PRESENTAZIONE

L’insegnamento è dedicato alle leggi fondamentali della meccanica, dell'idromeccanica, della gravitazione, delle onde e dell'elettricità, essenziali per la comprensione di qualsiasi applicazione scientifica e tecnologica che lo studente affronterà nel corso della sua formazione.

OBIETTIVI E CONTENUTI

OBIETTIVI FORMATIVI

L’obiettivo è comprendere i fondamenti fisici di base e il vocabolario chiave per descriverli: cinematica, dinamica, lavoro ed energia, rotazioni, equilibrio, elasticità, gravitazione, fluidi, oscillazioni, onde, elettricità e semplici circuiti elettrici. Sviluppare le capacità di osservazione, interpretazione, ragionamento, sintesi, generalizzazione, previsione e interrogazione come modo per imparare nuove conoscenze. Sviluppare capacità scientifiche di risoluzione dei problemi, compresa l'organizzazione delle informazioni ricevute, l'identificazione e l'applicazione dei principi pertinenti, le soluzioni quantitative, l'interpretazione dei risultati e la valutazione della validità dei risultati. Applicare la comprensione concettuale della fisica alle situazioni generali del mondo reale e riconoscere come e quando i metodi e i principi della fisica possono aiutare ad affrontare i problemi nei loro corsi futuri e poi applicare tali metodi e principi per risolvere nuovi problemi.

OBIETTIVI FORMATIVI (DETTAGLIO) E RISULTATI DI APPRENDIMENTO

La frequenza e la partecipazione attiva alle attività educative proposte (lezioni frontali, quiz, esercitazioni individuali e di gruppo) e allo studio individuale consentiranno allo studente di:

• acquisire la capacità di descrivere e analizzare i concetti relativi alla misurazione delle grandezze fisiche, nonché valutare il corretto impiego delle relative unità all’interno della soluzione dei problemi di fisica applicata
• comprendere e applicare le leggi fondamentali della cinematica e della dinamica a una varietà di situazioni comuni nel mondo reale in modo da formulare soluzioni quantitative
• comprendere, descrivere e applicare i principi di conservazione dell’energia, individuandone gli ambiti di applicazione a seconda delle condizioni a contorno  
• estendere le leggi fondamentali di cinetica e dinamica alla rotazione dei corpi al fine di formulare la corretta descrizione qualitativa e quantitativa dei moti a più gradi di libertà
• comprendere, applicare il concetto di equilibrio distinguendo le sue varie forme, includendo gli effetti dell’elasticità
• comprendere le leggi della gravitazione e applicarle al moto della Terra e dei satelliti per proporre la descrizione quantitativa di fenomeni celesti
• acquisire la capacità di descrivere e analizzare i concetti di base relativi a statica e dinamica dei fluidi per formulare soluzioni quantitative a comuni fenomeni idraulici
• acquisire le nozioni base relative ai modi di oscillazione e alle onde meccaniche
• acquisire le nozioni fondamentali riguardo all’elettricità e ai circuiti elettrici per formulare descrizioni quantitative di comuni fenomeni elettrici

Lo studente sarà incoraggiato a comprendere i vantaggi e le limitazioni connessi all'uso di schemi e modelli, utilizzare correttamente il formalismo e il linguaggio scientifico, riconoscere l'applicabilità di schemi e modelli in situazioni di vita reale, impostare e risolvere esercizi e problemi all'interno dei contenuti proposti e valutare criticamente i risultati.

