FISICA
Anno accademico 2022/2023 - Docente: Agata SCORDINORisultati di apprendimento attesi
Il corso intende fornire la conoscenza di base e la capacità di comprensione dei fondamenti della Meccanica Newtoniana, mostrando l’universalità delle leggi della Fisica e la loro applicazione nella interpretazione dei fenomeni naturali (knowledge and understanding).
Il corso è finalizzato a far acquisire allo studente una sufficiente familiarità con i modelli di base della Fisica classica e a sviluppare la capacità di applicare i concetti appresi alla risoluzione di semplici problemi numerici (applying knowledge and understanding).
Lo studio condotto induce lo studente a ragionare in modo scientifico acquisendo la capacità di valutare l’applicabilità dei Principi della Fisica a problemi scientifici reali e concreti (making judgements).
Particolare attenzione verrà posta nell’ acquisizione e impiego del linguaggio tecnico appropriato, prerogativa allo sviluppo delle abilità comunicative in campo scientifico e professionale (communication skills).
Introducendo lo studente allo studio e all’applicazione del metodo sperimentale, che costituisce un fondamentale strumento di indagine non solo in Fisica ma in ogni disciplina scientifica, si consente allo stesso di affrontare e risolvere autonomamente nuove problematiche che dovessero sorgere sia nello studio di altre discipline scientifiche che nella futura attività professionale (learning skills).
Modalità di svolgimento dell'insegnamento
L'insegnamento è strutturato in lezioni frontali intervallate da esercitazioni numeriche di carattere applicativo.
Verrà svolta una prova in itinere, non obbligatoria, consistente nella risoluzione di quesiti e problemi relativi alla parte di programma svolto, che ha valore propedeutico alla prova d'esame e di verifica dell'apprendimento.
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.
La verifica dell’apprendimento potrà essere effettuata anche per via telematica, qualora le condizioni lo dovessero richiedere.
Prerequisiti richiesti
Buone conoscenze di Matematica elementare (Algebra, Geometria e Trigonometria); Nozioni elementari di calcolo differenziale e integrale
Frequenza lezioni
La frequenza è di norma obbligatoria
Contenuti del corso
INTRODUZIONE
Grandezza fisica - Unità di misura – Sistema Internazionale - Equazione dimensionale - Errori di misura - Approssimazione - Notazione scientifica - Grandezze scalari e grandezze vettoriali - Operazioni sui vettori: somma, differenza, prodotto di un vettore per uno scalare, prodotto scalare, prodotto vettoriale - Componenti di un vettore
CINEMATICA
Velocità - Accelerazione - Legge oraria - Moto rettilineo uniforme - Moto rettilineo uniformemente accelerato - Moto nel piano - Moto parabolico – Moti circolari – Cinematica dei moti circolari - Moto circolare uniforme.
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, forza di attrito, forze elastiche - Reazioni vincolari - Tensione dei fili – Diagramma del corpo libero - Moto lungo un piano inclinato liscio e scabro - Moti circolari: Forze centripete - Quantità di moto – Impulso – Momento angolare – Momento meccanico
CONSERVAZIONE DELLA ENERGIA
Lavoro - Energia cinetica - Teorema delle forze vive - Forze conservative - Energia potenziale - Calcolo di energia potenziale - Conservazione dell'energia meccanica - Forze non conservative.
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 - Momento angolare - Momento meccanico - Teorema del momento angolare - Conservazione del momento angolare
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 da una forza viscosa: smorzamento debole, forte ($) e critico ($) - Oscillatore armonico forzato ($) – Risonanza ($)
DINAMICA DEL CORPO RIGIDO
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 - Lavoro ed energia cinetica nel moto rotatorio - Teorema di Huygens-Steiner - Leggi di conservazione nel moto di un corpo rigido - Moto rototraslatorio - Moto di puro rotolamento.
