FISICA A - L

FIS/07 - 6 CFU - 2° semestre

Docente titolare dell'insegnamento

FRANCESCO RUFFINO
Email: francesco.ruffino@ct.infn.it
Edificio / Indirizzo: Dipartimento di Fisica ed Astronomia, Studio 262A
Telefono: 0953785461
Orario ricevimento: Lunedì 15:00-17:00, Mercoledì 15:00-17:00, Altri giorni ed orari possono essere resi disponibili contattando direttamente il docente


Obiettivi formativi

Principi e concetti fondamentali di cinematica e dinamica del punto materiale, dei sistemi di punti materiali, del corpo rigido e dei fluidi. Principi e concetti fondamentali sulle onde elastiche e non elastiche. Principi e concetti fondamentali di termodinamica. Principi e concetti fondamentali di elettrostatica, magnetismo, elettromagnetismo ed onde elettromagnetiche. Principi e concetti fondamentali di ottica fisica e geometrica.


Modalità di svolgimento dell'insegnamento

Lezioni frontali in aula


Prerequisiti richiesti

Algebra e geometria elementari, Trigonometria, Equazioni di primo e secondo grado, Equazioni trigonometriche, Disequazioni di primo e secondo grado, Elementi di base di calcolo differenziale e integrale.



Frequenza lezioni

Obbligatoria



Contenuti del corso

1) Misure e incertezze

Modelli, teorie, leggi-Misure e incertezza-Unità di misura, campioni e il sistema internazionale-Conversione delle unità di misura-Calcolo dimensionale

2) Descrizione del moto: cinematica in una dimensione

Sistemi di riferimento e spostamento-Velocità media-Velocità istantanea-Accelerazione-Moto con accelerazione costante-Oggetti in caduta-Analisi grafica del moto lineare

3) Cinematica in due dimensioni; Vettori

Vettori e scalari-Somma di vettori: metodo grafico-Sottrazione di vettori e moltiplicazione di un vettore per uno scalare-Somma dei vettori tramite le componenti-Moto di un proiettile-Velocità relativa

4) Moto e forze: Dinamica

Forza-Prima legge del moto di Newton-Massa-Seconda legge del moto di Newton-Terza legge del moto di Newton-Peso: la forza di gravità e la forza normale-Applicazioni che coinvolgono l’attrito: piani inclinati

5) Moto circolare; Gravitazione

Cinematica del moto circolare uniforme-Dinamica del moto circolare uniforme-Legge di Newton della gravitazione universale-Gravità vicino alla superficie terrestre-Leggi di Keplero e sintesi di Newton

6) Lavoro e Energia

Lavoro compiuto da una forza costante-Lavoro compiuto da una forza variabile-Energia cinetica e principio lavoro-energia-Energia potenziale-Forze conservative e non conservative-Energia meccanica e sua conservazione-Altre forme di energia: trasformazioni dell’energia e legge di conservazione dell’energia-Conservazione dell’energia in presenza di forze di attrito

7) Quantità di moto

La quantità di moto e la sua relazione con la forza-Conservazione della quantità di moto-Urti e impulso-Conservazione dell’energia e della quantità di moto negli urti-Urti elastici in una dimensione-Urti anelastici-Urti in due e tre dimensioni-Centro di massa

8) Moto rotatorio

Grandezze angolari-Equazioni cinematiche per il moto rotatorio uniformemente accelerato-Moto di rotolamento-momento torcente-Dinamica rotazionale: momento torcente e momento di inerzia-Energia cinetica rotazionale-Il momento angolare e sua conservazione-Natura vettoriale delle quantità angolari

9) Corpi in equilibrio; Elasticità

Statica: lo studio di forze in equilibrio-Le condizioni di equilibrio-Elasticità: Legge di Hooke, sforzo e deformazione

10) Fluidi

Densità e peso specifico-Pressione nei fluidi-Pressione atmosferica e pressione relativa-Il principio di Pascal-Misure di pressione: manometri e barometri-Galleggiamento e principio di Archimede-Fluidi in movimento: portata ed equazione di continuità- L’equazione di Bernoulli-Applicazioni del principio di Bernoulli

11) Vibrazioni e onde

Moto armonico semplice-Energia nell’oscillatore armonico semplice-Periodo e natura sinusoidale del moto armonico semplice-Il pendolo semplice-Moto armonico smorzato-Vibrazioni forzate; risonanza-Moto ondulatorio-Tipi di onde: trasversali e longitudinali-Energia trasportata dalle onde-Riflessione e interferenza delle onde-Onde stazionarie; risonanza

