FISICA

 Il corso si propone di fornire agli studenti: 

• Il linguaggio e la metodologia delle scienze fisiche;

• una buona conoscenza delle leggi fondamentali della Meccanica, della Fluidodinamica  e della Termodinamica; 

• la capacità di analisi di comuni situazioni fisiche con relativa valutazione o calcolo delle grandezze coinvolte. 

Inoltre, in riferimento ai cosiddetti Descrittori di Dublino, questo corso contribuisce ad acquisire le seguenti competenze trasversali: 

Conoscenza e capacità di comprensione: 

• Capacità di ragionamento induttivo e deduttivo. 

• Capacità di schematizzare un fenomeno naturale in termini di grandezze fisiche scalari e vettoriali. 

• Capacità di impostare un problema utilizzando opportune relazioni fra grandezze fisiche (di tipo algebrico, integrale o differenziale) e di risolverlo con metodi analitici o numerici. 

Capacità di applicare conoscenza: 

• Capacità di applicare le conoscenze acquisite per la descrizione dei fenomeni fisici utilizzando con rigore il metodo scientifico. 

Autonomia di giudizio: 

• Capacità di ragionamento critico. 

• Capacità di autovalutazione e autocorrezione. 

Abilità comunicative: 

• Capacità di esporre oralmente, con proprietà di linguaggio e rigore terminologico, un argomento scientifico, illustrandone motivazioni e risultati. 

• Capacità di descrivere in forma scritta, con proprietà di linguaggio e rigore terminologico, un argomento scientifico, illustrandone motivazioni e risultati. 

Il corso è strutturato prevalentemente in lezioni frontali ed esercizi/applicazioni alla lavagna con il coinvolgimento degli studenti. Verranno, inoltre, utilizzate slides per approfondimenti su taluni specifici argomenti e files multimediali (video e/o audio) per agevolare la comprensione di alcuni argomenti. 

Qualora l'insegnamento venisse impartito in modalità mista o a distanza potranno essere introdotte le necessarie variazioni rispetto a quanto dichiarato in precedenza, al fine di rispettare il programma previsto e riportato nel syllabus.

Informazioni per studenti con disabilità e/o DSA: a garanzia di pari opportunità e nel rispetto delle leggi vigenti, gli studenti interessati possono chiedere un colloquio personale in modo da programmare eventuali misure compensative e/o dispensative, in base agli obiettivi didattici ed alle specifiche esigenze.

E' possibile rivolgersi anche al docente referente CInAP (Centro per l’integrazione Attiva e Partecipata - Servizi per le Disabilità e/o i DSA) del Dipartimento.

Si richiedono i seguenti prerequisiti:

• abilità nel calcolo algebrico;
• dimestichezza con il calcolo differenziale;
• conoscenza della trigonometria;
• conoscenza delle principali leggi geometriche;
• dimestichezza con lo studio di funzioni matematiche

E' fortemente consigliato affrontare lo studio della Fisica I solo dopo aver affrontato quello di Analisi I.

La frequenza al corso è obbligatoria.

1. INTRODUZIONE 

 Grandezza fisica - Unità di misura - Equazione dimensionale - Approssimazione - Notazione scientifica - Cenni di teoria degli errori: misure dirette e indirette, cifre significative, accuratezza e precisione, errori statistici e casuali, incertezza di misura, errore assoluto, relativo e percentuale, valore medio e deviazione standard.

2. VETTORI

Generalità - Rappresentazione di grandezze fisiche per mezzo di vettori - Operazioni sui vettori: somma, differenza, prodotto di un vettore per uno scalare, prodotto scalare, prodotto vettoriale - Proprietà commutativa – Proprietà associativa -Componenti di un vettore - Derivata di un vettore - Integrazione. 

3. CINEMATICA

Velocità - Accelerazione - Legge oraria - Moto rettilineo uniforme - Moto rettilineo uniformemente accelerato – Moto nel piano - Moto parabolico -  Moto circolare uniforme e uniformemente accelerato.

4. DINAMICA DEL PUNTO MATERIALE

Principio di inerzia - Massa inerziale - Forza: 2a legge di Newton - Principio di azione e reazione -  Leggi della forza: forza gravitazionale, forza peso, forze elastiche - Reazioni vincolari - Tensione dei fili - Moto lungo un piano inclinato - Moti circolari: Forze centripete -  Quantità di moto - Impulso - L'attrito - Forza di attrito radente e volvente- Forza di attrito radente statica e dinamica- Moto lungo un piano inclinato con attrito - Dinamica del  moto circolare uniforme: forze centrali - La forza centripeta  - Sistemi di riferimento inerziali - Principio di Invarianza Galileana - Trasformazione Galileana - Legge di composizione delle velocità- Sistemi di riferimento non inerziali: forze fittizie.