PROPRIETÀ MECCANICHE DEI FLUIDI
Generalità sui fluidi - Pressione - Equilibrio statico di un fluido - Legge di Stevino - Principio di Pascal - Vasi cominucanti - Paradosso idrostatico - Principio di Archimede - Galleggianti - Fluido ideale - Regime stazionario - Portata - Teorema di Bernoulli - Teorema di Torricelli - Tubo di Venturi - Tubo di Pitot - Paradosso idrodinamico - Effetti dinamici: moto in un condotto orizzontale curvo - Attrito interno ($) - Moto laminare ($).
($) Argomenti facoltativi
Testi di riferimento
- MAZZOLDI, NIGRO, VOCI – Elementi di Fisica: Meccanica e Termodinamica (III Edizione) – EdiSES UNIVERSITA’
Programmazione del corso
Argomenti | Riferimenti testi | |
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1 | INTRODUZIONE: Grandezza fisica - Unità di misura - Equazione dimensionale - Errori di misura - Approssimazione - Notazione scientifica | Testo 1, App. B; Appunti del docente |
2 | INTRODUZIONE: Grandezze scalari e grandezze vettoriali - Operazioni sui vettori: somma, differenza, prodotto di un vettore per uno scalare - Componenti di un vettore | Testo 1, App. C |
3 | INTRODUZIONE: Operazioni sui vettori: prodotto scalare, prodotto vettoriale | Testo 1, App. C |
4 | CINEMATICA: Velocità - Accelerazione - Legge oraria - Moto rettilineo uniforme - Moto rettilineo uniformemente accelerato | Testo 1, Cap.1 |
5 | CINEMATICA: Moto nel piano - Moto parabolico - Moti circolari –Moto circolare uniforme | Testo 1, Cap.1 |
6 | 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, forza di attrito, forza elastica | Testo 1, Cap. 2 |
7 | DINAMICA DEL PUNTO MATERIALE: Reazioni vincolari - Tensione dei fili - Diagramma del corpo libero - Moto lungo un piano inclinato liscio | Testo 1, Cap. 2 |
8 | DINAMICA DEL PUNTO MATERIALE: Forza di attrito radente – Calcolo del coefficiente di attrito - Moto lungo un piano inclinato scabro | Testo 1, Cap. 2 |
9 | DINAMICA DEL PUNTO MATERIALE: Moti circolari: Forze centripete - Momento angolare - Momento meccanico | Testo 1, Cap. 2; Testo 1, Cap. 4, Par. 4.5 |
10 | CONSERVAZIONE DELL’ENERGIA: Lavoro - Energia cinetica - Teorema delle forze vive - Forze conservative - Energia potenziale | Testo 1, Cap. 4 |
11 | CONSERVAZIONE DELL’ENERGIA: Calcolo di energia potenziale - Conservazione dell'energia meccanica - Forze non conservative | Testo 1, Cap. 4 |
12 | DINAMICA DEI SISTEMI DI PUNTI MATERIALI: 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 | Testo 1, Cap. 5 |
13 | DINAMICA DEI SISTEMI DI PUNTI MATERIALI: Urti tra punti materiali: elastico, anelastico e completamente anelastico- Momento angolare - Momento meccanico - Teorema del momento angolare - Conservazione del momento angolare | Testo 1, Cap. 7; Testo 1, Cap 5 |
14 | OSCILLAZIONI: Oscillatore armonico semplice: equazione del moto e soluzione - Sistema massa-molla - Energia cinetica e potenziale nei moti armonici semplici | Testo 1, Cap. 2, Par. 2.13-2.16 |
15 | OSCILLAZIONI: Oscillatore armonico smorzato da una forza viscosa: smorzamento debole | Testo 1, Cap. 2, Par. 2.13-2.16 |
16 | OSCILLAZIONI: Pendolo semplice - Oscillatore armonico smorzato da una forza viscosa: smorzamento forte e critico - Oscillatore armonico forzato - Risonanza | Testo 1, Cap. 2, Par. 2.13-2.16 |
