SCIENZE BIOLOGICHE, GEOLOGICHE E AMBIENTALIScienze GeologicheAnno accademico 2023/2024

72593 - FISICA E APPLICAZIONI DI FISICA
Modulo 72381 - APPLICAZIONI DI FISICA

Docente: ELENA BRUNO

Risultati di apprendimento attesi

Il corso ha l’obiettivo dichiarato di fornire le adeguate conoscenze e capacità di comprensione delle leggi fisiche fondamentali che regolano i processi geologici, nonché le abilità nell’applicazione delle conoscenze e la capacità di comprensione del linguaggio scientifico di base. Inoltre, occorre

Modalità di svolgimento dell'insegnamento

L'insegnamento verrà svolto prevalentemente in aula con lezioni frontali col supporto lavagna tradizionale, di slide e di materiale vario. La parte di esercitazioni viene svolta in maniera interattiva con gli studenti

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. Giorgio De Guidi.

Prerequisiti richiesti

Calcolo algebrico, trigonometria di base, geometria (calcolo aree e volumi delle principali figure geometriche elementari, teorema di Pitagora, relazioni tra gli angoli nei triangoli, rette parallele e perpendicolari e relativi angoli, ecc.), calcolo vettoriale, capacità di manipolare i dati (cifre significative, metodo scientifico, equivalenze, cambio unità di misura, notazione scientifica dei numeri come ad esempio 6.022×1023, 1.6×10-19, etc), coordinate cartesiane, calcolo differenziale, cenni del calcolo integrale.

Frequenza lezioni

fortemente consigliata

Contenuti del corso

1. Introduzione alla fisica (Lezione n.1)
Introduzione. *Descrizione di un fenomeno fisico.
*Unità di misura ed equazioni dimensionali. Quantificare una grandezza. *Il concetto di errore. *Unità di misura del Sistema Internazionale (SI): tempo, massa, lunghezza. *I prefissi. *Unità derivate. *Equazioni dimensionali.

*2. Calcolo vettoriale (Lezione n.1)
*Grandezze scalari e vettoriali. *Rappresentazione dei vettori in componenti rispetto ad un sistema di riferimento. *Somma di vettori. *Prodotto scalare e vettoriale tra vettori.

*3. Forze e leggi di Newton (Lezione n. 2)
*Il concetto di forza. *Forze e moto. *Prima legge di Newton. *Sistemi di riferimento inerziali. *Natura vettoriale delle forze. *Seconda legge di Newton. *Peso di un corpo. Alcune forze particolari: attrito, forza di reazione ad un peso. *Azione e reazione. *Terza legge di Newton. *Sistemi di punti materiali. *Il centro di massa. *Estensione del concetto per un sistema rigido. *Il concetto di equilibrio. *Forze interne ed esterne.

*4. Moti rettilinei (lezione n. 3)
*Moto unidimensionale. *Definizione di spostamento, velocità media, velocità istantanea. *Accelerazione media e istantanea.
*Moto rettilineo ad accelerazione costante. Moti in più dimensioni. *Scomposizione dei moti lungo gli assi di un sistema di riferimento. Moto del proiettile.

*5. Moto circolare uniforme (Lezione n. 4)
*Cenni di moto circolare uniforme. *Posizione e spostamento e velocità angolare. *Accelerazione centripeta. *Periodo e frequenza. *Velocità angolare della Terra.

*6. Gravitazione (Lezione n. 3)
*La gravitazione. Legge di Newton. *Energia potenziale gravitazionale. *La forza di Newton è conservativa. Velocità di fuga.

*7. Energia meccanica e lavoro (lezione n. 5)
*Lavoro ed energia. *Definizione di lavoro meccanico. *Teorema delle forze vive. *Lavoro e forza peso. *Forza elastica e lavoro della forza elastica (molla). Definizione di potenza.
*Energia potenziale. *Definizione di forze conservative e non. *Lavoro ed energia potenziale. *Conservazione dell’energia meccanica. Relazione tra forza ed energia potenziale. Estensione della conservazione dell’energia meccanica.

*8. Quantità di moto e urti (Lezione n. 6)
*Quantità di moto. *Quantità di moto per un sistema di punti. *Gli urti. *Conservazione della quantità di moto. *Centro di gravità e baricentro

*9. Moto rotatorio (Lezione n. 7)
*Moto rotazionale. *Momento di inerzia. *Definizione di momento angolare. *Conservazione del momento angolare.

*10. Fluidi (Lezione n. 8)
*Definizione di fluido.
*Pressione. *Come varia la pressione di un fluido a riposo in un campo gravitazionale. *Principio di Pascal. *Equazione di Bernoulli di conservazione dell’energia nel caso di fluidi. *Principio di Archimede.
*Fluidi reali: viscosità e tensione superficiale. La lava.