Le attività educative proposte consentono il raggiungimento delle segueti soft-skills:

1. Competenza alfabetica funzionale  - livello avanzato: capacità di comunicare efficacemente in forma scritta e orale, adattamento della propria comunicazione al contesto, utilizzo di fonti e ausili di varia natura, capacità di utilizzare, elaborare e valutare informazioni, abilità argomentava 

2. Competenza sociale -  livello avanzato: capacità di gestione delle proprie interazioni sociali, atteggiamento collaborativo, comunicazione costruttiva in ambienti differenti, capacità di rispettare gli altri e le loro esigenze, disponibilità a superare pregiudizi, a esprimere e comprendere punti di vista diversi, gestione del conflitto, capacità di creare fiducia, empatia 

3. Competenza personale -  livello avanzato: capacità di individuare le proprie abilità, capacità di concentrazione e riflessione rispetto a un compito, gestione della complessità, autonomia nelle decisioni e nello svolgimento di compiti, pensiero critico, ricerca di sostegno se necessario, gestione dello stress, resilienza

4. Capacità di imparare a imparare -  livello avanzato: consapevolezza rispetto alle proprie strategie di apprendimento preferite, organizzazione e valutazione dell’apprendimento personale secondo quanto compreso e imparato, comprensione delle proprie necessità e modalità di sviluppo di competenze, capacità di individuare e perseguire obiettivi di apprendimento

PREREQUISITI

Conoscenze di algebra e trigonometria piana.

MODALITA' DIDATTICHE

L’insegnamento è articolato in diverse fasi che combinano le lezioni frontali svolte dal docente, lavoro di gruppo e lavoro individuale dello studente. La parte teorica verrà principalmente appresa dagli studenti attraverso lezioni frontali del docente somministrate in unità di 15 minuti illustranti un concetto o una legge fisica. Al termine dell’unità, verrà visionato un breve video riassuntivo sulla piattaforma Jove, seguito da un quiz interattivo che gli studenti dovranno affrontare personalmente sul proprio dispositivo mobile. La fase di esame delle risposte sarà svolta collettivamente, dove gli studenti potranno interagire tra loro e il docente in un processo di autovalutazione e interazione sociale. Le lezioni teoriche saranno intervallate da lezioni in cui dovranno affrontare esempi pratici e problemi. Le esercitazioni saranno condotte in tre fasi: in una prima fase gli studenti dovranno affrontare individualmente i problemi, al fine di acquisire la capacità di applicare i concetti appena richiamati.  In una seconda fase, è previsto un lavoro di gruppo in cui piccoli gruppi di studenti confrontano il loro approccio al problema e proseguono il lavoro fino a trovare la soluzione. Una terza fase consiste nell’esposizione, da parte di uno dei gruppi degli studenti, del procedimento utilizzato per risolvere il problema all’intera classe. Durante queste fasi il ruolo del docente consisterà nel guidare gli studenti nella soluzione del problema e all’utilizzo appropriato dei modelli delle leggi fisiche coinvolte.

Si consigliano gli studenti lavoratori e gli studenti con certificazione di DSA, di disabilità o di altri bisogni educativi speciali di contattare il docente all’inizio del corso per concordare modalità didattiche e d’esame che, nel rispetto degli obiettivi dell’insegnamento, tengano conto delle modalità di apprendimento individuali.

Prima di ciascuna delle tre prove parziali in itinere (vedi modalità di esame), saranno svolte delle simulazioni di prova parziale in tutto e per tutto simili alla prova parziale (quattro problemi). Al termine della simulazione, gli studenti saranno chiamati a una autovalutazione del proprio metodo di soluzione dei confrontandosi con le soluzioni proposte dal docente.

PROGRAMMA/CONTENUTO

Misure

Quantità fisiche, standard e unità, Precisione e cifre significative, Analisi dimensionale

Moto in una dimensione

Posizione, spostamento e velocità media, Velocità istantanea e velocità, Accelerazione, accelerazione costante, accelerazionea caduta libera

Vettori

Vettori e loro component, Vettori unitari, somma di vettori, Moltiplicazione di vettori

Moto in due e tre dimensioni

Posizione e spostamento, Velocità media e velocità istantanea, Accelerazione media e velocità istantanea, Moto di unproiettile, Moto circolare uniforme, Moto relativo in una dimensione, Moto relativo in due dimensioni

