGY (about 6 hours)
    4.1 Application of fluid mechanics to open channel flows; hydraulics; the de Saint-Venant equations
    4.2 River flow
    4.3 A few notes on river geomorphology and erosion
    4.4 Floods
    4.5 Dam breaks and catastrophic emptying of glacial lakes, GLOFs
    4.6 Hyperconcentrated flows
    4.7 Numerical simulations of dam breaks
    4.8 Extremely catastrophic natural dam breaks: the case of the Channelled Scablands
    4.9 Applications to physical sedimentology: dunes, antidunes, transport of sediments
  5. APPLICATION TO LANDSLIDES, DEBRIS FLOWS, AND OTHER MASS FLOW HAZARDS (about 6 hours)
    5.1 Types of landslides and mass flows
    5.2 Debris flows
    5.3 Mudflows and lahars
    5.4 Numerical simulations of debris flows
    5.5 Granular media as a highly dissipative fluid: granular temperature and the Haff equation
    5.6 Application to rock and granular avalanches
    5.7 Mass flows falling onto large water reservoirs (natural of artificial)
    5.8 Snow avalanches: different types, entrainment, powder snow avalanches
  6. SUBAQUEOUS MASS FLOWS AND COASTAL HAZARDS (about 6 hours)
    6.1 The ocean environment
    6.2 Waves: their generation; period and wavelength; dispersion relation
    6.3 Instability of the ocean environment and subaqueous mass movements
    6.4 Tsunami generation
    6.5 Shallow water approximation
    6.6 The propagation of tsunami waves; refraction
    6.7 Suspension flows and turbidity currents
  7. SLOW FLOWS (about 6 hours)
    7.1 The flow of glaciers; glacial erosion
    7.2 Flow in porous and fractured media
    7.3 Lava flows
    7.4 Thermal convection in the Mantle
  8. SPECIAL TOPICS (about 10 hours)
    8.1 Magnetohydrodynamics and generation of Earth’s magnetic field
    8.2 Brief notes on hurricanes and tornadoes
    8.3 Fluids in a rotating Earth. Poincaré, Rossby, and Kelvin waves.
    8.4 Tidal forces and response of fluid surface in response to tidal forces

The objective of this course is to present the most important topics in the physics of fluids, and apply these laws to fluids in Earth Sciences. Examples and case studies will illustrate aspects of fluid mechanics in geology and geohazards.

La maggior parte delle lezioni mira a semplificare le complessità della meccanica dei fluidi a livello pratico. Allo stesso tempo, spiegheranno la fisica alla base dei calcoli dei software di fluidodinamica computazionale.

Some basic physics and mathematics prerequisites are required. Student must have a sufficient knowledge of mechanics, trigonometry, and calculus.

goal 4

2 hours

unknown

english/italian

2 semester

exam

QUALITY EDUCATION
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Key information

Field of research
GEOS-03/B
ECTS
6
Term
Second semester
Activity type
Mandatory to be chosen
Course Length (Hours)
62
Degree Course Type
2-year Master Degree
Language
English

Staff

    Teacher

  • FD
    Fabio Vittorio De Blasio

Students' opinion

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