PRESENTAZIONE

Il corso offre una panoramica dei principali concetti e leggei della fisica nell'ambito della meccanica, la termodinamica e dei fenomeni elettrici. Le esperienze di laboratorio pemettono allo studente di eseguire semplici misure fisiche affrontando i problemi della qualità dei risultati comuni ad ogni disciplina scientifica.

OBIETTIVI E CONTENUTI

OBIETTIVI FORMATIVI

La parte di laboratorio intende fornire allo studente la capacità di eseguire correttamente delle misure, di analizzare e presentare i dati raccolti e di trarre le dovute conclusioni tenendo conto dei limiti imposti dagli errori sperimentali.

OBIETTIVI FORMATIVI (DETTAGLIO) E RISULTATI DI APPRENDIMENTO

Acquisire i concetti e le tecniche base della fisica classica e che sono alla base della gran parte defi fenomeni investigatinelle discipline sicentifice.

Acquisire la capacità di risolvere semplici problemi di fisica in modo quantitativo.

Acquisire la capacità di eseguire misure in laboratorio valutando la qualità e la validità dei dati raccolti.

MODALITA' DIDATTICHE

Lezioni frontali + esperienze di laboratorio.

Si consigliano i casi con certificazione di DSA, di disabilità o di altri bisogni educativi speciali di contattare sia il referente di Dipartimento sia il docente all’inizio delle lezioni per concordare modalità didattiche e d’esame che, nel rispetto degli obiettivi dell’insegnamento, tengano conto delle modalità di apprendimento individuali e forniscano idonei strumenti compensativi/dispensativi riconosciuti dal Servizio per gli studenti DSA di Ateneo.

PROGRAMMA/CONTENUTO

Grandezze fisiche – unità di misura – conversione tra unità – analisi dimensionale – vettori – rappresentazione grafica – somma e differenza tra vettori –  rappresentazione cartesiana, polare (2D) e sferica (3D) dei vettori.

Somma e differenza tra vettori in rappresentazione cartesiana – modulo di un vettore - prodotto di vettore per scalare – prodotto scalare tra vettori – prodotto vettoriale tra vettori.

Cinematica del punto materiale – posizione e spostamento del punto materiale – legge oraria del moto – traiettoria – velocità media ed istantanea – velocità scalare e lunghezza della traiettoria – accelerazione istantanea e sua rappresentazione nella terna intrinseca.

Moti in 1D: moto rettilineo uniforme, moto rettilineo uniformemente accelerato – relazione tra spazio percorso e velocità nel moto rettilineo uniformemente accelerato.

Moti in 2D: moto dei gravi (traiettoria, gittata), moto circolare uniforme (velocità angolare, periodo, frequenza, moto armonico 1D).

I 3 Principi della Dinamica del punto materiale: sistemi di riferimento inerziali, forze e II legge di Newton, principio di azione e reazione. Applicazioni a semplici sistemi.

Legge di gravitazione universale, forza peso e applicazioni. Reazioni vincolari: piano liscio.

Le leggi dell’attrito radente – piano inclinato con attrito.

Sistemi massa + molla  come esempio di oscillatore armonico. Elasticità e legge di Hooke.

Lavoro di una forza – teorema dell’energia cinetica – forze conservative e non conservative – energia potenziale – energia meccanica (totale) del punto materiale – conservazione e non conservazione dell’energia meccanica – applicazioni. Potenza media ed istantanea.

Carica elettrica – Conduttori ed isolanti – forze elettrostatiche – campo elettrico e potenziale elettrico – corrente elettrica – circuiti elettrici – generatori di forza elettromotrice e potenza erogata – resistenza elettrica – conduttori ohmici – le 3 leggi di Ohm – legge di Joule – effetto Joule.

Circuiti in corrente continua – serie e parallelo di resistenze – modello realistico di generatore di forza elettromotrice reale (resistenza interna) – Condensatori e capacità.

Condensatori come elementi circuitali: serie e parallelo di condensatori – circuiti RC (transitori di carica e scarica di condensatori).

Termodinamica: punto di vista ed obiettivi, sistemi termodinamici, stati di equilibrio e variabili di stato. Temperatura e termometri – principio zero - termometro a gas – pressione (assoluta e relativa).

Gas perfetto e sua equazione di stato. Calore come forma di energia – caloria e suo equivalente meccanico - capacità termica – calore specifico – calore molare – legge di Dulong & Petit.

Cambiamenti di fase – calori latenti di fusione e vaporizzazione. Il calorimetro di Bunsen come applicazione.

Concetti di sistema, ambiente ed universo. Classificazione dei tipi di trasformazione termodinamica. Lavoro eseguito da un sistema.

Il primo principio della termodinamica: l’energia interna come potenziale termodinamico. Proprietà dell’energia interna, energia interna del gas perfetto. Calori molari del gas perfetto a pressione e a volume costante - relazione di Mayer.

Trasformazioni di calore in lavoro meccanico: rendimento di un ciclo termodinamico. Secondo principio della termodinamica e sue conseguenze sul rendimento di un ciclo (teorema di Carnot).

Enunciati del secondo principio: Kelvin-Planck e Clausius. L’entropia come misura del disordine e come potenziale termodinamico.

Definizione e proprietà dell’entropia. Enunciato del secondo principio mediante l’entropia. Gli effetti sull’entropia dell’universo delle trasformazioni irreversibili di un sistema. Esempi di calcolo delle variazioni di entropia in semplici sistemi.

Metodi di osservazione e misura.

Definizione di incertezza o errore sperimentale. Miglior valore di una misura. Errori massimi ed errori statistici. Deviazione standard ed errore standard. Propagazione lineare degli errori massimi. Distribuzione gaussiana delle misure. Significato di intervallo di confidenza. Correlazione tra misure e retta di regressione.

Esperienza n. 1. Misure di lunghezze e verifica della legge dei punti coniugati per una lente sottile

Esperienza n. 2. Misure di differenza di potenziale, correnti e resistenze.

Esperienza n. 3. Misure di temperatura e capacità termica.

Elaborazione dati: uso di un programma dedicato per analisi statistiche e procedure di adattamento di funzioni matematiche a dati sperimentali.

TESTI/BIBLIOGRAFIA

M. Celasco - Lineamenti di Fisica Medica per Medicina e discipline a interesse biologico. ECIG, Genova.

J.R. Taylor - Introduzione all’analisi degli errori. Zanichelli ed.

DOCENTI E COMMISSIONI

LEZIONI

INIZIO LEZIONI

II semestre, marzo.

Orari delle lezioni

FISICA E LABORATORIO DI METODI DI OSSERVAZIONE E MISURA

ESAMI

MODALITA' D'ESAME

Scritto e orale.

MODALITA' DI ACCERTAMENTO

L’esame consiste in una prova scritta seguita da un orale. La prova scritta consiste nello svolgimento di alcuni esercizi, la cui soluzione viene valutata non solo in termini della risposta finale, ma anche in base alla logica ed ai passaggi riportati nella soluzione stessa. Per la parte di laboratorio gli studenti devono produrre una relazione individuale per ogni esperienza sostenuta. Le relazioni sono discusse in sede di esame orale.

Calendario appelli