Forza e cinematica

La prima e la seconda legge di Newton, Alcune forze speciali, Applicare le leggi di Newton, Forze d'attrito, La forza di trascinamento e la velocità terminale, La dinamica del moto circolare uniforme

Energia cinetica e lavoro

Energia cinetica, Lavoro e energia cinetica: Teorema dell'energia, Lavoro fatto da una Forza Costante, Lavoro fatto da una forza variabile, Potenza

Energia potenziale e conservazione dell'energia

Energia potenziale, Conservazione dell'energia meccanica, Lavoro fatto su un sistema da una forza esterna, Conservazionedell'energia

Centro di massa e momento lineare

Centro di Massa, Seconda legge di Newton per un sistema di particelle, Momento lineare, Collisione e Impulso, Conservazione del momento lineare, Momento e energia cinetica nelle collisioni, Collisioni elastiche in una dimensione, Collisioni in due dimensioni, Sistemi con massa variabile

Rotazione

Variabili rotazionali, Rotazione con accelerazione angolare costante, Relative alle variabili lineari e angolari, Energia cinetica di rotazione, Calcolo dell'inerzia rotazionale, momento torcente, Seconda legge di Newton per la rotazione, Lavoro e energiacinetica rotazionale

Rotolamento, Momento torcente e Momento Angolare

Rotolamento come combinazione di traslazione e rotazione, L'energia cinetica del rotolamento, Le forze del rotolamento, Momento angolare, Seconda legge di Newton in forma angolare, Il momento angolare di un sistema di particelle, Il momento angolare di un corpo rigido che ruota attorno a un asse fisso, Conservazione del momento angolare, Precessione di un giroscopio

Equilibrio ed elasticità

Equilibrio, Il centro di gravità, Alcuni esempi di equilibrio statico, Elasticità

Statica dei fluidi

Fluidi e solidi, Densità e pressione, Misura della pressione, Variazioni di pressione in un liquido a riposo, Principio di Pascal e principio di Archimede

Dinamica dei fluidi

Concetti generali del flusso dei fluidi, Linee di flusso e l'equazione della continuità, Equazione di Bernoulli, Campi di flusso, Viscosità, turbolenza e flusso caotico

Gravitazione

Legge di Gravitazione di Newton, Gravitazione e principio di sovrapposizione, Gravitazione vicino alla superficie terrestre e all'interno della Terra, Energia potenziale gravitazionale, Pianeti e satelliti: Leggi di Keplero, Orbite ed energia, Principio di equivalenza

Oscillazioni

Moto armonico semplice, Legge della forza per il moto armonico semplice, Energia nel moto armonico semplice, Pendoli, Moto armonico semplice smorzato, Oscillazioni forzate e risonanza

Onde

Onde longitudinali e trasversali, Velocità d’onda in una corda tesa, Energia e potenza di un’onda che si propaga lungo una corda, Equazione delle onde, Principio di sovrapposizione per le onde, Interferenza, Onde stazionarie e risonanza, Onde sonore, Battimenti, Effetto Doppler, Velocità supersoniche, Onde d’urto

Legge di Coulomb e Campi Elettrici

Carica elettrica, Conduttori e isolanti, Legge di Coulomb, Campo elettrico, Campo elettrico dovuto ad una carica puntiforme ed a un dipolo, Campo elettrico dovuto ad una carica lineare, Campo elettrico dovuto ad un disco carico, Carica puntiforme in un campo elettrico, Dipolo in un campo elettrico

Potenziale elettrico

Superfici equipotenziali, Potenziale dovuto ad una particella carica, ad un dipolo, ad una distribuzione continua di cariche, Energia potenziale elettrica per un sistema di particelle cariche, Potenziale di un capacitore carico isolato

