FISICA GENERALE

FIS/01 - 9 CFU - 2° semestre

Docente titolare dell'insegnamento

AGATA SCORDINO


Obiettivi formativi

Il corso intende fornire la conoscenza di base e la capacità di comprensione dei fondamenti della Meccanica Newtoniana, dei fenomeni Termici, e dei fenomeni Elettrici e Magnetici nel vuoto, 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.

Sono previste due prove in itinere della durata di una ora ciascuna, una nella prima metà del corso e l'altra nella seconda metà. Le prove non sono obbligatorie e sono riservate a coloro che hanno acquisito almeno il 50% delle frequenze. Le prove in itinere, che hanno valore propedeutico alla prova d'esame, consistono nella risoluzione di quesiti e problemi relativi alla parte di programma svolto.

Se le prove in itinere sono svolte in presenza, l'esito (positivo) delle stesse può esonerare dalla prova scritta d'esame (vedi 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 del calcolo differenziale e integrale



Frequenza lezioni

Obbligo di frequenza (non inferiore al 50%) per coloro che intendono partecipare alle verifiche in itinere



Contenuti del corso

1. 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

2. MECCANICA

2.1 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.

2.2 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 ($) – Momento meccanico ($)

2.3 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.

2.4 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.

3. OSCILLAZIONI MECCANICHE

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 ($) – Risonanza ($)

4. TERMODINAMICA

4.1 TERMOMETRIA E CALORIMETRIA

Equilibrio termico - Principio zero - Concetto di temperatura - Misura della temperatura – Termometro a gas perfetto ($) - Temperatura Kelvin - Definizione calorimetrica di calore - Capacità termica - Calori specifici e calori latenti - Caloria – Calorimetro ($) - Sorgenti di calore - Equivalente meccanico del calore - Cenni sulla trasmissione del calore: Conduzione, Convezione, Irraggiamento.

4.2 CALORE, LAVORO E PRIMO PRINCIPIO DELLA TERMODINAMICA

Sistemi e stati termodinamici - Coordinate termodinamiche - Equilibrio termodinamico - Sistemi PVT - Equazione di stato - Trasformazioni termodinamiche - Lavoro in una trasformazione di un sistema PVT - Lavoro adiabatico - Energia interna - Definizione termodinamica del calore - Primo principio della termodinamica - Forma differenziale del primo principio della termodinamica - Energia interna di un gas ideale - Calori specifici dei gas ideali: Relazione di Mayer – Trasformazioni adiabatiche dei gas perfetti.

4.3 SECONDO PRINCIPIO DELLA TERMODINAMICA

Macchine termiche - Enunciato di Kelvin Planck del secondo principio della termodinamica - Macchine frigorifere - Enunciato di Clausius del secondo principio della termodinamica - Equivalenza dei due enunciati - Ciclo di Carnot - Teorema di Carnot - Macchina di Carnot.

5. ELETTROSTATICA E CORRENTE CONTINUA

5.1 IL CAMPO ELETTROSTATICO

Il fenomeno dell'elettrizzazione - La carica elettrica: proprietà - Isolanti e conduttori - La legge di Coulomb - Campo elettrico per cariche in quiete - Principio di sovrapposizione - Campo di un dipolo elettrico ($) - Moto di una particella carica in un campo elettrico uniforme - Linee di forza del campo elettrico - Flusso del campo elettrico - Legge di Gauss - Applicazione ad isolanti carichi ($) - Applicazione a conduttori in equilibrio elettrostatico - Potenziale elettrico e differenza di potenziale - Energia di una carica puntiforme in un campo elettrostatico - Energia potenziale di un sistema di cariche - Capacità di un conduttore isolato - Induzione elettrostatica - Condensatore - Capacità di un condensatore - Il condensatore piano - Collegamento di condensatori - Condensatore con dielettrico ($) - La costante dielettrica relativa ($) - Energia immagazzinata nel campo elettrico.