12) Il suono

Caratteristiche del suono-Intensità del suono: decibel-Sorgenti sonore: corde vibranti e colonne d’aria-Interferenza di onde sonore: battimenti-Effetto Doppler

13) Temperatura e teoria cinetica

Teoria atomica della materia-Temperatura e termometri-Equilibrio termico e principio zero della termodinamica-Dilatazione termica-Comportamento anomalo dell’acqua sotto 4 °C-Leggi dei gas e temperatura assoluta-La legge dei gas perfetti-La legge dei gas perfetti in termini di molecole: il numero di Avogadro-Teoria cinetica e interpretazione molecolare della temperatura-Distribuzione delle velocità molecolari-Gas reali e cambiamenti di fase-Tensione di vapore e umidità

14) Calore

Il calore come trasferimento di energia-Distinzione fra temperatura, calore ed energia interna-Energia interna di un gas ideale-Calore specifico e calorimetria-Calore latente-Trasmissione del calore: conduzione, convezione e irraggiamento

15) I principi della termodinamica

Il primo principio della termodinamica-Il primo principio della termodinamica applicato ad alcuni sistemi semplici-Il secondo principio della termodinamica-Le macchine termiche-L’entropia e il secondo principio della termodinamica-Dall’ordine al disordine; energia non disponibile-L’interpretazione statistica dell’entropia e il secondo principio

16) Carica elettrica e campo elettrico

Elettricità statica; la carica elettrica e la sua conservazione-La carica elettrica nell’atomo-Isolanti e conduttori-La carica indotta; l’elettroscopio-La legge di Coulomb-Il campo elettrico-Linee di campo-Campi elettrici e conduttori

17) Potenziale elettrico ed energia elettrica; Capacità

Potenziale elettrico e differenza di potenziale-Relazione tra potenziale elettrico e campo elettrico-Linee equipotenziali-L’elettronvolt: un’unità di misura dell’energia-Potenziale elettrico dovuto a cariche puntiformi-Dipolo elettrico-La capacità-Dielettrici-Immagazzinamento di carica elettrica

18) Le correnti elettriche

La batteria elettrica-La corrente elettrica-La legge di Ohm: resistenza in un circuito-Resistività-Potenza elettrica-Correnti alternate-Aspetti microscopici della corrente elettrica

19) Circuiti in corrente continua

Resistenze in serie e parallelo-Forza elettromotrice-Leggi di Kirchhoff-Forze elettromotrici in serie e parallelo; Carica di una batteria-Circuiti contenenti condensatori in serie e parallelo-Circuiti contenenti una resistenza e un condensatore-Amperometri e voltmetri in corrente continua

20) Magnetismo

I magneti e i campi magnetici-Le correnti elettriche generano campi magnetici-Forza su una corrente elettrica in un campo magnetico; Definizione di B-Forza agente su una carica elettrica in moto in un campo magnetico-Campo magnetico prodotto da un filo rettilineo-Forza tra due fili paralleli-Definizione dell’Ampere e del Coulomb-La legge di Ampere-Momento torcente su una spira percorsa da corrente; momento magnetico-Applicazioni: galvanometri, motori-Lo spettrometro di massa-Ferromagnetismo: domini-Elettromagneti e solenoidi-Campi magnetici nei materiali magnetici; isteresi

21) Induzione elettromagnetica e legge di Faraday; Circuiti AC

Forza elettromotrice indotta-La legge di Faraday sull’induzione; Legge di Lenz-Forza elettromotrice indotta in un conduttore in moto-La variazione di flusso magnetico produce un campo elettrico-Generatori elettrici-Correnti parassite-Trasformatori; trasporto di energia elettrica-Induttanza-Energia accumulata in un campo magnetico-Circuiti LR-Circuiti in corrente alternata e impedenza-Circuiti RLC in corrente alternata-Risonanza nei circuiti in corrente alternata; oscillatori

22) Onde elettromagnetiche

Campi elettrici variabili producono campi magnetici: equazioni di Maxwell-La quarta equazione di Maxwell; corrente di spostamento-Produzione di onde elettromagnetiche-Calcolo della velocità delle onde elettromagnetiche-La luce vista come una onda elettromagnetica e lo spettro elettromagnetico-Misurazione della velocità della luce-L’energia trasportata dalle onde elettromagnetiche