Capacità, Corrente, Resistenza e Circuiti

Capacità, Capacitori in parallelo ed in serie, Energia immagazzinata in un campo elettrico, Capacitore con dielettrico, Corrente elettrica, Densità di corrente, Resistenza e resistività, Legge di Ohm, Potenza nei circuiti elettrici, Lavoro, Energia, Forza elettromotrice, Calcolo della corrente in un circuito con un solo ramo, Differenza di potenziale tra due punti, Circuiti a più rami, Circuiti RC

TESTI/BIBLIOGRAFIA

Vari testi coprono il materiale del corso. In particolare è consigliato:

D. Halliday, R. Resnick, J. Walker, Fondamenti di Fisica, Casa Editrice Ambrosiana

DOCENTI E COMMISSIONI

Commissione d'esame

DAVIDE FRANCESCO RICCI (Presidente)

LORENZO PAPA

EUGENIA TORELLO (Presidente Supplente)

LEZIONI

INIZIO LEZIONI

https://corsi.unige.it/10948/p/studenti-orario

Orari delle lezioni

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

ESAMI

MODALITA' D'ESAME

Esame scritto e orale.

Esame scritto

L'esame consiste nel risolvere alcuni (tipicamente 5) problemi di fisica che vertono sugli argomenti principali del corso.

Ammissione alla prova orale con una votazione dello scritto ≥ 16/30. 

Sarà disponibile nelle date degli appelli ufficiali.

Il candidato può scegliere di ripetere lo scritto se non soddisfatto del risultato. In questo caso però la consegna dell’elaborato annulla i risultati precedenti.

La data dell'esame orale verrà concordata con lo studente dopo il superamento della prova scritta.

In alternativa all'esame scritto a conclusione del semestre, saranno effettuate tre prove parziali durante il semestre: la votazione del primo e secondo test deve essere ≥ 12/30 per consentire l'accesso all'ultimo test parziale, altrimenti lo studente passa direttamente ad effettuare l'esame scritto completo a fine semestre. Per accedere all'esame orale la media dei voti dei tre test deve essere ≥ 15/30

Esame orale

Consiste nell'esposizione di un argomento del programma dell'insegnamento scelto dalla commissione, seguito da un'analisi e soluzione da parte dello studente di un problema scritto proposto dalla commissione. Coloro che accedono all'esame orale avendo superato i due test scritti intermedi potranno scegliere a loro piacimento un primo argomento da esporre alla commissione.

MODALITA' DI ACCERTAMENTO

L’esame scritto verificherà l’acquisizione delle conoscenze di base delle principali leggi fisiche che regolano la meccanica dei solidi, la meccanica dei liquidi, la gravitazione, le onde e l’elettricità, nonché la capacità di applicare tali conoscenze alla soluzione di problemi rappresentativi di situazione pratiche. Lo studente dovrà essere in grado di fornire la soluzione dei problemi utilizzando un approccio sistematico tramite schemi e modelli utilizzando gli strumenti formali acquisiti durante il corso. Saranno oggetto di valutazione: l’utilizzo corretto della simbologia e delle unità di misura, la completezza nell’esposizione dei passi logici che portano alle soluzioni, l’utilizzo di rappresentazioni grafiche nella descrizione dei modelli fisici impiegati, l’accuratezza nella stesura dei passaggi formali e nei calcoli.

L’esame orale verificherà l’acquisizione della capacità di associare tra loro le leggi fisiche e la capacità di utilizzarle per fornire una descrizione quantitativa di fenomeni tratti da situazioni pratiche. Nel caso degli studenti che hanno superato le prove parziali in itinere, verrà valutata la capacità di proporre e sviluppare una breve presentazione (10 minuti) sull’argomento da loro stessi scelto.

Calendario appelli

ALTRE INFORMAZIONI

Su Aulaweb sono disponibili tutti i testi delle lezioni, esercizi aggiuntivi, tutorial e video che consentono di ampliare la propria preparazione all'esame.