FISICA
Anno accademico 2023/2024 - Docente: MARCO RUGGIERIRisultati di apprendimento attesi
L'obiettivo del presente insegnamento è fornire agli studenti le conoscenze di base della fisica classica, in particolare meccanica, termodinamica, ed elettromagnetismo. Laddove possibile, saranno discussi elementi di fisica moderna, includendo relatività speciale e meccanica quantistica. Alla fine del corso, gli studenti avranno una conoscenza dei concetti basilari del metodo scientifico e della fisica classica, e saranno in grado di impostare e/o risolvere un problema di fisica.
Il corso prevede 48 ore di lezioni frontali, di cui 24 di teoria e 24 di esercitazioni. In particolare, le esercitazioni consisteranno sia in esercizi numerici svolti in classe, che in sviluppi formali (ad esempio, dimostrazioni di risultati enunciati nella parte di teoria).
In dettaglio, i risultati di apprendimento attesi, classificati in base ai descrittori di Dublino, sono i seguenti.
1. Conoscenze e capacità di comprensione
- Comprendere i principi fondamentali della fisica, inclusi concetti come la meccanica, l'elettromagnetismo e la termodinamica.
- Identificare e spiegare le leggi fisiche che governano il comportamento della materia e dell'energia nell'universo.
- Dimostrare una solida comprensione dei concetti matematici e teorici che sottendono la fisica.
2. Utilizzazione delle conoscenze e capacità di comprensione
- Applicare i principi fisici per risolvere problemi pratici in diversi contesti, come il moto dei corpi, l'analisi di circuiti elettrici, ecc.
- Interpretare dati sperimentali e applicare le leggi fisiche per analizzare i risultati.
- Sviluppare modelli fisici per descrivere e comprendere fenomeni complessi.
3. Capacità di trarre conclusioni
- Eseguire analisi critica dei dati sperimentali e giungere a conclusioni basate su prove scientifiche.
- Identificare e risolvere problemi fisici complessi, utilizzando il pensiero critico e la logica.
- Valutare in modo critico le teorie fisiche esistenti e riconoscere i loro limiti.
4. Abilità comunicative
- Comunicare in modo chiaro e conciso i risultati delle analisi fisiche, sia in forma scritta che verbale.
- Presentare in modo efficace concetti fisici complessi a un pubblico non esperto.
- Collaborare con gli altri e partecipare attivamente alle discussioni scientifiche.
5. Capacità di apprendere
- Dimostrare la capacità di apprendere in modo autonomo, approfondendo la conoscenza della fisica al di là del livello di base.
- Adattarsi e applicare conoscenze e competenze acquisite in nuovi contesti e problemi.
- Continuare a esplorare e adottare nuovi sviluppi e scoperte nella fisica anche dopo il completamento del corso.
Modalità di svolgimento dell'insegnamento
Il corso si svolgerà tramite lezioni frontali in aula.
Prerequisiti richiesti
Per seguire con profitto il corso, gli studenti dovrebbero avere già conoscenze consolidate di analisi matematica (in particolare, derivate e integrali, equazioni differenziali ordinarie del primo e del secondo ordine). Questi argomenti saranno comunque rivisti brevemente all’inizio del corso, o dovunque siano necessari a supporto dei concetti spiegati in classe. Sebbene una buona conoscenza dell’algebra vettoriale sia preferibile, le operazioni tra vettori saranno discusse all’inizio del corso.
Frequenza lezioni
La frequenza è obbligatoria.
