PRESENTAZIONE

Il corso di Fisica Generale presenterà le leggi fondamentali della meccanica e dell’elettromagnetismo nel vuoto. Si inizierà col modello di punto materiale introducendo le grandezze cinematiche necessarie fino a giungere alla descrizione dei sistemi di punti e al corpo rigido. Per l'elettromagnetismo si partirà dall'elettrostatica, verranno trattate la corrente elettrica e la magnetostatica fino a giungere all'induzione elettromagnetica. 

OBIETTIVI E CONTENUTI

OBIETTIVI FORMATIVI

Il corso ha lo scopo di fornire i concetti e le leggi fondamentali della meccanica e dell'elettromagnetismo. Particolare importanza viene attribuita alla comprensione dell'utilità e delle limitazioni connesse all'uso di schematizzazioni e modelli

OBIETTIVI FORMATIVI (DETTAGLIO) E RISULTATI DI APPRENDIMENTO

Far acquisire agli studenti la capacità di utilizzare correttamente il linguaggio e possibilmente il formalismo scientifico.

Far acquisire la capacità di riconoscere l’applicabilità di schematizzazioni e modelli  in situazioni concrete.

Far acquisire la capacità di impostare e risolvere  esercizi e problemi nell’ambito dei contenuti proposti e di valutarne criticamente i risultati.

PREREQUISITI

Non sono richiesti prerequisiti di fisica, solo la conoscenza della matematica a livello di scuola superiore.

MODALITA' DIDATTICHE

Gli argomenti vengono presentati ed esemplificati attraverso lezioni frontali e vengono ulteriormente chiariti attraverso discussione di quesiti, esercizi e problemi nel corso di  esercitazioni.

Alle lezioni vengono dedicate circa 90 ore, alle esercitazioni circa 30 ore.

PROGRAMMA/CONTENUTO

MECCANICA CLASSICA (primo semestre)

Sistemi di riferimento, grandezze fisiche, vettori: sistemi di riferimento, dimensioni delle grandezze fisiche, unità di misura. Elementi di calcolo vettoriale in due e tre dimensioni. Richiami di elementi di base di calcolo differenziale ed integrale.

Cinematica del punto materiale: vettori posizione, spostamento, definizione di velocità, definizione di accelerazione, componenti dell’accelerazione. Moto in una dimensione, moto nel piano (moto del proiettile). Moto circolare, velocità angolare ed accelerazione angolare, legame con i relativi vettori lineari. Moti generali e cerchio osculatore.

Moti Relativi: sistemi di riferimento inerziali/non inerziali, legge di trasformazione delle velocità di Galileo e uguaglianza delle accelerazioni in sistemi inerziali.

Dinamica del Punto: le leggi di Newton e loro significato, interazioni e forze tra corpi, massa inerziale, dinamica del punto materiale. Quantità di moto, momento di una forza e momento angolare. Riformulazione della legge di Newton.

Lavoro: definizione di lavoro, teorema lavoro-energia e definizione di energia cinetica; dipendenza del lavoro dal cammino. Lavoro delle forze conservative e non conservative. Definizione di energia potenziale e di energia meccanica totale; potenza meccanica. Analisi della curva di energia potenziale: punti di inversione di moto e condizioni di equilibrio stabile, instabile ed indifferente.

Dinamica dei sistemi di punti materiali: Prima e Seconda equazione cardinale della dinamica e scelta del polo per il calcolo dei momenti, forze interne ed esterne al sistema. Centro di massa per un sistema di punti materiali; densità di massa; centro di massa per un sistema continuo; principio di conservazione della quantità di moto; lavoro ed energia in un sistema di punti materiali. Lavoro delle forze interne.

Dinamica del corpo rigido: rigidità e tensore di inerzia, componenti per rotazioni attorno ad un asse e momento d’inerzia. Calcolo del momento d'inerzia per un sistema di punti e per un corpo continuo; teorema degli assi paralleli; teoremi di König. Equilibrio del corpo rigido.

Urti: urti elastici, anelastici, completamente anelastici tra punti materiali non vincolati, sia in una dimensione che in due dimensioni e casi limite. Impulso e teorema dell’impulso. Urti elastici, anelastici, completamente anelastici che coinvolgono sistemi rigidi vincolati e non vincolati. Conservazione della quantità di moto e del momento angolare, impulso angolare.