23) La luce: ottica geometrica

Il modello a raggi per la radiazione luminosa-Riflessione; formazione delle immagini su uno specchio piano-Formazione delle immagini da parte di specchi sferici-Indice di rifrazione-Rifrazione: legge di Snell-Riflessione interna totale-Lenti sottili; i diagrammi dei raggi-L’equazione delle lenti

24) Natura ondulatoria della luce

Onde piuttosto che particelle: principio di Huygens e diffrazione-Principio di Huygens e legge della rifrazione-Interferenza; Esperimento di Young della doppia fenditura-Spettro visibile e dispersione-Diffrazione da singola fenditura-Reticolo di diffrazione-Lo spettrometro e la spettroscopia-Polarizzazione

25) Strumenti ottici

L’occhio umano-Lente di ingrandimento-Telescopio-Microscopio composto-Aberrazioni delle lenti e degli specchi-Limiti di risoluzione: criterio di Rayleigh-Risoluzione dei telescopi e dei microscopi-Raggi X e diffrazione dei raggi X



Testi di riferimento

Teoria:

1) Raymond A. Serway, John W. Jewett, “Principi di Fisica (quinta edizione)”, EDISES

2) Douglas C. Giancoli, “Fisica-Principi e Applicazioni” (Edizione italiana a cura di Paolo Cavatorta e Lanfranco Cicala), edizioni “Casa Editrice Ambrosiana”

3) J. S. Walker, "Fondamenti di Fisica", quinta edizione, PEARSON

4) F. Borsa, A. Lascialfari, “Principi di Fisica-per indirizzo biomedico e farmaceutico”, EDISES

Esercizi:

5) John R. Gordon, Ralph W. McGrew, Raymond R. Serway, John W. Jewett, “Esercizi di Fisica-guida ragionata alla soluzione”, EDISES

6) http://upload.wikimedia.org/wikibooks/it/4/4b/Esercizi_di_fisica_con_soluzioni.pdf; http://www60.jimdo.com/app/s80e7ac8b55e77c3c/p6a5b5a2aca6b274c/


