FISICA I F - O

FIS/01 - 9 CFU - 2° semestre

Docente titolare dell'insegnamento

GIUSEPPE CASTRO


Obiettivi formativi

Lo studente del corso di Fisica I dovrà raggiungere i seguenti obiettivi formativi:

· conoscere il metodo scientifico e il concetto di misura di una grandezza fisica;

· saper applicare l'analisi dimensionale nella risoluzione di un problema fisico;

· saper applicare il calcolo vettoriale nella risoluzione di un problema fisico;

· saper risolvere quesiti inerenti problematiche di cinematica, statica e dinamica del punto materiale e del corpo rigido;

· saper applicare le conoscenze di fluidostatica e fluidodinamica a problemi reali;

· saper applicare i concetti fondamentali di termodinamica, quali calore e rendimento di macchine termodinamiche.


Modalità di svolgimento dell'insegnamento

· L’insegnamento della materia avverrà prevalentemente per mezzo della classica lezione con utilizzo di lavagna e/o mediante l'utilizzo di slide per gli approfondimenti. Verranno utilizzati files multimediali per agevolare la comprensione di alcuni argomenti. Verrà privilegiato l'insegnamento attraverso metodologie didattiche quali il "cooperative learning" e il brain storming, ove utile alla compresione dell'argomento. Verranno anche presi in considerazione momenti di flipped-classroom in cui gli studenti verranno chiamati direttamente in causa per spiegare o illustrare esercizi o argomenti teorici. La modalità di verifica prove di esame con esercizi trasversali sugli argomenti del corso.

· 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.

Informazioni per studenti con disabilità e/o DSA

A garanzia di pari opportunità e nel rispetto delle leggi vigenti, gli studenti interessati possono chiedere un colloquio personale in modo da programmare eventuali misure compensative e/o dispensative, in base agli obiettivi didattici ed alle specifiche esigenze.

E' possibile rivolgersi anche al docente referente CInAP (Centro per l’integrazione Attiva e Partecipata - Servizi per le Disabilità e/o i DSA) del nostro Dipartimento, prof. A. Pagano.


Prerequisiti richiesti

Si richiedono i seguenti prerequisiti:

· abilità nel calcolo algebrico;

· dimestichezza con il calcolo differenziale;

· conoscenza della trigonometria;

· conoscenza delle principali leggi geometriche;

· dimestichezza con lo studio di funzioni matematiche.



Frequenza lezioni

Fortemente consigliata, ma non obbligatoria.



Contenuti del corso

1) La Fisica e le grandezze Fisiche
Il metodo scientifico. Il metodo deduttivo e il metodo induttivo. Le grandezze fisiche:Unità di misura e sistema internazionale. Dimensioni e calcolo dimensionale. Errori di misura;


2) Calcolo vettoriale
Sistemi di riferimento e sistema di coordinate. I vettori come entità geometriche. I vettori in fisica e loro utilizzo nello spazio fisico bidimensionale e tridimensionale. Grandezze vettoriali e grandezze scalari. I vettori nel piano e loro scomposizione per componenti. Versori; Somma tra vettori; Prodotto scalare e prodotto vettoriale tra vettori. Moltiplicazione di uno scalare per un vettore.

3) Cinematica
Vettore spostamento. Vettore velocità istantanea e velocità media. Moto nello spazio fisico e moto rettilineo uniforme. Legge oraria del moto. Vettore accelerazione istantanea e media. Moto uniformemente accelerato e sua legge oraria. Moto di caduta dei gravi. Combinazione di moti: il moto parabolico. Moto circolare uniforme. Accelerazione Centripeta;


4) Dinamica
Il concetto di forza in fisica. Leggi del moto e formulazione newtoniana della dinamica classica. Sistemi di riferimento inerziali e non inerziali. La Forza come vettore: statica del punto materiale. Forza peso. Forza d’attrito radente. Forza d'attrito viscoso. Lavoro svolto da una forza. Forze conservative. Forze elastiche e legge di Hooke. Il pendolo semplice. Energia cinetica e teorema dell’energia cinetica. Forza gravitazionale. Energia potenziale. Energia meccanica e principio di conservazione dell’energia meccanica. Il piano inclinato e la statica per un sistema meccanico in presenza ed in assenza di forze di attrito. Condizione di equilibrio meccanico. Introduzione alle oscillazioni e analogia tra il pendolo semplice ed il sistema massa-molla. Equilibrio stabile ed equilibrio instabile di un corpo.Sistema di punti materiali. centro di massa e coordinate del centro di massa. Quantità di moto e principio di conservazione della quantità di moto. Forze impulsice. Urti elastici e anelastici. Moto rotatorio e cinematica rotazionale. Energia cinetica di rotazione. Momento di inerzia. Momento angolare e momento di una forza.Conservazione del momento angolare. Il corpo rigido e condizione di equilibrio meccanico. Moto rototraslatorio.