Gravitazione: leggi di Keplero, loro analisi, cenni alle sezioni coniche (ellissi, parabole e iperboli). Derivazione della forza tra pianeti, forze centrali e conservazione del momento angolare, velocità areolare, campo gravitazionale e accelerazione di gravità di un pianeta. Conservatività della forza gravitazionale ed energia potenziale gravitazionale, energia totale e velocità di fuga.

Oscillazioni: sistema massa-molla, soluzioni dell’equazione armonica; pendolo semplice e pendolo fisico (o composto), approssimazione per piccole oscillazioni e soluzioni dell’equazione. Oscillatore in presenza di attrito di contatto e viscoso, risoluzione dell’equazione armonica col termine di smorzamento viscoso. Forzante di un oscillatore armonico non smorzato ed effetto di risonanza. Cenno alla soluzione per oscillatore forzato e smorzato.

ELETTROMAGNETISMO (secondo semestre)

Elettrostatica

Cariche elettriche. Materiali isolanti e conduttori. Forza su una carica, legge di Coulomb e definizione di campo elettrostatico. Campo elettrostatico prodotto da una distribuzione continua di cariche; densità di carica; esempi di calcolo del campo elettrico generato da una distribuzione di carica uniforme con densità lineare (caso dell’anello e di archi finiti), con densità superficiale (disco carico e piano indefinito) e da una distribuzione di carica non uniforme con densità lineare (semicirconferenza). Linee di forza del campo elettrostatico. Moto di una carica in un campo elettrostatico.

Potenziale elettrostatico

Lavoro della forza elettrica. Potenziale elettrostatico ed energia potenziale elettrostatica. Superfici equipotenziali. Esempi di calcolo del potenziale elettrostatico per distribuzioni di carica discrete e continue. Campo calcolato tramite il gradiente del potenziale. Campo elettrostatico di un dipolo elettrico. Flusso del campo elettrostatico e legge di Gauss. Esempi di applicazione della legge di Gauss con distribuzioni di carica con densità uniforme e non uniforme: piano carico, sfera, corteccia sferica, sfera con buco non concentrico, filo indefinito, cilindro e corteccia cilindrica indefiniti.

Conduttori e dielettrici

Conduttori in equilibrio. Conduttore cavo e schermo elettrostatico. Condensatori; condensatore sferico, piano e cilindrico. Collegamento di condensatori in serie e parallelo. Energia del campo elettrostatico. Cenni sui dielettrici e la costante dielettrica relativa.

Corrente elettrica

Conduzione elettrica: modello classico della conduzione elettrica, densità di corrente, legge microscopica di Ohm, conduttività e resistività elettrica, resistenza elettrica. Legge di Ohm della conduzione elettrica. Resistori in serie ed in parallelo. Forza elettromotrice. Potenza elettrica; Effetto Joule. Leggi di Kirchhoff per le reti elettriche. Circuiti elettrici semplici in condizioni stazionarie e non stazionarie (carica e scarica di un circuito RC).

Magnetostatica nel vuoto

Evidenze (semplici) dell’esistenza del campo magnetico. Relazione tra elettricità e magnetismo. Forza di Lorentz e moto di una particella carica in un campo magnetico e relativi esempi (spettrometro di massa, selettore di velocità, moto ad elica, effetto "bottiglia magnetica" e cenni sulle fasce di Van Allen). Forza magnetica su un conduttore percorso da corrente. Forza risultante e momento torcente risultante su circuiti piani in campo magnetico uniforme e non uniforme; esempio del galvanometro. Effetto Hall. Campo magnetico prodotto da una corrente: legge di Biot-Savart. Interazione tra fili percorsi da corrente. Legge di Ampere ed esempi di calcolo del campo magnetico in casi semplici (solenoide rettilineo, toroidale, piano indefinito percorso da corrente). Legge di Gauss per il campo magnetico. Leggi di Maxwell per i campi B ed E stazionari.  

Induzione elettromagnetica

Legge di Faraday-Lenz. Origine del campo elettrico indotto e della forza elettromotrice indotta. Applicazioni della legge di Faraday (sbarretta conduttrice mobile in movimento su due guide metalliche cortocircuitate da una resistenza R; generatore di tensione alternata). Autoinduzione e calcolo dell'induttanza in casi semplici (solenoide rettilineo e toroidale). Carica e scarica di un circuito RL. Energia magnetica. Corrente di spostamento e legge di Ampere-Maxwell. Equazioni di Maxwell in forma integrale.