5.2 CORRENTE ELETTRICA CONTINUA

Corrente elettrica - Resistenza e legge di Ohm - La resistività dei conduttori - Densità di corrente - Effetto Joule - Forza elettromotrice e generatori di tensione - Leggi di Kirchoff - Resistenze in serie e in parallelo - Circuito RC.

6. MAGNETOSTATICA E CENNI DI ELETTROMAGNETISMO

6.1 CAMPO MAGNETOSTATICO

Definizione di campo magnetico B - Proprietà del campo magnetico - Forza di Lorentz - Effetto Hall ($) - Moto di una particella carica in un campo magnetico costante - Forza magnetica su un conduttore percorso da corrente - Seconda formula di Laplace ($) – Momento agente su una spira percorsa da corrente ($) - La legge di Biot e Savart - Prima formula di Laplace ($) - Forze magnetiche tra due conduttori paralleli - Definizione di ampere - Legge di Ampère - Il campo magnetico di un solenoide ideale - Il flusso magnetico- La legge di Gauss per il campo magnetico

6.2 CAMPO ELETTROMAGNETICO VARIABILE NEL TEMPO

Induzione elettromagnetica - Legge di Lenz-Faraday-Neumann - Forze elettromotrici indotte e campi elettrici - Autoinduzione - Circuiti RL - Energia in un campo magnetico - Oscillazioni in un circuito LC ($) - Corrente di spostamento: Equazione di Ampère-Maxwell - Forma integrale delle equazioni di Maxwell – Onde elettromagnetiche ($).

($) Argomenti facoltativi



Testi di riferimento

  1. SERWAY, JEWETT Jr - Principi di Fisica (5a Edizione) - EdiSES
  2. GORDON, McGREW, SERWAY, JEWETT Jr – Esercizi di Fisica – EdiSES

Altro materiale didattico

Programma del corso, testi degli esercizi svolti in aula, testi dei compiti d’esame, slide delle lezioni sono consultabili sul portale Didattica Interattiva http://studium.unict.it