5. CONSERVAZIONE DELLA ENERGIA

Lavoro - Potenza - Energia cinetica - Teorema delle forze vive - Forze conservative - Energia potenziale - Calcolo di energia potenziale - Energia potenziale e forza: diagrammi di energia e stabilità dell’equilibrio -  Conservazione dell'energia meccanica - Forze non conservative.

6. OSCILLAZIONI

Oscillatore armonico semplice:equazione del moto e soluzione - Sistema massa-molla - Pendolo semplice – Energia cinetica e potenziale nei moti armonici semplici - Oscillatore armonico smorzato - Oscillatore armonico forzato.

7. DINAMICA DEI SISTEMI DI PUNTI MATERIALI

Sistemi di punti. Forze interne e forze esterne - Centro di massa di un sistema di punti – Teorema del moto del centro di massa - Conservazione della quantità di moto - Urti tra punti materiali: elastico, anelastico e completamente anelastico.

8. DINAMICA DEL CORPO RIGIDO E CENNI DI STATICA

Corpo rigido - Moto di un corpo rigido - Equazione del moto di un corpo rotante - Rotazioni rigide attorno ad un asse fisso in un sistema di riferimento inerziale - Momento di inerzia rispetto ad un asse fisso - Teorema di Huygens-Steiner - Lavoro ed energia cinetica nel moto rotatorio - Momento meccanico - Momento angolare - Teorema del momento angolare – Conservazione del momento angolare - Sistema del centro di massa - Teoremi di Konig  –Impulso angolare - Moto rototraslatorio - Moto di puro rotolamento - Leggi di conservazione nel moto di un corpo rigido - Equilibrio ed elasticità - Statica.

9. MECCANICA DEI FLUIDI

Stati di aggregazione della materia - Definizione di fluido - Gas e liquidi – Fluidi ideali e fluidi reali – Densità - Pressione - Statica dei fluidi - Principio di Pascal - Legge di Stevino - Spinta di Archimede - Esperienza di Torricelli - Dinamica dei fluidi – Portata - Equazione di continuità - Teorema di Bernoulli - Viscosità - Legge di Stokes.

10. TERMOMETRIA E CALORIMETRIA

Equilibrio termico - Concetto di temperatura - Misura della temperatura - Temperatura Kelvin - Definizione calorimetrica di calore - Capacità termica - Calori specifici e calori latenti - Caloria - Sorgenti di calore - Equivalente meccanico del calore - Dilatazione termica.

11. SISTEMI TERMODINAMICI

Sistemi e stati termodinamici - Punto di vista macroscopico - Coordinate termodinamiche - Equilibrio termodinamico - Sistemi termodinamici semplici - Sistemi PVT -Equazione di stato - Equazione di stato dei gas perfetti -  Interpretazione cinetica della temperatura - Energia interna di un gas ideale - Trasformazioni termodinamiche - Trasformazione quasistatica - Trasformazioni reversibili e irreversibili - Trasformazione quasistatica reversibile.

12. CALORE, LAVORO E PRIMO PRINCIPIO DELLA TERMODINAMICA

Lavoro in una trasformazione di un sistema PVT - Trasformazioni adiabatiche - Lavoro adiabatico - Energia interna - Definizione termodinamica del calore - Primo principio della termodinamica - Forma differenziale del primo principio della termodinamica - Calori specifici dei gas ideali: relazione di Mayer - Equazioni di Poisson.

13. SECONDO PRINCIPIO DELLA TERMODINAMICA

Conversione di lavoro in calore e viceversa - Macchine termiche  e macchine frigorifere - Rendimento di una macchina termica e di una macchina frigorifera - Macchina di Carnot e suo rendimento - Enunciato di Kelvin Planck del secondo principio della termodinamica -  Enunciato di Clausius del secondo principio della termodinamica - Equivalenza dei due enunciati  - Teorema di Carnot.

14. ENTROPIA

Teorema di Clausius - Entropia - Entropia e reversibilità - Entropia e irreversibilità - Il principio di aumento dell’entropia - Calcoli di variazione di entropia - Entropia di un gas ideale - Entropia ed energia inutilizzabile.

1. P. MAZZOLDI, M. NIGRO, C. VOCI – "FISICA Volume 1"  (EdiSES);

2. D. HALLIDAY, R. RESNICK, J. WALKER  " Fisica 1" Casa Ed. Ambrosiana;

3.  SERWAY, JEWETT "Principi di Fisica" (2015) Edises;

4. D. HALLIDAY, R. RESNICK, J. WALKER "Fundamental of Physics" Casa Ed. Ambrosiana.

Gli studenti sono liberi di utilizzare qualunque altro testo possa essere più conveniente per loro.