17 | DINAMICA DEL CORPO RIGIDO: 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 | Testo 1, Cap. 6 |
18 | DINAMICA DEL CORPO RIGIDO: Momento di inerzia rispetto ad un asse fisso - Lavoro ed energia cinetica nel moto rotatorio- Teorema di Huygens-Steiner | Testo 1, Cap. 6 |
19 | DINAMICA DEL CORPO RIGIDO: Leggi di conservazione nel moto di un corpo rigido | Testo 1, Cap. 6 |
20 | DINAMICA DEL CORPO RIGIDO: Moto rototraslatorio - Moto di puro rotolamento | |
21 | PROPIETA’ MECCANICHE DEI FLUIDI: Generalità sui fluidi - Pressione - Equilibrio statico di un fluido - Legge di Stevino - Principio di Pascal | Testo 1, Cap. 10 |
22 | PROPIETA’ MECCANICHE DEI FLUIDI: Vasi cominucanti - Paradosso idrostatico - Principio di Archimede – Galleggianti - Fluido ideale - Regime stazionario - Portata - Teorema di Bernoulli | Testo 1, Cap. 10 |
23 | PROPIETA’ MECCANICHE DEI FLUIDI: Teorema di Torricelli - Tubo di Venturi - Tubo di Pitot - Paradosso idrodinamico | Testo 1, Cap. 10 |
24 | PROPIETA’ MECCANICHE DEI FLUIDI: Effetti dinamici: moto in un condotto orizzontale curvo - Attrito interno - Moto laminare | Testo 1, Cap. 10 |
Verifica dell'apprendimento
Modalità di verifica dell'apprendimento
L'esame finale consiste in una prova scritta (obbligatoria) e da un colloquio orale (facoltativo).
La prova scritta (durata 2 ore) consiste nella risoluzione, giustificata e commentata in maniera chiara, di quesiti e problemi, a risposta multipla e/o aperta, di Meccanica.
Durante la prova scritta è consentito soltanto l’uso di una calcolatrice. È vietato l'uso di qualsiasi strumento hardware (tablet, smartphone, smartwatch, cellulari, auricolari BT etc.), di libri o documenti personali. Eventuale documentazione sarà fornita dalla commissione durante l'esame.
Il superamento della prova scritta ha validità solo relativamente all' appello nel quale è stata svolta.
Sono ammessi a sostenere la prova orale gli studenti che hanno riportato piena sufficienza (votazione non inferiore a 18/30) nella prova scritta. La prova orale (facoltativa), che di norma si svolge entro 7 giorni dalla prova scritta, consisterà nella trattazione di un argomento in programma e potrà comportare una variazione (sia in positivo che in negativo) di 3 punti rispetto al voto riportato nella prova scritta.
Gli studenti hanno altresì la facoltà di non sostenere la prova orale, accettando come esito finale dell’esame la votazione riportata nella prova scritta.
Per sostenere la prova d’esame lo Studente deve prenotarsi almeno 5 giorni prima della data fissata, seguendo l’apposita procedura da portale studenti. Non sono ammesse prenotazioni tardive tramite email. In mancanza di prenotazione, l'esame non può essere nè sostenuto nè verbalizzato.
La verifica dell’apprendimento potrà essere effettuata anche per via telematica, qualora le condizioni lo dovessero richiedere.
Esempi di domande e/o esercizi frequenti
Testi degli esercizi svolti in aula e degli esercizi assegnati nelle prove d’esame sono consultabili sul portale Didattica Interattiva http://studium.unict.it
ESEMPI DI DOMANDE
Piano inclinato
Conservazione dell'energia
Oscillatore armonico semplice
Teorema dell’energia cinetica
Urto elastico frontale
Rotazioni rigide attorno ad un asse fisso
Corpo che rotola senza strisciare lungo un paino inclinato
Legge di Bernoulli
Statica dei fluidi