Programmazione del corso

 ArgomentiRiferimenti testi
1 INTRODUZIONE: Grandezza fisica - Unità di misura - Equazione dimensionale - Errori di misura - Approssimazione - Notazione scientificaTesto 1, Cap.1; Testo 2, Cap.1 
2INTRODUZIONE: Grandezze scalari e grandezze vettoriali - Operazioni sui vettori: somma, differenza, prodotto di un vettore per uno scalare - Componenti di un vettoreTesto 1, Cap.1; Testo 2, Cap.1 
3INTRODUZIONE: Operazioni sui vettori: prodotto scalare, prodotto vettorialeTesto 1, Cap.1; Testo 2, Cap.1 
4CINEMATICA: Velocità - Accelerazione - Legge oraria - Moto rettilineo uniforme - Moto rettilineo uniformemente acceleratoTesto 1, Cap.2; Testo 2, Cap.2 
5CINEMATICA: Moto nel piano - Moto parabolico - Moti circolari –Moto circolare uniformeTesto 1, Cap.3; Testo 2, Cap.3 
6DINAMICA 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 elasticaTesto 1, Cap.4; Testo 2, Cap.4 
7DINAMICA DEL PUNTO MATERIALE: Reazioni vincolari - Tensione dei fili - Diagramma del corpo libero - Moto lungo un piano inclinato liscioTesto 1, Cap.4; Testo 2, Cap.4 
8DINAMICA DEL PUNTO MATERIALE: Forza di attrito radente – Moto lungo un piano inclinato scabro - Moti circolari: Forze centripete - Momento angolare - Momento meccanicoTesto 1, Cap.5; Testo 2, Cap.5 
9CONSERVAZIONE DELL’ENERGIA: Lavoro - Energia cinetica - Teorema delle forze vive - Forze conservative - Energia potenzialeTesto 1, Cap.6; Testo 2, Cap.6 
10CONSERVAZIONE DELL’ENERGIA: Calcolo di energia potenziale - Conservazione dell'energia meccanica - Forze non conservative Testo 1, Cap.6 e7; Testo 2, Cap.6 e 7 
11DINAMICA 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 motoTesto 1, Cap.8; Testo 2, Cap.8 
12DINAMICA DEI SISTEMI DI PUNTI MATERIALI: Urti tra punti materiali: elastico, anelastico e completamente anelasticoTesto 1, Cap.8; Testo 2, Cap.8 
13OSCILLAZIONI: Oscillatore armonico semplice: equazione del moto e soluzione - Sistema massa-molla - Energia cinetica e potenziale nei moti armonici sempliciTesto 1, Cap.8; Testo 2, Cap.8 
14OSCILLAZIONI: Oscillatore armonico smorzato da una forza viscosa: smorzamento deboleTesto 1, Cap.12; Testo 2, Cap.12 
15OSCILLAZIONI: Pendolo semplice - Oscillatore armonico smorzato da una forza viscosa: smorzamento forte e critico - Oscillatore armonico forzato - RisonanzaTesto 1, Cap.12; Testo 2, Cap.12 
16TERMOMETRIA E CALORIMETRIA: Equilibrio termico - Principio zero - Concetto di temperatura - Misura della temperatura - Dilatazione termicaTesto 1: Cap 16, Testo 2: Cap 16 
17TERMOMETRIA E CALORIMETRIA: Termometro a gas perfetto - Temperatura Kelvin - Definizione calorimetrica di calore - Capacità termica - Calori specifici e calori latenti - Caloria – Calorimetro - Sorgenti di calore - Equivalente meccanico del caloreTesto 1: Cap 16, Testo 2: Cap 16 
18PRIMO PRINCIPIO DELLA TERMODINAMICA: Sistemi e stati termodinamici - Coordinate termodinamiche - Equilibrio termodinamico - Sistemi PVT - Equazione di stato - Trasformazioni termodinamiche - Lavoro in una trasformazione di un sistema PVT Testo 1: Cap 17, Testo 2: Cap 17 
19PRIMO PRINCIPIO DELLA TERMODINAMICA: Energia interna - Primo principio della termodinamica - Energia interna di un gas ideale - Calori specifici dei gas iTesto 1: Cap 17, Testo 2: Cap 17 
20PRIMO PRINCIPIO DELLA TERMODINAMICA: Trasformazioni adiabatiche dei gas perfetti - Cenni sulla trasmissione del calore: Conduzione, Convezione, IrraggiamentoTesto 1: Cap 17, Testo 2: Cap 17 
21SECONDO PRINCIPIO DELLA TERMODINAMICA: Macchine termiche - Enunciato di Kelvin Planck del secondo principio della termodinamica - Macchine frigorifere - Enunciato di Clausius del secondo principio della termodinamica - Equivalenza dei due enunciatiTesto 1: Cap 18, Testo 2: Cap 18 
22SECONDO PRINCIPIO DELLA TERMODINAMICA: Ciclo di Carnot - Teorema di Carnot - Macchina di CarnotTesto 1: Cap 18, Testo 2: Cap 18 
