1001377 - FISICA I F - O

Obiettivi formativi:

• conoscenza e capacità di comprensione (knowledge and understanding): conoscenza dei fondamenti della Meccanica classica e della Termodinamica, comprendendone la loro descrizione matematica;
• capacità di applicare conoscenza e comprensione (applying knowledge and understanding):  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 di fisica mediante l'uso di tecniche analitiche e numeriche appropriate;
• autonomia di giudizio (making judgments): 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;
• abilità comunicative (communication skills): sviluppare e/o migliorare le capacità di esporre concetti scientifici con proprietà di linguaggio tecnico;
• capacità di apprendimento (learning skills): saper applicare tecniche e modelli teorico-matematici alla Fisica e saper imparare a reperire le fonti corrette.

La modalità di insegnamento è generalmente quella più congeniale all'insegnamento di Fisica 1. In particolare, oltre alla lezione classica con utilizzo di lavagna grafica presente in aula, verranno utilizzate slides per approfondimenti su taluni specifici argomenti. Inoltre verranno utilizzati files multimediali (video e/o audio) per agevolare la comprensione di alcuni argomenti. Oltre a ciò viene privilegiato l'insegnamento in "cooperative learning" in cui l'aula diventa momento di sviluppo e apprensione dei saperi. Verranno anche presi in considerazione momenti di brainstorming (principalmente per risoluzione di esercizi sottoposti dal docente) e di flipped-classroom in cui gli studenti verranno chiamati direttamente in causa per spiegare o illustrare esercizi o argomenti teorici. La modalità di verifica prevede prove di autovalutazione e 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.

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.

La frequenza è  di norma obbligatoria,  si rimanda al regolamento del corso di studi.

Di norma, lo studente è tenuto a frequentare almeno il 70% delle ore di ogni insegnamento, fatto salvo quanto previsto dall’art. 27 del R.D.A. e dal Regolamento per il riconoscimento dello status di studente lavoratore, studente atleta, studente in situazione di difficoltà e studente con disabilità (D.R. n. 1598 del 2/5/2018).

Lezioni di ripasso dei prerequisiti: concetti di algebra lineare, geometria piana e solida, trigonometria, derivate, integrali.

Grandezze fisiche e unità di misura: Il metodo scientifico. Grandezze fisiche e unità di misura. Il Sistema Internazionale (SI). Notazione scientifica. Questioni dimensionali. Grandezze fondamentali e grandezze derivate. Errori di misura e approssimazioni. Cifre significative.

Scalari e vettori. Grandezze scalari e vettoriali. Invarianza e simmetria. Algebra dei vettori. Analisi vettoriale: derivate e integrali di vettori.

Cinematica: Velocità, accelerazione e legge oraria del moto. Moto rettilineo uniforme e uniformemente accelerato. Moto verticale. Moto armonico semplice. Moto rettilineo smorzato esponenzialmente. Moto nel piano: velocità e accelerazione. Moto circolare. Moto parabolico. Moti nello spazio.

Dinamica del punto materiale: Principio d’inerzia e concetto di forza. Seconda e terza legge di Newton. Impulso e quantità di moto. Risultante delle forze: reazioni vincolari ed equilibrio. Esempi di forze: forza peso, forza di attrito radente, forza forza di attrito viscoso, forza centripeta, forza elastica e Legge di Hooke. Piano inclinato. Pendolo semplice. Tensione dei fili. Sistemi di riferimento inerziali e non. Velocità e accelerazione relative. Relatività di Galilei.

Lavoro ed energia: Lavoro, potenza ed energia cinetica. Teorema dell'energia cinetica. Esempi di lavori compiuti da forze. Forze conservative ed energia potenziale. Forze non conservative. Principio di conservazione dell’energia meccanica. Relazione tra forza ed energia potenziale. Momento angolare. Momento di una forza. Forze centrali.

Dinamica dei sistemi di punti materiali: Sistemi di punti. Forze interne e forze esterne. Centro di massa e sue proprietà. Principio di conservazione della quantità di moto. Principio di conservazione del momento angolare. Teoremi di König. Teorema dell’energia cinetica.

Dinamica del corpo rigido: Definizione di corpo rigido e sue proprietà. Moto di un corpo rigido. Corpi continui, densità e posizione del centro di massa. Rotazioni rigide attorno ad un'asse in un sistema di riferimento inerziale. Energia e lavoro rotazionali. Momento d’inerzia. Teorema di Huygens-Steiner. Pendolo composto. Moto di puro rotolamento. Conservazione dell'energia nel moto di un corpo rigido. Attrito volvente. Teoria degli urti.

Oscillazioni e onde: Proprietà dell'equazione differenziale dell'oscillatore armonico. Oscillatore armonico semplice: equazione del moto e sua soluzione. Moto di una massa collegata ad una molla. Energia dell’oscillatore armonico semplice. Somma di moti armonici in una e in due dimensioni.  