*11. Calore e cenni di termodinamica (Lezioni n. 9 e 10)
*Definizione di temperatura. Punto triplo dell’acqua. Termometro a gas perfetto. *Dilatazione termica.
*Calore e temperatura. *Capacità termica e calore specifico.
*Transizioni di fase. *Calore latente. Esempio sul calore latente. *Stato termodinamico (equilibrio). *Funzioni di stato. *Trasmissione del calore: conduzione, convezione e irraggiamento. Il problema del riscaldamento globale.
*Prima legge della termodinamica. Trasformazioni reversibili e irreversibili. * Seconda legge della termodinamica. *Processi reversibili e irreversibili. *Entropia. *Terza legge della termodinamica.

*12. Proprietà elettriche della materia (Lezione n. 11, 12 e 13)
*Cariche elettriche. *Quantizzazione della carica elettrica. *Conduttori ed isolanti. *La legge di Coulomb. *Definizione di campo elettrico. *Linee di campo. *Legge di Gauss per il campo elettrico.
*Potenziale elettrico. *Differenza di potenziale. *Lavoro. *Superfici equipotenziali. Potenziale di una sfera carica.
*Condensatori e capacità. Condensatori ideali.

*13. Correnti e circuiti (Lezione n. 14)
*Correnti elettriche. *Densità di corrente. *Resistenza. *Legge di Joule. *Resistenze in serie e parallelo. *Generatori di fem. *Esempi di circuiti e leggi di Kirchoff.

*14. Proprietà magnetiche della materia (Lezione n. 15, 16)

*I magneti permanenti. *Campo magnetico terrestre. * Effetto del campo magnetico sul moto delle cariche elettriche. *Forza di Lorentz. Altre sorgenti di campo magnetico. *Legge di Biot-Savart
Cenni sulla legge di Gauss per il campo magnetico. *Legge di Ampere.
*Flusso del campo magnetico. *Legge di Faraday. *Forza elettromotrice indotta
Cenni sulle equazioni di Maxwell nel vuoto.

*15. Elasticità e oscillazioni (Lezione n. 17)
*Deformazioni elastiche nei solidi. *Legge di Hooke per forze di trazione e compressione. *Il moto armonico semplice. *Cenni sul moto armonico smorzato. *Cenni sulle oscillazioni forzate e risonanza.

*16. Onde (Lezioni n. 18 e 19)
*Cos’è un’onda. *Onde trasversali e longitudinali. *Lunghezza d’onda e frequenza. *Onde meccaniche ed elettromagnetiche. *Fenomeni di riflessione, rifrazione e interferenza.
*Onde meccaniche e trasporto di energia. I terremoti. *Onde stazionarie. Onde sonore. *Effetto Doppler e applicazioni.
*Onde elettromagnetiche. *Spettro elettromagnetico. *Onde piane e trasversali. *Velocità nel vuoto e in un mezzo. *Indice di rifrazione. *Energia dell’onda elettromagnetica. Principio di Huygens. *Interferenza e diffrazione. Potere risolutivo: criterio di Reyleigh. Spettrometri e spettroscopia e loro applicazioni.
*La polarizzazione: circolare, lineare. Polaroidi.

*17. Ottica geometrica (Lezione n. 20)
*Ottica geometrica: spettro luminoso. *Indice di rifrazione. *Riflessione e rifrazione. *Riflessione totale e angolo limite. *Dispersione cromatica. *Strumenti ottici: specchi, diottri e lenti e loro applicazioni.

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Gli argomenti elencati saranno svolti in ordine di programma, come indicato (si veda il n. delle singole lezioni). Il numero della singola lezione può subire variazioni, ovviamente, in base allo svolgimento del corso in atto o alla risposta in aula degli studenti.

Con un asterisco, *, gli argomenti minimi irrinunciabili per il superamento dell’esame

Testi di riferimento

  1. "Fisica generale - Principi e applicazioni", A. Giambattista, B. McCarthy Richardson, R. C. Richardson, Casa Ed. Graw Hill
  2. "Fisica con fisica moderna" Giancoli, Casa Editrice Ambrosiana 
  3. "Principi di fisica", J. Serway, Casa ed. EdiSES
  4. "Fondamenti di fisica", D. Halliday, R. Resnik, J. Walker, Casa Editrice Ambrosiana
  5. G. Bellia "Fisica per un anno + 21 spunti di conoscenza"  Ed. Idelson-Gnocchi