23IL CAMPO ELETTROSTATICO: Il fenomeno dell'elettrizzazione - La carica elettrica: proprietà - Isolanti e conduttori - La legge di Coulomb - Campo elettrico per cariche in quiete - Principio di sovrapposizioneTesto 1, Cap.19; Testo 2, Cap.19 
24IL CAMPO ELETTROSTATICO: Campo di un dipolo elettrico - Moto di una particella carica in un campo elettrico uniforme - Linee di forza del campo elettrico - Flusso del campo elettricoTesto 1, Cap.19; Testo 2, Cap.19 
25IL CAMPO ELETTROSTATICO: Legge di Gauss - Applicazione ad isolanti carichi - Applicazione a conduttori in equilibrio elettrostatico Testo 1, Cap.19; Testo 2, Cap.19 
26IL CAMPO ELETTROSTATICO: Potenziale elettrico e differenza di potenziale - Energia di una carica puntiforme in un campo elettrostatico - Energia potenziale di un sistema di cariche Testo 1, Cap.20; Testo 2, Cap.20 
27IL CAMPO ELETTROSTATICO: Capacità di un conduttore isolato - Induzione elettrostatica - Condensatore - Capacità di un condensatoreTesto 1, Cap.20; Testo 2, Cap.20 
28IL CAMPO ELETTROSTATICO: Il condensatore piano - Collegamento di condensatori - Energia immagazzinata nel campo elettricoTesto 1, Cap.20; Testo 2, Cap.20 
29CORRENTE ELETTRICA CONTINUA: Corrente elettrica - Resistenza e legge di Ohm - La resistività dei conduttori - Densità di corrente - Effetto Joule Testo 1, Cap.21; Testo 2, Cap.21 
30CORRENTE ELETTRICA CONTINUA: Forza elettromotrice e generatori di tensione - Leggi di Kirchoff - Resistenze in serie e in parallelo - Circuito RCTesto 1, Cap.21; Testo 2, Cap.21 
31CAMPO MAGNETOSTATICO: Definizione di campo magnetico B - Proprietà del campo magnetico - Forza di LorentzTesto 1, Cap.22; Testo 2, Cap.22 
32CAMPO MAGNETOSTATICO: Moto di una particella carica in un campo magnetico costante - Forza magnetica su un conduttore percorso da corrente - Seconda formula di LaplaceTesto 1, Cap.22; Testo 2, Cap.22 
33CAMPO MAGNETOSTATICO: Momento agente su una spira percorsa da corrente - La legge di Biot e Savart - Prima formula di LaplaceTesto 1, Cap.22; Testo 2, Cap.22 
34CAMPO MAGNETOSTATICO: Forze magnetiche tra due conduttori paralleli - Definizione di ampere - Legge di AmpèreTesto 1, Cap.22; Testo 2, Cap.22 
35CAMPO MAGNETOSTATICO: Il campo magnetico di un solenoide ideale - Corrente di spostamento: Equazione di Ampère-Maxwell -Il flusso magnetico- La legge di Gauss per il campo magneticoTesto 1, Cap.22; Testo 2, Cap.22 
36CAMPO ELETTROMAGNETICO VARIABILE NEL TEMPO: Induzione elettromagnetica - Legge di Lenz-Faraday-Neumann - Forze elettromotrici indotte e campi elettriciTesto 1, Cap.23; Testo 2, Cap.23 
37CAMPO ELETTROMAGNETICO VARIABILE NEL TEMPO: Autoinduzione - Circuiti RL - Energia in un campo magneticoTesto 1, Cap.23; Testo 2, Cap.23 
38CAMPO ELETTROMAGNETICO VARIABILE NEL TEMPO: Oscillazioni in un circuito LC - Forma integrale delle equazioni di Maxwell - Onde elettromagneticheTesto 1, Cap.23 e 24 


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, Termodinamica ed Elettromagnetismo.
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 da 4 a 7 giorni dopo la 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.

Verifiche in itinere

Gli studenti che hanno partecipato alle due verifiche in itinere in programma riportando una votazione complessiva (media aritmetica delle due, approssimata per eccesso) di piena sufficienza (votazione non inferiore a 18/30) possono non sostenere la prova scritta d'esame accettando la suddetta votazione come esito della stessa. Restano valide le considerazioni sopra riportate relative alla prova orale (facoltativa) e alla prenotazione dell'esame.

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
Ciclo di Carnot
Secondo Principio della Termodinamica
Legge di Coulomb
Leggi di Kirchoff
Forza di Lorentz
Legge di Biot-Savart
Forze elettromotrici indotte




Apri in formato Pdf English version