TESTI/BIBLIOGRAFIA

Testi consigliati

Meccanica:

1) Elementi di Fisica Vol. 1 - Meccanica e Termodinamica AutoreP. Mazzoldi - M. Nigro - C. Voci Edises

2) Fisica per Scienze ed Ingegneria - Vol. I - Meccanica e termodinamica AutoreR. A. Serway, J. W. Jewett Jr.

Edises

Elettromagnetismo:

1) Elementi di Fisica Vol. 2 - Elettromagnetismo e Onde P. Mazzoldi - M. Nigro - C. Voci Edises

2) Fisica per Scienze ed Ingegneria - Vol. II - Elettromagnetismo e onde AutoreR. A. Serway - J. W. Jewett Jr.

Edises

DOCENTI E COMMISSIONI

Commissione d'esame

GIANANGELO BRACCO (Presidente)

GIANRICO LAMURA (Presidente)

SILVANO TOSI

LEZIONI

INIZIO LEZIONI

Le lezioni si svolgono nell'arco di due semestri.

Primo semestre: lunedì, dalle ore 9.00 alle ore 12.00 e dalle 13.00 alle 15.00.

Secondo semestre: venerdì, dalle ore 9.00 alle ore 12.00 e dalle 13.00 alle 15.00

Il primo semestre ha inizio la penultima settimana di settembre e termina la settimana prima di Natale.

Il secondo semestre ha inizio la penultima settimana di febbraio e termina a fine maggio.

Orari delle lezioni

L'orario di questo insegnamento è consultabile all'indirizzo: Portale EasyAcademy

ESAMI

MODALITA' D'ESAME

Sono previsti tre appelli nella sessione estiva (giugno, luglio e settembre) e due appelli in quella invernale (gennaio e febbraio).

In ogni appello, l'esame consiste in una prova scritta e in una prova orale.

È obbligatorio iscriversi utilizzando la modalità on-line (dal portale dell’Ateneo servizi agli studenti), inderogabilmente almeno tre giorni prima della data della prova scritta.

La prova orale è fissata solitamente dopo 7 giorni dalla data dello scritto. 

Iscrizione alla prova orale: dopo la correzione della prova scritta i risultati sono pubblicati su AulaWeb con data, ora e luogo di svolgimento della prova orale. La prova scritta è superata riportando una votazione di almeno 15/30. I candidati che hanno superato la prova scritta hanno la possibilità di spostare la prova orale in un appello successivo della stessa sessione d'esame (estiva/invernale).

I candidati che non si presentano all'orale nella data concordata senza una valida giustificazione perdono il voto dello scritto e sono tenuti a sostenerlo nuovamente. 

MODALITA' DI ACCERTAMENTO

L’esame consiste in una prova scritta su argomenti di meccanica ed elettromagnetismo e in una prova orale su tutti gli argomenti tratti a lezione.

La prova scritta consiste nello svolgimento di un esercizio di meccanica del punto materiale, un esercizio sulla meccanica dei sistemi, un esercizio di elettricità e uno di magnetismo. Ogni problema deve essere risolto non solo fornendo il risultato numerico (opportunamente arrotondato) ma descrivendo brevemente il metodo utilizzato.  Durata della prova 4 ore. È consentito utilizzare solamente calcolatrici non programmabili. Non sono ammessi palmari, tablet o telefonini. Verranno forniti un formulario e fogli per lo svolgimento della prova. Ogni foglio che verrà consegnato deve riportare chiaramente il nome dello studente. Compiti anonimi non verranno valutati. Non sono ammessi libri da consultare o appunti.

Gli studenti che superano la prova scritta con 15/30 sono ammessi alla prova orale che consiste in un colloquio della durata media di 30 minuti sul programma svolto di meccanica ed elettromagnetismo. In tale colloquio lo studente dovrà spiegare alla lavagna come impostate la risoluzione di semplici problemi sia di enunciare ed eventualmente dimostrare le principali formule di meccanica (del punto e dei sistemi) e di elettromagnetismo come mostrato a lezione, dimostrazioni anche presenti nei testi consigliati. 

Nel colloquio verrà anche valutata la capacità espositiva dello studente con l'utilizzo corretto e appropriato dei termini ovvero se è stato appreso il linguaggio ed il formalismo scientifico.

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Calendario appelli

ALTRE INFORMAZIONI

Ad integrazione dei testi consigliati per la preparazione degli esami, sul portale di Aulaweb vengono sistematicamente caricati:

-I testi degli appelli d'esami con la soluzione dettagliata degli esercizi

-il materiale svolto a lezione.