Programmazione del corso

 ArgomentiRiferimenti testi
1*1. Introduzione alla fisica (Lezione n.1)Testo 1: cap 1 Testo 2: cap 1 Testo 3: cap 1 Testo 4: cap 1
2*2. Calcolo vettoriale (Lezione n.1)Testo 1: cap 3 Testo 2: cap Appendice A Testo 3: cap 3 Testo 4: cap 1
3*3. Forze e leggi di Newton (Lezione n. 2)Testo 1: cap 5 e 6 Testo 2: cap 2 Testo 3: cap 4 Testo 4: cap 4
4*4. Moti rettilinei (lezione n. 3)Testo 1: cap. 2 e 4 Testo 2: cap 3, 4 Testo 3: cap 2 Testo 4: cap 2, 3
5*5. Moto circolare uniforme (Lezione n. 4)Testo 1: cap. 4 e 6 Testo 2: cap 5 Testo 3: cap 5 Testo 4: cap 5
6*6. Gravitazione (Lezione n. 3)Testo 1: cap 13 Testo 2: cap 2 Testo 3: cap 5 e 9 Testo 4: cap 4
7*7. Energia meccanica e lavoro (lezione n. 5)Testo 1: cap 7 e 8 Testo 2: cap 6 Testo 3: cap 6 Testo 4: cap 6, 7
8*8. Quantità di moto e urti (Lezione n. 6)Testo 1: cap 9 Testo 2: cap 7 Testo 3: cap 7 Testo 4: cap 8
9*9. Moto rotatorio (Lezione n. 7)Testo 1: cap 10 e 11 Testo 2: cap 8 Testo 3: cap 8 Testo 4: cap 10
10*10. Fluidi (Lezione n. 8)Testo 1: cap 14 Testo 2: cap 9 Testo 3: cap 10 Testo 4: cap 15
11*11. Calore e cenni di termodinamica (Lezioni n. 9 e 10)Testo 1: cap 18 e 20 Testo 2: cap 12, 13, 14 Testo 3: cap 13, 14 e 15 Testo 4: cap 16, 17, 18
12*12. Proprietà elettriche della materia (Lezione n. 11, 12 e 13)Testo 1: cap 21, 22, 23, 24, 25 Testo 2: cap 15, 16 Testo 3: cap 16, 17 Testo 4: cap 19, 20
13*13. Correnti e circuiti (Lezione n. 14)Testo 1: cap 26 e 27 Testo 2: cap 17 Testo 3: cap 18, 19 Testo 4: cap 21
14*14. Proprietà magnetiche della materia (Lezione n. 15, 16)Testo 1: cap 28, 29, 30, 32 Testo 2: cap 18, 19 Testo 3: cap 20, 21 Testo 4: cap 22, 23
15*15. Elasticità e oscillazioni (Lezione n. 17)Testo 1: cap 15 Testo 2: cap 10 Testo 3: cap 11 Testo 4: cap 12
16*16. Onde (Lezioni n. 18 e 19)Testo 1: cap 16, 17, 33 Testo 2: cap 11, 20, 21, 23 Testo 3: cap 11, 12, 22, 24 Testo 4: cap 13, 14, 24, 25, 27
17*17. Ottica geometrica (Lezione n. 20)Testo 1: cap 34 Testo 2: cap 22 Testo 3: cap 23, 25 Testo 4: cap 26

Verifica dell'apprendimento

Modalità di verifica dell'apprendimento

Prova in itinere

Test con domande a risposta multipla ed esercizi sulla parte di programma svolta fino a quel momento (calcolo vettoriale, misure, meccanica, fluidi).

Il superamento della prima prova in itinere (14/30 con riserva) darà l'accesso a giugno a una prova scritta limitata solo alla seconda metà del programma (anche qui la soglia è 14/30), con cui farà media (la media delle due prove deve comunque essere superiore a 16/30), per poi accedere all'orale conclusivo.

Prove di fine corso

Compito scritto con domande a risposta multipla ed esercizi e successivo esame orale. Uno scritto superato vale per 2 appelli (non sessioni!) per sostenere l'orale. Il non superamento di tre scritti (soglia 16/30) può comunque dar accesso all'orale

Per esempi dei compiti passati contattare il docente

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

Learning assessment may also be carried out on line, should the conditions require it.”

Esempi di domande e/o esercizi frequenti

Domande e esercizi più frequenti:  ce n’è sempre uno sulla meccanica, uno sull’ottica, uno sui fluidi, uno sull’elettromagnetismo, uno sui cenni di termodinamica, cioè uno per ogni macro-area del programma.

Conoscenze minime irrinunciabili per il superamento dell’esame:

occorre sapere quanto segue:

Conoscere l’ordine di grandezza dei fenomeni (esempi: dimensione di un atomo dell’ordine dell’Å, dimensione del nucleo dell’ordine del fm, luce visibile nel range di 400-700 nm, massa dell’elettrone dell’ordine di 10-31 kg, ecc.) e saper riconoscere, quindi, se il risultato di un problema ha o no significato fisico.


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