FISICA A - L

L'obiettivo del presente insegnamento è fornire agli studenti le conoscenze di base della fisica classica, in particolare meccanica, termodinamica, ottica e onde, insieme a conoscenze base di meccanica quantistica. Alla fine del corso, gli studenti avranno una conoscenza dei concetti basilari del metodo scientifico e della fisica, e saranno in grado di impostare e/o risolvere un problema di fisica. Si provvederà, laddove possibile, a mostrare esempi/applicazioni che sono utili in diversi contesti dell'informatica, come ad esempio nella progettazione di videogiochi e nella computazione quantistica.

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, la termodinamica, la propagazione delle onde e l'ottica.

   - 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, la propagazione dei raggi luminosi 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.

Il corso si svolgerà tramite lezioni frontali in aula.

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.

Accesso al materiale didattico fornito dal docente: Studium, corso Fisica (A-L) -  Informatica (L31), anno accademico 2024/2025.

Tutte le comunicazioni avverranno sul canale di Studium di cui sopra.

Per seguire con profitto il corso, gli studenti dovrebbero avere già conoscenze di analisi matematica (in particolare, derivate e integrali, equazioni differenziali ordinarie del primo e del secondo ordine) e di algebra lineare. 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.

Come da regolamento, la frequenza è di norma obbligatoria.

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, moto balistico.

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.

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, entropia, entropia di un gas perfetto e di un corpo solido, interpretazione microscopica delle grandezze termodinamiche

Elementi di onde e ottica: onde, interferenza e diffrazione (cenni), ottica geometrica.

Elementi di meccanica quantistica: meccanica ondulatoria, equazione di Schrodinger, funzioni d'onda per l'atomo di idrogeno (cenni), oscillatore armonico quantistico, principio di sovrapposizione, gatto di Schrodinger.  

Testi principali

1. U. Gasparini, M. Margoni e F. Simonetto, Fisica. Meccanica e Termodinamica. Piccin-Nuova Libraria (9 Gennaio 2019)

2. R. A. Serway e J. W. Jewett, Fondamenti di Fisica, Edises; 6° edizione (10 giugno 2022)

3. G. Vannini e W. E. Gettys, Gettys Fisica 1, McGraw-Hill Education 5a edizione (22 Gennaio 2015)

4. 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)

La valutazione avverrà tramite una prova scritta, contenente due/tre esercizi semplici sugli argomenti discussi nel corso (cinematica del punto materiale, dinamica del punto materiale, termodinamica), ed una prova orale, che consiste in un colloquio (tre/quattro domande) sugli argomenti trattati nel corso. 

Per la prova scritta, si assegnerà un voto, S, da 0 a 30. La valutazione della prova scritta dipenderà dalla correttezza delle risposte, nonché la capacità da parte dello studente di esprimersi con un adeguato linguaggio tecnico. A seconda del punteggio, la prova scritta si riterrà:

• superata, se il punteggio è uguale o superiore a 18. In questo, si è direttamente ammessi alla prova orale.
• superata con riserva, se il punteggio è compreso tra 12 e 17 (inclusi). In questo caso, si è ammessi con riserva alla prova orale. In questa evenienza, durante la prova orale saranno poste domande aggiuntive per testare la conoscenza degli argomenti della prova scritta.
• non superata, se il punteggio è compreso tra 0 e 11 (inclusi). In questo caso, l'esame non si ritiene superato ed è necessario presentarsi all'appello successivo.

Per la prova orale, sarà assegnato un voto, O, tra 0 e 30. Il voto della prova orale dipenderà dalla 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.

Il voto finale dell'esame, F, sarà calcolato usando la formula:

F=P*S + Q*O,

dove P=1/3 e Q=2/3. A discrezione del docente, qualora il voto finale fosse F=30, potrà essere effettuata una domanda aggiuntiva alla fine della prova orale, sempre su argomenti trattati durante il corso, per assegnare la lode. 

L'esame si ritiene superato se F è maggiore o uguale a 18. Qualora lo studente/la studentessa non superasse le prove di esame, sarà rimandat* ai prossimi appelli.

Le prove di esame sono strutturate in modo che ad ogni studente/studentessa sia attribuito un voto secondo il seguente schema:

• Non approvato: lo studente/la studentessa non ha acquisito i concetti di base e non è in grado di rispondere ad almeno il 60% delle domande né di svolgere gli esercizi.
• 18-23: lo studente/la studentessa dimostra una padronanza minima dei concetti di base, le sue capacità  di collegamento dei contenuti sono modeste, riesce a risolvere semplici esercizi.
• 24-27:  lo studente/la studentessa dimostra una buona padronanza dei contenuti del corso, le sue capacità di collegamento dei contenuti sono buone,  risolve gli esercizi con pochi errori.
• 28-30 e lode: lo studente/la studentessa ha acquisito tutti i contenuti del corso ed è in grado di padroneggiarli compiutamente e di collegarli con spirito critico; risolve gli esercizi in modo completo e senza errori.

Gli studenti con disabilità e/o DSA dovranno contattare con sufficiente anticipo rispetto alla data dell'esame il docente e il referente CInAP del DMI per comunicare che intendono sostenere l'esame fruendo delle opportune misure compensative. In particolare, agli studenti/alle studentesse interessat* sarà concesso consultare appunti personali e/o libri di testo durante le prove scritta e orale.

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

Moto balistico

Sistemi di riferimento inerziali

Principi della dinamica del punto materiale

Moto del pendolo semplice

Moto armonico di un punto materiale soggetto alla forza elastica

Urti elastici e applicazioni al biliardo e al bowling

Primo principio della termodinamica

Secondo principio della termodinamica

Energia interna dei gas perfetti

Entropia dell'universo e irreversibilità

Variazione di entropia legata allo scambio termico tra due corpi

Irraggiungibilità dello zero assoluto