5) Gravitazione

Forze centrali. Forza gravitazionale. Leggi di Keplero. Moto di un corpo in presenza di un campo gravitazionale.


6) Dinamica dei fluidi ideali

Definizione di fluido. Pressione e densità nei fluidi. Fluidostatica: Legge di Stevino, principio di Pascal, principio di Archimede. Applicazioni. Dinamica dei fluidi ideali. Linee di flusso e tubi di flusso.Portata volumica e conservazione della portata volumica. Fluidodinamica e derivazione dell’equazione di Bernoulli. Applicazioni dell'equazione di Bernoulli.


7) Termodinamica
Sistemi termodinamici e sistemi in contatto termico. Equilibrio termodinamico. Temperature e calore. Principio zero della termodinamica. Dilatazione lineare e volumica: applicazioni. Capacità termica e calore specifico. Temperatura di equilibrio. Calore latente. Trasformazioni termodinamiche: lavoro, calore ed energia interna. Primo principio della termodinamica. Lavoro, energia interna e calore nelle trasformazioni termodinamiche. I gas perfetti. Trasformazioni isocore, isoterme e isobare. Calore specifico molare. Relazione di Mayer. Trasformazioni adiabatiche. Macchine termiche.Rendimento di una macchina termica. Enunciati del secondo principio della termodinamica. Reversibilità e irreversibilità di una trasformazione termodinamica. Teorema di Carnot. Teorema di Clausius. La funzione di stato entropia. Il principio di aumento dell’entropia. Calcoli di variazioni di entropia. Entropia del gas ideale. Energia inutilizzabile.



Testi di riferimento

1. Serway, Jewett "Principi di Fisica" (2015) Edises;

2. Mazzoldi, Nigro, Voci: “Elementi di Fisica Vol. 1 – Meccanica e Termodinamica. Terza edizione.” (EdiSES);

3. D. Halliday, R. Resnick, J. Walker "Fondamenti di Fisica" (2015) Casa Ed. Ambrosiana;

4. D. Halliday, R. Resnick, J. Walker "Fundamental of Physics" Casa Ed. Ambrosiana.



Verifica dell'apprendimento


MODALITÀ DI VERIFICA DELL'APPRENDIMENTO

L'esame consiste in una prova scritta e una prova orale. La prova scritta consiste nella risoluzione di 3 problemi che riguardano le tematiche principali del corso. Lo studente sarà ammesso all'orale solo previo superamento della soglia di 18/30 nella valutazione dell'esame scritto. L'esame orale consisterà nella discussione degli argomenti che sono stati trattati dal docente a lezione e che fanno parte del programma. Il voto finale terrà conto delle prove sostenute dai candidati.
La verifica dell’apprendimento potrà essere effettuata anche per via telematica, qualora le condizioni lo dovessero richiedere.


ESEMPI DI DOMANDE E/O ESERCIZI FREQUENTI

- Discutere i principi di conservazione dell'energia meccanica, della quantità di moto e del momento angolare;
- Discutere i principi della dinamica e la loro applicazione in casi concreti;
- Ricavare l’equazione del moto parabolico.
- Ricavare le condizioni di equilibrio statico e/o dinamico in un sistema reale di masse;
- Descrivere il moto del pendolo semplice, di un sistema massa-molla e di un corpo rigido.
- Ricavare l'equazione di Bernoulli per un fluido ideale e applicare l’equazione a casi studio.
- Trattare i principi della termodinamica con le dovute applicazioni.
- Saper ricavare il lavoro, la variazione di energia interna e il calore scambiato nel corso di una trasformazione termodinamica;
- Enunciare ed applicare il secondo principio della termodinamica.




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