L’insegnamento mira a fornire una conoscenza dei principali fenomeni della fisica e delle loro connessioni con altre discipline e ambiti di ricerca (chimica, biologia e geologia). Nel quadro di questo percorso, l'insegnamento si propone di fornire 1) una conoscenza di base degli argomenti di fisica generale (dalle leggi di Newton ai fluidi ed alla termodinamica, e dall’elettrostatica e magnetismo alla fisica moderna, includendo onde elettromagnetiche, introduzione alla fisica quantistica e fisica nucleare); 2) la capacità di contestualizzare e risolvere problemi di fisica generale di base; 3) creare un approccio critico e sviluppare abilita’ di “problem solving” con l’utilizzo di modelli fisici di base (per esempio, modelli di diffusione di virus); e pertanto fornire 4) gli strumenti scientifici e concettuali di base necessari allo studio delle scienze fisiche, chimiche e naturali. Al completamento di questo corso lo studente avrà una buona conoscenza dei principi base della fisica e delle sue applicazioni pratiche ed al mondo delle Scienze. Lo studente sarà anche in grado di risolvere problemi relativi al materiale studiato ed avra’ sviluppato un approccio critico ai problemi scientifici
Canali
scheda docente materiale didattico
Grandezze fisiche e unità di misura; sistemi di coordinate nello spazio; grandezze scalari e vettoriali e operazioni con i vettori. Cinematica del punto materiale: legge oraria, traiettoria, velocità e accelerazione; moto con accelerazione costante e caduta dei gravi; moto circolare, velocità e accelerazione angolare.
Dinamica del punto materiale: leggi di Newton, sistemi di riferimento inerziali, forza e massa inerziale; quantità di moto; forza peso, forza elastica e oscillatore armonico unidimensionale; forze vincolari, tensione, pendolo semplice e attrito. Lavoro, potenza ed energia cinetica; energia potenziale e forze conservative; conservazione dell’energia meccanica e della quantità di moto. Momento di una forza, momento angolare e sua conservazione; forze centrali. Impulso e urti elastici e anelastici.
Meccanica dei fluidi
Pressione e densità. Idrostatica: legge di Stevino, principio di Pascal e principio di Archimede. Flusso e portata; moto stazionario e turbolento; teorema di Bernoulli e condizioni di applicazione.
Elettrostatica correnti ed elettromagnetismo
Legge di Coulomb; campo elettrico e principio di sovrapposizione; campo di un filo e di una lastra piana. Flusso di un vettore e teorema di Gauss. Potenziale elettrico ed energia potenziale elettrostatica di un sistema di cariche. Conduttori e isolanti; induzione elettrostatica, equilibrio elettrostatico, gabbia di Faraday e condensatori. Corrente elettrica stazionaria, resistenza e fenomeni dissipativi. Forza di Lorentz su cariche e fili percorsi da corrente; spettrometro di massa. Magnetismo nella materia.
Termodinamica
Sistema e ambiente; variabili e stato termodinamico. Calore, capacità termica, scambi energetici, trasmissione del calore e transizioni di fase. Gas perfetti. Primo e secondo principio della termodinamica; interpretazione microscopica e statistica dell’entropia; variazioni di entropia e spontaneità dei processi.
Esercitazioni integrate
Gli argomenti teorici sono accompagnati dallo svolgimento alla lavagna di problemi, con il coinvolgimento della classe. Le esercitazioni collegano l’identificazione delle grandezze e delle leggi alla costruzione del modello, al calcolo e alla discussione del risultato. La lettura di grafici, il controllo dimensionale e la valutazione della plausibilità delle soluzioni rendono operativi i risultati di apprendimento dichiarati.
Il libro suggerito per lo svolgimento del corso `e:
David Halliday, Robert Resnick, Jearl Walker “Fondamenti di fisica - Meccanica, Onde, Termodinamica, Elettromagnetismo, Ottica” edizione Zanichelli.
Sul canale teams del corso saranno caricate note aggiuntive, esercizi e materiale didattico supplementare eventualmente utilizzato nel corso del semestre.
Programma
MeccanicaGrandezze fisiche e unità di misura; sistemi di coordinate nello spazio; grandezze scalari e vettoriali e operazioni con i vettori. Cinematica del punto materiale: legge oraria, traiettoria, velocità e accelerazione; moto con accelerazione costante e caduta dei gravi; moto circolare, velocità e accelerazione angolare.
Dinamica del punto materiale: leggi di Newton, sistemi di riferimento inerziali, forza e massa inerziale; quantità di moto; forza peso, forza elastica e oscillatore armonico unidimensionale; forze vincolari, tensione, pendolo semplice e attrito. Lavoro, potenza ed energia cinetica; energia potenziale e forze conservative; conservazione dell’energia meccanica e della quantità di moto. Momento di una forza, momento angolare e sua conservazione; forze centrali. Impulso e urti elastici e anelastici.