Contenuti del corso
Fisica e metodo scientifico: il metodo scientifico, la fisica, le branche della fisica moderna, sistemi di unità di misura
Cinematica del punto materiale: vettori e matrici, operazioni tra vettori, legge oraria di un punto materiale, velocità media e istantanea, accelerazione, moti piani
Dinamica del punto materiale: Principio di relatività, forze, sistemi inerziali, principio di inerzia, forza e accelerazione, massa inerziale, impulso e quantità di moto, momento angolare e momento di una forza, lavoro ed energia cinetica, campi conservativi ed energia potenziale, conservazione dell’energia meccanica, esempi di forze, soluzioni dell’equazione del moto
Elementi di dinamica dei sistemi: leggi fondamentali e terzo principio della dinamica, centro di massa, equazioni cardinali, sistemi di forze, equilibrio dei corpi rigidi, momento di inerzia, energia cinetica e momento angolare di un corpo rigido, rotolamento
Elementi di meccanica dei fluidi: azioni meccaniche sui fluidi, statica dei fluidi, idrostatica nel campo della gravità, idrodinamica, tensione superficiale
Primo principio della termodinamica: calore e temperatura, gas perfetto e trasformazioni, scala assoluta delle temperature, primo principio della termodinamica e applicazioni ad un gas perfetto. Secondo principio della termodinamica: enunciati del secondo principio, ciclo di Carnot, entropia e secondo principio, entropia di un gas perfetto e di un corpo solido, interpretazione microscopica delle grandezze termodinamiche
Elementi di Elettromagnetismo: carica elettrica, legge di Coulomb, campo elettrico, potenziale elettrostatico, dipolo elettrico, energia elettrostatica, correnti stazionarie, campo magnetico, energia magnetica, cenni sull’induzione elettromagnetica, equazioni di Maxwell
Testi di riferimento
Testi principali
1. R. A. Serway e J. W. Jewett, Fondamenti di Fisica, Edises; 6° edizione (10 giugno 2022)
2. G. Vannini e W. E. Gettys, Gettys Fisica 1, McGraw-Hill Education 5a edizione (22 Gennaio 2015)
3. G. Cantatore, L. Vitale e W. E. Gettys, Gettys Fisica 2, McGraw-Hill Education 4a edizione (15 Gennaio 2016)
Fonti aggiuntive
C. Mencuccini e V. Silvestrini, Fisica: Meccanica e Termodinamica, Casa Editrice Ambrosiana (26 Settembre 2016)
C. Mencuccini e V. Silvestrini, Fisica: Elettromagnetismo e Ottica, Casa Editrice Ambrosiana, 2° edizione (16 Gennaio 2017)
D. Sette, A. Alippi e A. Bettucci, Lezioni di Fisica 1, Zanichelli 2° edizione (19 Luglio 2021)
E. Fermi, Termodinamica, Bollati Boringhieri (1 Novembre 1977)
| Autore | Titolo | Editore | Anno | ISBN |
|---|---|---|---|---|
| G. Vannini e W. E. Gettys | Gettys Fisica 1 | McGraw-Hill Education | 5a edizione (22 Gennaio 2015) | 978-8838668838 |
| G. Cantatore, L. Vitale e W. E. Gettys | Gettys Fisica 2 | McGraw-Hill Education | 4a edizione (15 Gennaio 2016) | 978-8838669132 |
| R. A. Serway e J. W. Jewett | Fondamenti di Fisica | Edises | 6a edizione (10 Giugno 2022) | 978-8836230730 |
Programmazione del corso
| Argomenti | Riferimenti testi | |
|---|---|---|
| 1 | Introduzione alla fisica, metodo scientifico, dimensioni, algebra vettoriale (4 ore, di cui 2 di esercitazioni) | testi 1 e 2 |
| 2 | Cinematica del punto materiale (4 ore, di cui 2 di esercitazioni) | testi 1 e 2 |
| 3 | Dinamica del punto materiale (6 ore, di cui 4 di esercitazioni) | testi 1 e 2 |
| 4 | Lavoro ed energia (4 ore, di cui 2 di esercitazioni) | testi 1 e 2 |
| 5 | Elementi di meccanica dei sistemi (4 ore, di cui 2 di esercitazioni) | testi 1 e 2 |
| 6 | Cinematica e dinamica delle oscillazioni (2 ore, di cui 2 di esercitazioni) | testi 1 e 2 |
| 7 | Elementi di meccanica dei fluidi (4 ore, di cui 2 di esercitazioni) | testi 1 e 2 |
| 8 | Elementi di termodinamica classica e teoria cinetica dei gas (8 ore, di cui 4 di esercitazioni) | testi 1 e 2 |
| 9 | Legge di Coulomb, campo elettrico, legge di Gauss e potenziale elettrico (6 ore, di cui 2 di esercitazioni) | testi 1 e 3 |
| 10 | Corrente elettrica (2 ore) | testi 1 e 3 |
| 11 | Campo magnetico (2 ore, di cui 2 di esercitazioni) | testi 1 e 3 |
| 12 | Induzione elettromagnetica ed equazioni di Maxwell (2 ore) | testi 1 e 3 |
Verifica dell'apprendimento
Modalità di verifica dell'apprendimento
La valutazione avverrà tramite una prova scritta, contenente tre esercizi semplici sugli argomenti discussi nel corso, ed un colloquio orale. Tra i criteri di formulazione del voto finale si valuterà la correttezza delle risposte, nonché la capacità da parte dello studente di esprimersi con un adeguato linguaggio tecnico e di fare collegamenti con altri argomenti del programma.
Esempi di domande e/o esercizi frequenti
Secondo principio della dinamica
Sistemi di riferimento inerziali
Primo principio della termodinamica
Secondo principio della termodinamica
Energia interna
Entropia
Meccanica dei sistemi di punti materiali
Idrostatica
Equazioni di Maxwell
Campo elettrostatico