Altro materiale didattico

http://nanostar.jimdo.com/didattica-sfa/



Programmazione del corso

 ArgomentiRiferimenti testi
1Misure e incertezze Modelli, teorie, leggi-Misure e incertezza-Unità di misura, campioni e il sistema internazionale-Conversione delle unità di misura-Calcolo dimensionale1, 2, 3, 4 
2Descrizione del moto: cinematica in una dimensione Sistemi di riferimento e spostamento-Velocità media-Velocità istantanea-Accelerazione-Moto con accelerazione costante-Oggetti in caduta-Analisi grafica del moto lineare1, 2, 3, 4,5, 6 
3Cinematica in due dimensioni; Vettori Vettori e scalari-Somma di vettori: metodo grafico-Sottrazione di vettori e moltiplicazione di un vettore per uno scalare-Somma dei vettori tramite le componenti-Moto di un proiettile-Velocità relativa1, 2, 3, 4,5, 6 
4Moto e forze: Dinamica Forza-Prima legge del moto di Newton-Massa-Seconda legge del moto di Newton-Terza legge del moto di Newton-Peso: la forza di gravità e la forza normale-Applicazioni che coinvolgono l’attrito: piani inclinati1, 2, 3, 4,5, 6 
5Moto circolare; Gravitazione Cinematica del moto circolare uniforme-Dinamica del moto circolare uniforme-Legge di Newton della gravitazione universale-Gravità vicino alla superficie terrestre-Leggi di Keplero e sintesi di Newton1, 2, 3, 4,5, 6 
6Lavoro e Energia Lavoro compiuto da una forza costante-Lavoro compiuto da una forza variabile-Energia cinetica e principio lavoro-energia-Energia potenziale-Forze conservative e non conservative-Energia meccanica e sua conservazione1, 2, 3, 4,5, 6 
7Altre forme di energia: trasformazioni dell’energia e legge di conservazione dell’energia-Conservazione dell’energia in presenza di forze di attrito1, 2, 3, 4,5, 6 
8Quantità di moto La quantità di moto e la sua relazione con la forza-Conservazione della quantità di moto-Urti e impulso-Conservazione dell’energia e della quantità di moto negli urti-Urti elastici in una dimensione-Urti anelastici1, 2, 3, 4,5, 6 
9Urti in due e tre dimensioni-Centro di massa1, 2, 3, 4,5, 6 
10Moto rotatorio Grandezze angolari-Equazioni cinematiche per il moto rotatorio uniformemente accelerato-Moto di rotolamento-momento torcente-Dinamica rotazionale: momento torcente e momento di inerzia-Energia cinetica rotazionale1, 2, 3, 4,5, 6 
11Il momento angolare e sua conservazione-Natura vettoriale delle quantità angolari1, 2, 3, 4,5, 6 
12Corpi in equilibrio; Elasticità Statica: lo studio di forze in equilibrio-Le condizioni di equilibrio-Elasticità: Legge di Hooke, sforzo e deformazione1, 2, 3, 4,5, 6 
13Fluidi Densità e peso specifico-Pressione nei fluidi-Pressione atmosferica e pressione relativa-Il principio di Pascal-Misure di pressione: manometri e barometri-Galleggiamento e principio di Archimede1, 2, 3, 4,5, 6 
14Fluidi in movimento: portata ed equazione di continuità- L’equazione di Bernoulli-Applicazioni del principio di Bernoulli1, 2, 3, 4,5, 6 
15Vibrazioni e onde Moto armonico semplice-Energia nell’oscillatore armonico semplice-Periodo e natura sinusoidale del moto armonico semplice-Il pendolo semplice-Moto armonico smorzato-Vibrazioni forzate; risonanza-Moto ondulatorio1, 2, 3, 4,5, 6 
16Tipi di onde: trasversali e longitudinali-Energia trasportata dalle onde-Riflessione e interferenza delle onde-Onde stazionarie; risonanza1, 2, 3, 4,5, 6 
17Il suono Caratteristiche del suono-Intensità del suono: decibel-Sorgenti sonore: corde vibranti e colonne d’aria-Interferenza di onde sonore: battimenti-Effetto Doppler1, 2, 3, 4,5, 6 
18Temperatura e teoria cinetica Teoria atomica della materia-Temperatura e termometri-Equilibrio termico e principio zero della termodinamica-Dilatazione termica-Comportamento anomalo dell’acqua sotto 4 °C-Leggi dei gas e temperatura assoluta1, 2, 3, 4,5, 6 
19La legge dei gas perfetti-La legge dei gas perfetti in termini di molecole: il numero di Avogadro-Teoria cinetica e interpretazione molecolare della temperatura-Distribuzione delle velocità molecolari-Gas reali e cambiamenti di fase-Tensione di vapore1, 2, 3, 4,5, 6 
20Calore Il calore come trasferimento di energia-Distinzione fra temperatura, calore ed energia interna-Energia interna di un gas ideale-Calore specifico e calorimetria-Calore latente-Trasmissione del calore: conduzione, convezione e irraggiamento1, 2, 3, 4,5, 6 
21I principi della termodinamica Il primo principio della termodinamica-Il primo principio della termodinamica applicato ad alcuni sistemi semplici-Il secondo principio della termodinamica-Le macchine termiche-L’entropia e il secondo principio1, 2, 3, 4,5, 6 
22Dall’ordine al disordine; energia non disponibile-L’interpretazione statistica dell’entropia e il secondo principio1, 2, 3, 4,5, 6 