Il materiale didattico è rappresentato prevalentemente dagli appunti acquisiti durante le lezioni e le esercitazioni, arricchiti dalle discussioni innescate dal docente in aula. I testi di riferimento, inoltre, rappresentano un fondamentale strumento per lo studente anche al fine di acquisire la necessaria autonomia nello studio della disciplina. Eventuali diapositive delle lezioni tenute saranno pubblicate su Studium.

L'esame si basa sulla valutazione di due prove, una scritta e una orale (entrambe obbligatorie).

MODALITÀ' ESAME SCRITTO:

La prova scritta mira alla verifica delle abilità teorico-pratiche e della capacità di elaborare semplici problemi con l’applicazione delle leggi fondamentali e consiste nella risoluzione di 4 esercizi di:

• calcolo vettoriale, cinematica; 

• dinamica del punto, dinamica dei sistemi; 

• fluidodinamica;

• termodinamica. 

Alla risoluzione di ogni problema sarà assegnato un punteggio compreso tra 0/30 e 7.5/30 in relazione (1) alla completezza della descrizione del Modello Fisico e di quello Matematico utilizzati per la risoluzione, (2) alla correttezza della trattazione matematica e, naturalmente, (3) alla correttezza del risultato, sia da un punto di vista numerico che dimensionale.

Il superamento della prova scritta con una votazione minima di 18/30 permette l'accesso alla prova orale. Gli studenti che ottengono nella prova scritta un punteggio inferiore a 18/30 sono sconsigliati/e dal sostenere la prova orale. Per gli studenti che conseguono una votazione pari o superiore a 15/30 e inferiore a 18/30, l’ammissione alla prova orale è subordinata al superamento di un colloquio preliminare volto a verificare le conoscenze di base del candidato.

MODALITA' ESAME ORALE

In caso di superamento della prova scritta, lo studente dovrà svolgere la prova orale nella data individuata all'interno della stessa sessione di esami. Per esigenze specifiche, lo studente dovrà contattare il docente al mail istituzionale.

La prova orale si svolge con un colloquio sugli argomenti trattati durante il corso e mira alla verifica delle conoscenze dei contenuti trattati e alla capacità di elaborazione delle leggi della fisica. La valutazione della prova orale è basata sui seguenti criteri: livello di conoscenza degli argomenti richiesti, capacità espressiva e proprietà di linguaggio, capacità di applicare le conoscenze a semplici casi studio, capacità di collegamento dei diversi temi del programma di insegnamento.

In caso di esito negativo nella prova orale, gli studenti DOVRANNO ripetere l'esame scritto.

La valutazione dell’esame complessivo si basa sulla valutazione delle due prove effettuate (esame scritto 40% del voto finale, esame orale 60% del voto finale). 

IMPORTANTE: il superamento della prova orale costituisce in ogni caso condizione necessaria per il superamento dell'esame; l'assenza o la scena muta (valutata con punteggio pari a zero) in sede di colloquio orale comporteranno il mancato superamento dell'intera prova, indipendentemente dall'esito dello scritto.

Durante la prova scritta non è possibile utilizzare nessun tipo di formulario e nessun dispositivo elettronico tranne la calcolatrice non collegata a internet.

La prenotazione per l’ appello d’esame è obbligatoria e dovrà essere eseguita esclusivamente via internet, attraverso il portale studenti, entro il periodo previsto.

La verifica dell'apprendimento potrà essere effettuata anche per via telematica, qualora le condizioni lo dovessero richiedere.

Utilizzo di strumenti di Intelligenza Artificiale

Secondo le Linee guida di Ateneo sull’utilizzo dei sistemi di intelligenza artificiale, è vietato ricorrere a tali strumenti durante esami, prove in itinere e qualsiasi altra attività valutativa.

L’eventuale violazione di tale divieto può configurare un inadempimento degli obblighi previsti dallo Statuto, dal Codice etico e di comportamento e dai Regolamenti di Ateneo, con la conseguente attivazione delle procedure disciplinari ivi previste. 

Con riferimento alla prova scritta, il docente si riserva inoltre la facoltà di convocare lo studente per un colloquio individuale, al fine di verificare l’autenticità e l’integrità dell’elaborato. 

- Discutere dei principi di conservazione dell'energia meccanica, della quantità di moto e del momento angolare;

- Trattare i principi della termodinamica con le dovute applicazioni;

- Enunciare ed applicare il secondo principio della termodinamica;

- Ricavare l'equazione di Bernoulli per un fluido ideale;

- Descrivere il moto del pendolo semplice, del sistema massa molla e di un corpo rigido.