Fisica

Prerequisiti

Conoscenza operativa della trigonometria di base, equazioni e sistemi di equazioni di primo e secondo grado, esponenziali e logaritmi, funzioni di variabile reale, limiti, derivate ed integrali.

Alle semplici nozioni di calcolo vettoriale necessarie viene dedicata una lezione all’inizio dell’insegnamento.

Obiettivi

L’insegnamento si prefigge di fornire allo studente le nozioni fondamentali della meccanica classica, della termodinamica e dell’elettrostatica

Queste nozioni, illustrate anche attraverso un ampio numero di esempi, dovranno consentirgli di impostare e risolvere semplici problemi e di comprendere alcune proprietà fondamentali della materia, derivanti dalle leggi studiate.

Descrizione

Contenuti

Grandezze fisiche. Unità di misura fondamentali, analisi dimensionale; cenni sulla propagazione degli errori, cifre significative.
I vettori: Scalari e vettori, operazione fra vettori, principio di sovrapposizione, derivata di un vettore.
Cinematica del punto materiale. Vettori posizione, spostamento, velocità e accelerazione; accelerazione radiale e tangenziale; classificazione dei moti: moti; moti in una dimensione (uniforme, uniformemente accelerato, oscillatorio armonico), moti in due dimensioni (moto del proiettile, moto circolare); cenni sui sistemi di riferimento.
Dinamica del punto materiale. Le leggi di Newton; forza peso, forze di reazione e di attrito radente, forza elastica; dinamica del moto circolare; sistemi di riferimento inerziali e non inerziali.
Energia e lavoro. Il lavoro di una forza, la potenza; esempi di lavoro di forze costanti e variabili; forze conservative ed energia potenziale; energia cinetica; il teorema dell’energia cinetica; conservazione dell’energia meccanica..
Quantità di moto. Il teorema della quantità di moto, impulso; sistemi di punti materiali; conservazione della quantità di moto; il centro di massa, moto del centro di massa; fenomeni di urto fra punti materiali.
Dinamica rotazionale del punto materiale. Momento di una forza, momento della quantità di moto, la seconda legge di Newton, il teorema del momento angolare, l’energia cinetica di un punto materiale in rotazione, generalizzazioni ai sistemi di punti materiali.
Dinamica del corpo rigido. I corpi rigidi; moto traslatorio di un corpo rigido, posizione del centro di massa; moto rotatorio di un corpo rigido intorno ad un asse fisso; momento di inerzia e teorema di Huygens-Steiner; energia cinetica rotazionale e lavoro; moti di puro rotolamento, la conservazione del momento angolare.
Statica del corpo rigido. Condizioni di equilibrio statico del corpo rigido.
La legge di gravitazione universale di Newton. Forza gravitazionale e campo gravitazionale; l’energia potenziale gravitazionale; le leggi di Keplero
I fluidi. Pressione e densità, legge di Stevino, principio di Archimede, teorema di Bernoulli.
Termodinamica. Coordinate termodinamiche; temperatura e termometri; leggi dei gas; il lavoro termodinamico, il calore e i principi delle termodinamica (principio zero, I e II principio); trasformazioni termodinamiche; calori specifici e calorimetria; ciclo di Carnot, macchine termiche e frigorifere e loro rendimento; entropia.
Elettrostatica. La carica elettrica; legge di Coulomb e campo elettrico; teorema di Gauss e sue applicazioni; energia potenziale elettrica e potenziale elettrostatico; conduttori in equilibrio elettrostatico; schermo elettrostatico. Condensatori. Capacità di un condensatore; collegamento in serie e in parallelo; energia immagazzinata nel campo elettrico; polarizzazione e dielettrici; la costante dielettrica. Correnti elettriche stazionarie. La legge di Ohm; resistenze in serie ed in parallelo. Leggi di Kirchoff; cenni ai circuiti RC.

Metodi didattici
Lezioni frontali in cui saranno discussi i concetti fondamentali con ampia illustrazione di esempi. Ogni argomento trattato è accompagnato da un congruo numero di ore dedicate allo svolgimento di esercizi. L’insegnamento si avvale anche del contributo di un esercitatore.

Modalità di esame

Prova scritta sull’intero programma (durata non oltre 2h).
Le prove scritte presenteranno sia semplici esercizi da risolvere per via numerica o letterale che domande di teoria. Con un voto complessivo superiore a 18/30 si avrà la possibilità immediata di verbalizzare il voto proposto (prova orale a discrezione dello studente che intenda migliorare la votazione.
Con un voto inferiore nella prova scritta 18/30 ma comunque non inferiore a 12/30 lo studente risulterà ammesso con riserva alla prova orale. L’ammissione con riserva significa che, dopo valutazione della prova scritta, nonostante il non conseguimento pieno dei requisiti minimi per la verbalizzazione viene consentito ugualmente di presentarsi all’esame orale: il docente procederà a verificare la reale preparazione dello studente tramite le consuete domande sulla “teoria” nonché eventualmente, se ritenuto necessario, con il supporto di brevi esercizi scritti (è chiaro che non avendo il conforto della prova scritta lo studente DEVE necessariamente conseguire in sede di prova orale la piena sufficienza).

Altre informazioni
Lo studente dovrà essere in grado di impostare e risolvere semplici problemi e di comprendere alcune proprietà fondamentali della materia, derivanti dalle leggi studiate.
In particolare:

Conoscenza e capacità di comprensione (knowledge and understanding)

• conoscere e comprendere la terminologia utilizzata nell’ambito della meccanica della termodinamica e dell’elettrostatica
• conoscenza delle leggi fondamentali e dei principi naturali che governano la meccanica,la termodinamica e l’elettrostatica
• conoscenza delle strategie atte a trovare soluzioni specifiche di semplici problemi di meccanica, termodinamica ed elettrostatica.

Capacità di applicare conoscenza e comprensione (applying knowledge and understanding)

• risoluzioni di semplici problemi sia in via analitica che numerica inerenti la meccanica dei corpi puntiformi ed estesi, termodinamica ed elettrostatica.

Abilità comunicative (communication skills)

• sviluppo di un linguaggio scientifico corretto, rigoroso e comprensibile che permetta di esporre in modo chiaro e completo le conoscenze e le strategie risolutive imparate nell’insegnamento.

Autonomia di giudizio (making judgements)

• capacità di valutare criticamente i risultati ottenuti nello svolgimento dei problemi.
• capacità di formulare semplici osservazioni appropriate e possibili descrizioni in situazioni concrete prossime a quelle trattate nell’insegnamento.

Capacità di apprendimento (learning skills)

• capacità di applicare le conoscenze acquisite per la risoluzione di semplici problemi originali

Bibliografia

L’insegnamento non adotta un testo in particolare; tuttavia si consiglia la consultazione di un testo per l’approfondimento personale dei contenuti presentati che riguardano Meccanic, Termodinamica ed Elettrostatica

Ogni testo di Fisica Generale a livello universitario (per corsi di laurea in Ingegneria o Fisica) che tratti gli argomenti dell’insegnamento può essere ugualmente considerato valido ai fini della preparazione. In caso di dubbio consultare il docente.

Alcuni testi consigliati

*** Walker-Halliday-Resnick-Fondamenti di Fisica

• Volume unico Meccanica Onde Termodinamica Elettromagnetismo Ottica
  CEA*** Gettys
  – Vol.1 Fisica 1
  – Vol.2 Fisica 2
  McGraw-Hill

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