PRESENTAZIONE

Il corso offre una panoramica dei principali concetti e leggi della fisica classica nell'ambito della meccanica, della termodinamica, dell’elettromagnetismo. Le esperienze di laboratorio permettono allo studente di eseguire misure fisiche in calorimetria, reti elettriche e ottica geometrica affrontando i problemi della qualità dei risultati con gli strumenti della statistica acquisendo consapevolezza del significato di metodo scientifico.

Le lezioni teoriche frontali intendono sviluppare nello studente la capacità di elaborare autonomamente la comprensione di problemi legati alla fisica classica. Esempi ed esercizi permetteranno di concretizzare le conoscenze teoriche acquisite. La parte di laboratorio intende fornire allo studente quell’esperienza sperimentale che richiede 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. Il confronto con le problematiche sperimentali offre una formazione di base applicabile a tutte le discipline. 

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.

Acquisire autonomia conoscitiva nell'affrontare temi e problemi analizzabili attraverso la conoscenza della fisica.

PREREQUISITI

Conosecnza di strumenti di calcolo e di matematica di base incluse trigonometria, analisi vettoriale, derivate e integrali notevoli.

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 –  calcolo vettoriale.  

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.

Concetti elementari di fuidodinamica - Bernoulli.

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.

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).

Campi elettromagnetici con cenni al significato e importanza delle equazioni di Maxwell.

La luce come radiazione elettromagnetica, spettro elettromagnetico, propagazione delle onde con riferimento alle onde piane e alla polarizzazione della luce. Indice di rifrazione come proprietà molecolare della materia e velocità della luce. Cenni alla diffrazione e alla formazione di immagini in  sistemi ottici. Ottica geometrica. Riflessione e rifrazione. Lenti sottili.

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 temperatura e capacità termica. Determinazione delle proprietà termodinamiche dei materiali.

Esperienza n. 2. Misure di differenza di potenziale, correnti e resistenze. Esperienza sulla determinazione della retta di carico in un circuito elettrico.

Esperienza n. 3. Misure di lunghezze e verifica della legge dei punti coniugati per una lente sottile. Determinazione della trasfromazione di un oggetto reale in una immagine prodotta da una lente.

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

TESTI/BIBLIOGRAFIA

Appunti del docente disponibili su Aula web al termine di ogni lezione.

Halliday, Resnick, Walker -  Fondamenti di fisica - Zanichelli

Serway-Jewett - Fondamenti di Fisica - EdiSes

Taylor - Introduzione all’analisi degli errori. Zanichelli 

DOCENTI E COMMISSIONI

Commissione d'esame

ALBERTO DIASPRO (Presidente)

MARCO SALERNO (Presidente)

ELENA ANGELI

VIRGINIA BAZZURRO

CLAUDIO CANALE

LEZIONI

INIZIO LEZIONI

II semestre, marzo.

Orari delle lezioni

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

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.

ALTRE INFORMAZIONI

Durante l'anno verrano svolte prove scritte intermedie di verifica.