Meccanica dei fluidi
Pressione e densità. Idrostatica: legge di Stevino, principio di Pascal e principio di Archimede. Flusso e portata; moto stazionario e turbolento; teorema di Bernoulli e condizioni di applicazione.
Elettrostatica correnti ed elettromagnetismo
Legge di Coulomb; campo elettrico e principio di sovrapposizione; campo di un filo e di una lastra piana. Flusso di un vettore e teorema di Gauss. Potenziale elettrico ed energia potenziale elettrostatica di un sistema di cariche. Conduttori e isolanti; induzione elettrostatica, equilibrio elettrostatico, gabbia di Faraday e condensatori. Corrente elettrica stazionaria, resistenza e fenomeni dissipativi. Forza di Lorentz su cariche e fili percorsi da corrente; spettrometro di massa. Magnetismo nella materia.
Termodinamica
Sistema e ambiente; variabili e stato termodinamico. Calore, capacità termica, scambi energetici, trasmissione del calore e transizioni di fase. Gas perfetti. Primo e secondo principio della termodinamica; interpretazione microscopica e statistica dell’entropia; variazioni di entropia e spontaneità dei processi.
Esercitazioni integrate
Gli argomenti teorici sono accompagnati dallo svolgimento alla lavagna di problemi, con il coinvolgimento della classe. Le esercitazioni collegano l’identificazione delle grandezze e delle leggi alla costruzione del modello, al calcolo e alla discussione del risultato. La lettura di grafici, il controllo dimensionale e la valutazione della plausibilità delle soluzioni rendono operativi i risultati di apprendimento dichiarati.
Prerequisiti
Prerequisiti culturali Sono richieste conoscenze matematiche di base: algebra elementare, equazioni e disequazioni, funzioni e loro rappresentazione grafica, trigonometria e concetti fondamentali di calcolo differenziale e integrale. Sono inoltre utili le capacità di ragionamento quantitativo e di risoluzione di semplici problemi acquisite nella scuola secondaria. Non è richiesta una precedente preparazione universitaria in fisica. Prerequisiti curriculari Non sono previste propedeuticità formali, secondo quanto indicato nella descrizione fornita.Testi Adottati
Libro di testoIl libro suggerito per lo svolgimento del corso `e:
David Halliday, Robert Resnick, Jearl Walker “Fondamenti di fisica - Meccanica, Onde, Termodinamica, Elettromagnetismo, Ottica” edizione Zanichelli.
Sul canale teams del corso saranno caricate note aggiuntive, esercizi e materiale didattico supplementare eventualmente utilizzato nel corso del semestre.
Modalità Frequenza
non e' prevista frequenza obbligatoria, ma le prove in itinere richiedono la partecipazione ai 2/3 delle lezioniModalità Valutazione
Articolazione delle prove La verifica dell’apprendimento prevede una componente scritta e una componente orale. Durante il corso sono previste tre prove scritte in itinere, riferite a tre parti del programma. Ciascuna prova è superata con una votazione superiore a 15/30; il percorso delle prove in itinere è superato se tutte e tre le prove sono superate singolarmente e la media dei voti è superiore a 18/30. Segue un colloquio orale sull’intero programma. Competenze verificate Conoscenza e capacità di comprensione: definizione delle grandezze, enunciazione delle leggi e spiegazione del significato fisico delle relazioni impiegate, attraverso quesiti teorici e discussione orale. Capacità di applicare conoscenza e comprensione: impostazione e risoluzione di problemi mediante l’impiego corretto delle leggi fisiche, delle relazioni matematiche e delle unità di misura, nella componente scritta e nella discussione orale. Autonomia di giudizio: motivazione della scelta delle leggi e delle ipotesi, discussione delle condizioni di validità del modello e controllo critico dei risultati, attraverso le richieste di argomentazione e il colloquio. Abilità comunicative: chiarezza del procedimento scritto, uso appropriato del linguaggio scientifico ed esposizione orale ordinata e motivata. Capacità di apprendimento: impiego autonomo dei metodi studiati in semplici varianti dei problemi affrontati, con spiegazione del trasferimento del metodo alla nuova situazione. La verifica riguarda l’autonomia nell’uso dei metodi e non la sola riproduzione di esercizi già svolti. Criteri di valutazione proposti Per la componente scritta si considerano la corretta identificazione del modello e delle leggi pertinenti, la coerenza del procedimento, la correttezza dei calcoli, l’uso delle unità di misura e l’interpretazione del risultato. Per la componente orale si considerano la correttezza e l’organizzazione delle conoscenze, la capacità di spiegare e collegare i concetti, l’autonomia di ragionamento e la precisione del linguaggio.