Meccanica dei Fluidi: Generalità sui fluidi. Pressione. Equilibrio statico e in presenza della forza peso. Principio di Archimede. Attrito interno e viscosità in un fluido ideale. Moto di un fluido. Regime stazionario. Portata. Teorema di Bernoulli. Teorema di Torricelli. Principio di Pascal. Moto laminare e vorticoso. Moto in un fluido.

Termodinamica: Sistemi termodinamici; 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 e calore nelle trasformazioni termodinamiche; I gas perfetti; Trasformazioni isoterma e isobara; Calore specifico molare; Relazione di Mayer; Trasformazioni adiabatiche; Macchine termiche; Rendimento; Enunciati del secondo principio della termodinamica; Reversibilità e irreversibilità; Teorema di Carnot; Temperatura termodinamica assoluta; 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; Trasformazioni adiabatiche e entropia; Interpretazione statistica dell’entropia; Entropia e calore. 

Il materiale fornito a lezione non sostituisce il libro di testo. Un buon manuale di Fisica I è fondamentale per il consolidamento dell'apprendimento.

Si suggeriscono i seguenti testi:

1. P.Mazzoldi, M. Nigro, C. Voci: “Elementi di Fisica” Meccanica e Termodinamica, II edizione, casa editrice EdiSES;
2. Halliday, Resnick, Krane, Fisica 1, Casa editrice Ambrosiana
3. R. Serwey, J. Jewett: Fisica per Scienze ed Ingegneria, Vol.I, V Edizione,casa editrice EdiSES;

Il corso consta di 42 ore (6 CFU) di lezioni teoriche  tenute dalla sottoscritta e 45 h (3CFU) di esercitazioni con altro docente.

L'esame consiste in una prova scritta + prova orale. Il voto finale terrà conto delle prove sostenute dai candidati. NON sono previste PROVE di ESONERO o IN ITINERE per via delle troppe sovrapposizioni con gli altri insegnamenti.

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

MODALITÀ' ESAME SCRITTO:

Per la prova scritta sono fissati 2 appelli nel I periodo di sessione di esami, 2 appelli nel II periodo di sessione di esami e 2 appelli nel III periodo di sessione di esami. Sono inoltre fissati 2 appelli riservati a studenti fuori corso e ritardatari (comma 5 e 5 bis del regolamento didattico d’ateneo) durante la sospensione della attività didattica, generalmente nel periodo aprile/maggio oppure novembre/dicembre.  Non sono previsti ulteriori appelli oltre quelli approvati dalla segreteria didattica. Ciascun student* può partecipare ai soli appelli per cui riesce ad effettuare la prenotazione.

La prova scritta consiste nella risoluzione di 4 esercizi di:

•  cinematica, 
• dinamica del punto, dinamica dei sistemi, 
• fluidodinamica e 
• termodinamica. 

Alla risoluzione di ogni problema sarà assegnato un punteggio compreso tra 0/30 e 7.5/30 in relazione (1) alla completezza della descrizione del Modello Fisico e di quello Matematico utilizzati per la risoluzione, (2) alla correttezza della trattazione matematica e, naturalmente, (3) alla correttezza del risultato, sia da un punto di vista numerico che dimensionale.

Il superamento della prova scritta con una votazione minima di 18/30 permette l'accesso alla prova orale. Gl* student* che ottengono nella prova un punteggio inferiore a 18/30 sono sconsigliati/e dal sostenere la prova orale.  Per votazioni maggiori o uguali a 15/30 ed inferiori a 18/30, la prova orale è preceduta da un colloquio di valutazione sulle conoscenze di base del candidato. 

MODALITA' ESAME ORALE

In caso di superamento della prova scritta, lo studente dovrà svolgere la prova orale ENTRO e NON OLTRE la fine dell'appello d’esami in cui ha sostenuto lo scritto, dopodichè l'esame scritto sarà ANNULLATO. 

Tipicamente l'esame orale viene espletato al massimo entro 14 gg dopo l'esame scritto, pertanto si suggerisce di acquisire una buona preparazione della materia già per lo scritto.

In caso di esito negativo nella prova orale, i richiedenti DOVRANNO ripetere l'esame scritto.

Gli esiti dello scritto e le date dell'esame orale saranno comunicati per ciascun appello mediante avviso sulla piattaforma Smart EDU GOMP per i prenotati. 

Per la prova scritta verranno forniti i vecchi compiti d'esame, alcuni verranno svolti a lezione.

Per la prova orale si riportano alcune domande standard:

1. Si discuta dei sistemi di riferimento inerziali e non, presentando alcuni esempi reali.
2. Si dimostri il teorema di Bernoulli.
3. Discutere dei principi di conservazione dell'energia meccanica, della quantità di moto e del momento angolare;
4. Trattare i principi della termodinamica con le dovute applicazioni; 
5. Enunciare ed applicare il secondo principio della termodinamica; 
6. Ricavare l'equazione di Bernoulli per un fluido ideale;
7. Descrivere il moto del pendolo semplice, del sistema massa molla e di un corpo rigido.
   
8. Trattazione di un ciclo termodinamico.