FISICA I A - Co

• introdurre i metodi dell’indagine fisica;
• fornire i fondamenti della meccanica (sia del punto materiale sia dei corpi estesi) e della termodinamica;
• sapere formalizzare un problema di fisica applicando gli strumenti matematici e disciplinari rilevanti per la sua risoluzione.

In particolare, il corso si propone:

• per quanto concerne la conoscenza e capacità di comprensione (knowledge and understanding), di far conoscere i principali aspetti fenomenologici relativi alla meccanica ed alla termodinamica e di far comprendere le loro implicazioni fisiche e la loro descrizione matematica;
• per quanto concerne la capacità di applicare conoscenza e comprensione (applying knowledge and understanding), di sviluppare e/o migliorare la capacità di riconoscere le principali leggi fisiche che descrivono un fenomeno meccanico o termodinamico e di applicare tali leggi per risolvere problemi ed esercizi a diversi livelli di complessità e, quindi, di approssimazione, mediante l'uso di tecniche analitiche e numeriche appropriate;
• per quanto concerne l'autonomia di giudizio (making judgements), di fornire gli strumenti per stimare l'ordine di grandezza delle variabili che descrivono un fenomeno meccanico o termodinamico e stimare il "livello di importanza" (ad es. principio di conservazione, legge universale, teorema, ecc.) di una legge fisica;
• per quanto concerne le abilità comunicative (communication skills), di sviluppare e/o migliorare le capacità di esporre concetti scientifici con proprietà di linguaggio;
• per quanto concerne le capacità di apprendimento (learning skills), di saper applicare tecniche e modelli teorico-matematici alla fisica.

• lezioni frontali ed esercitazioni (per un totale di 9 CFU, di cui 7 di lezioni frontali e 2 di esercitazione), affiancate da attività di tutoraggio^*. Le esercitazioni prevedono la risoluzione, sia guidata sia autonoma, di compiti ed esercizi. Strategie "innovative" di insegnamento e apprendimento (ad esempio, problem-based learning, apprendimento interattivo e problem-solving) sono anche utilizzate. Durante ogni lezione è, inoltre, lasciato spazio agli studenti per domande, curiosità e commenti, in modo da massimizzare l'interazione docente-studenti.

* Se durante l'anno accademico sono disponibili tutor specialistici per l'insegnamento "Fisica I".

• buone conoscenze di matematica elementare (algebra, geometria e trigonometria);
• nozioni fondamentali del calcolo differenziale e integrale.

Non obbligatoria ma consigliata.

INTRODUZIONE

-) Descrizione fisica della realtà

Grandezze fisiche, dimensioni, unità di misura, sistemi di coordinate.

-) Vettori

Generalità, operazioni sui vettori (somma, differenza, prodotto di un vettore per uno scalare, prodotto scalare, prodotto vettoriale), componenti di un vettore, derivata e integrale di un vettore.

MECCANICA

-) Cinematica dei punti materiali

Velocità, accelerazione, moto rettilineo uniforme, moto uniformemente accelerato, corpi in caduta libera e proiettili.

-) Dinamica dei punti materiali

Prima legge di Newton, massa inerziale, conservazione della quantità di moto, forza, seconda legge di Newton, risultante delle forze, equilibrio, terza legge di Newton, forze di attrito, piano inclinato.

-) Energia meccanica e sistemi conservativi

Lavoro, potenza, energia cinetica, energia potenziale, conservazione dell'energia meccanica.

-) Collisioni e sistemi di punti materiali

Impulso, collisione elastica, collisione anelastica e completamente anelastica, moti con massa variabile, sistemi di punti, centro di massa di un sistema di punti e suo moto.

-) Corpo rigido e meccanica rotazionale

Corpo rigido e suo centro di massa, cinematica rotazionale, grandezze vettoriali rotazionali, momento di una forza, rotazione stazionaria, momento di inerzia, teorema di Huygens-Steiner, momento angolare, moti combinati di traslazione e rotazione.

-) Elasticità

Legge di Hooke, elasticità di volume e di forma, relazioni tra le costanti elastiche.

-) Oscillazioni

Moto armonico semplice, sistema massa-molla, il pendolo semplice, i pendoli fisici, oscillatore armonico smorzato, oscillatore armonico forzato.

-) Gravitazione

Forze centrali, leggi di Keplero, legge di gravitazione universale, massa inerziale e massa gravitazionale, campo gravitazionale ed energia potenziale gravitazionale, velocità di fuga, traiettoria di un corpo sottoposto al campo gravitazionale generato da un altro corpo.

TERMODINAMICA

-) Temperatura e calore

Termometria, calorimetria, prima legge della termodinamica, capacità termica e calori latenti, trasmissione del calore.

-) Gas ideali e reali

Leggi dei gas ed equazione di stato dei gas ideali, trasformazioni di un gas e lavoro, gas reali, equazione di Clausius-Clapeyron, teoria cinetica dei gas.

-) Entropia

Macchine termiche, macchina ideale di Carnot, seconda legge della termodinamica, enrtopia, processi irreversibili, interpretazione statistica dell'entropia.

• Mazzoldi, Nigro, Voci – Elementi di Fisica - Meccanica e Termodinamica - EdiSES - Seconda Edizione.

Per approfondimenti:

• Halliday, Resnick, Walker – Fondamenti di Fisica - Meccanica, Onde, Termodinamica - CEA - Settima Edizione;

• Roller, Blum - Fisica vol.1 - Meccanica onde e termodinamica - Zanichelli;

• Feynman, Leighton, Sands - La Fisica di Feynman – Volume 1, Parte 1 e Parte 2 - Zanichelli.

• Presentazioni utilizzate durante le lezioni ed esercitazioni, contenenti anche una raccolta di esercizi svolti e organizzati per livelli di difficoltà crescente fino al livello pari a quello richiesto per superare la prova scritta d'esame. Tale materiale didattico è pubblicato in formato .pdf nella sezione "Documenti" della pagina del corso sul portale Studium (http://studium.unict.it).

Gli studenti dovranno sostenere due prove: una prova scritta ed una prova orale. La prova scritta* (durata 2 ore) consiste nella risoluzione, giustificata e commentata in maniera chiara, di un problema di Meccanica e un problema di Termodinamica. Ogni problema consta di due quesiti. Per quanto concerne la valutazione di tale prova, ad ogni quesito è attribuito un punteggio massimo pari a 7.5 e, di norma, la prova è superata se si consegue un punteggio totale (ossia sommando la valutazione ottenuta per ogni quesito) maggiore o uguale a 18.
Gli studenti che superano la prova scritta possono sostenere la prova orale (durata 30-40 min ca) che consiste, a partire da una discussione della prova scritta, nella trattazione di alcuni distinti argomenti del programma del corso.

Si ricorda che è OBBLIGATORIA LA PRENOTAZIONE agli esami tramite il portale studenti.

Non sono previste prove in itinere.

* Durante la prova scritta è consentito l'uso della calcolatrice. Non sono consentiti, invece, né la consultazione di libri, formulari ed eserciziari né l'uso di mezzi di comunicazione quali telefoni cellulari, tablet e computer.

Pubblicati nella sezione "Documenti" della pagina del corso sul portale Studium (si veda anche quanto riportato alla voce "Altro materiale didattico" del presente documento).