23Carica elettrica e campo elettrico Elettricità statica; la carica elettrica e la sua conservazione-La carica elettrica nell’atomo-Isolanti e conduttori-La carica indotta; l’elettroscopio-La legge di Coulomb-Il campo elettrico1, 2, 3, 4,5, 6 
24Linee di campo-Campi elettrici e conduttori1, 2, 3, 4,5, 6 
25Potenziale elettrico ed energia elettrica; Capacità Potenziale elettrico e differenza di potenziale-Relazione tra potenziale elettrico e campo elettrico-Linee equipotenziali-L’elettronvolt: un’unità di misura dell’energia1, 2, 3, 4,5, 6 
26Potenziale elettrico dovuto a cariche puntiformi-Dipolo elettrico-La capacità-Dielettrici-Immagazzinamento di carica elettrica1, 2, 3, 4,5, 6 
27Le correnti elettriche La batteria elettrica-La corrente elettrica-La legge di Ohm: resistenza in un circuito-Resistività-Potenza elettrica-Correnti alternate-Aspetti microscopici della corrente elettrica1, 2, 3, 4,5, 6 
28Circuiti in corrente continua Resistenze in serie e parallelo-Forza elettromotrice-Leggi di Kirchhoff-Forze elettromotrici in serie e parallelo; Carica di una batteria-Circuiti contenenti condensatori in serie e parallelo1, 2, 3, 4,5, 6 
29Circuiti contenenti una resistenza e un condensatore-Amperometri e voltmetri in corrente continua1, 2, 3, 4,5, 6 
30Magnetismo I magneti e i campi magnetici-Le correnti elettriche generano campi magnetici-Forza su una corrente elettrica in un campo magnetico; Definizione di B-Forza agente su una carica elettrica in moto in un campo magnetico1, 2, 3, 4,5, 6 
31Campo magnetico prodotto da un filo rettilineo-Forza tra due fili paralleli-Definizione dell’Ampere e del Coulomb-La legge di Ampere-Momento torcente su una spira percorsa da corrente; momento magnetico1, 2, 3, 4,5, 6 
32Applicazioni: galvanometri, motori-Lo spettrometro di massa-Ferromagnetismo: domini-Elettromagneti e solenoidi-Campi magnetici nei materiali magnetici; isteresi1, 2, 3, 4,5, 6 
33Induzione elettromagnetica e legge di Faraday; Circuiti AC Forza elettromotrice indotta-La legge di Faraday sull’induzione; Legge di Lenz-Forza elettromotrice indotta in un conduttore in moto1, 2, 3, 4,5, 6 
34La variazione di flusso magnetico produce un campo elettrico-Generatori elettrici-Correnti parassite-Trasformatori; trasporto di energia elettrica-Induttanza-Energia accumulata in un campo magnetico-Circuiti LR1, 2, 3, 4,5, 6 
35Circuiti in corrente alternata e impedenza-Circuiti RLC in corrente alternata-Risonanza nei circuiti in corrente alternata; oscillatori1, 2, 3, 4,5, 6 
36Onde elettromagnetiche Campi elettrici variabili producono campi magnetici: equazioni di Maxwell-La quarta equazione di Maxwell; corrente di spostamento1, 2, 3, 4,5, 6 
37Produzione di onde elettromagnetiche-Calcolo della velocità delle onde elettromagnetiche-La luce vista come una onda elettromagnetica e lo spettro elettromagnetico1, 2, 3, 4,5, 6 
38Misurazione della velocità della luce-L’energia trasportata dalle onde elettromagnetiche1, 2, 3, 4,5, 6 
39La luce: ottica geometrica Il modello a raggi per la radiazione luminosa-Riflessione; formazione delle immagini su uno specchio piano-Formazione delle immagini da parte di specchi sferici1, 2, 3, 4,5, 6 
40Indice di rifrazione-Rifrazione: legge di Snell-Riflessione interna totale-Lenti sottili; i diagrammi dei raggi-L’equazione delle lenti1, 2, 3, 4,5, 6 
41Natura ondulatoria della luce Onde piuttosto che particelle: principio di Huygens e diffrazione-Principio di Huygens e legge della rifrazione-Interferenza; Esperimento di Young della doppia fenditura1, 2, 3, 4,5, 6 
42Spettro visibile e dispersione-Diffrazione da singola fenditura-Reticolo di diffrazione-Lo spettrometro e la spettroscopia-Polarizzazione1, 2, 3, 4,5, 6 
43Strumenti ottici L’occhio umano-Lente di ingrandimento-Telescopio-Microscopio composto-Aberrazioni delle lenti e degli specchi-Limiti di risoluzione: criterio di Rayleigh-Risoluzione dei telescopi e dei microscopi-Raggi X e diffrazione dei raggi X1, 2, 3, 4,5, 6 


Verifica dell'apprendimento


MODALITÀ DI VERIFICA DELL'APPRENDIMENTO

L'esame si svolge in una prova scritta, consistente nella risoluzione di problemi e/o quiz a risposta multipla. La prova scritta si ritiene superata se, e solo se, si consegue una votazione di almeno 18/30. Alla prova scritta superata segue una prova orale, che si ritiene superata se, e solo se, si consegue una votazione di almeno 18/30. In relazione alla prova scritta è consentito l’uso di testi, appunti e calcolatrice.


ESEMPI DI DOMANDE E/O ESERCIZI FREQUENTI

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