L’insegnamento di Fisica Sperimentale II rientra tra le attività formative dell’area delle discipline fisiche del Corso di Laurea Triennale in Scienze Geologiche e costituisce la naturale prosecuzione e il completamento del corso di Fisica Sperimentale I.
L’insegnamento mira a fornire agli studenti una conoscenza di base dei principali fenomeni della fisica generale, evidenziandone le connessioni con le scienze geologiche e con altre discipline scientifiche, quali la chimica e la biologia.
In particolare, il corso si propone di:
1. fornire una conoscenza di base dei principi e dei fenomeni fisici relativi all’elettrostatica, all’elettricità e al magnetismo, includendo le onde elettromagnetiche, nonché elementi introduttivi di meccanica dei fluidi e di ottica;
2. sviluppare la capacità di analizzare, contestualizzare e risolvere problemi elementari di fisica generale, utilizzando in modo appropriato le grandezze fisiche, le unità di misura e le relazioni matematiche fondamentali;
3. promuovere un approccio critico ai problemi scientifici e sviluppare capacità di problem solving attraverso l’impiego di semplici modelli fisici e la valutazione delle ipotesi e delle approssimazioni adottate;
4. fornire gli strumenti scientifici, matematici e concettuali di base necessari per comprendere fenomeni e processi di interesse nelle scienze fisiche, chimiche, biologiche, naturali e geologiche.
Al termine dell’insegnamento, lo studente avrà acquisito una conoscenza adeguata dei principi fondamentali trattati e delle loro principali applicazioni. Sarà inoltre in grado di impostare e risolvere problemi relativi agli argomenti studiati, interpretare criticamente i risultati ottenuti e applicare i concetti fisici di base alla comprensione di fenomeni rilevanti per le scienze geologiche e naturali.
L’insegnamento mira a fornire agli studenti una conoscenza di base dei principali fenomeni della fisica generale, evidenziandone le connessioni con le scienze geologiche e con altre discipline scientifiche, quali la chimica e la biologia.
In particolare, il corso si propone di:
1. fornire una conoscenza di base dei principi e dei fenomeni fisici relativi all’elettrostatica, all’elettricità e al magnetismo, includendo le onde elettromagnetiche, nonché elementi introduttivi di meccanica dei fluidi e di ottica;
2. sviluppare la capacità di analizzare, contestualizzare e risolvere problemi elementari di fisica generale, utilizzando in modo appropriato le grandezze fisiche, le unità di misura e le relazioni matematiche fondamentali;
3. promuovere un approccio critico ai problemi scientifici e sviluppare capacità di problem solving attraverso l’impiego di semplici modelli fisici e la valutazione delle ipotesi e delle approssimazioni adottate;
4. fornire gli strumenti scientifici, matematici e concettuali di base necessari per comprendere fenomeni e processi di interesse nelle scienze fisiche, chimiche, biologiche, naturali e geologiche.
Al termine dell’insegnamento, lo studente avrà acquisito una conoscenza adeguata dei principi fondamentali trattati e delle loro principali applicazioni. Sarà inoltre in grado di impostare e risolvere problemi relativi agli argomenti studiati, interpretare criticamente i risultati ottenuti e applicare i concetti fisici di base alla comprensione di fenomeni rilevanti per le scienze geologiche e naturali.
scheda docente materiale didattico
Elettrostatica
• Cariche elettriche e forza di Coulomb.
• Campo elettrico.
• Dipolo elettrico.
• Flusso del campo elettrico.
• Legge di Gauss e principali applicazioni.
• Campo elettrico generato da distribuzioni planari di carica.
• Campo elettrico tra le armature di un condensatore.
• Energia potenziale elettrostatica e potenziale elettrico.
• Relazione tra lavoro ed energia potenziale.
• Energia potenziale di sistemi di cariche puntiformi.
• Calcolo del campo elettrico, del potenziale e del lavoro nel caso di distribuzioni lineari di carica e condensatori.
Corrente elettrica e circuiti
• Corrente elettrica e generatori di tensione.
• Considerazioni energetiche nei circuiti elettrici.
• Prima e seconda legge di Ohm.
• Resistività e sua dipendenza dalla temperatura.
• Introduzione alla superconduttività.
• Interpretazione microscopica della corrente elettrica.
• Circuiti elettrici.
• Resistenze in serie e in parallelo.
• Leggi di Kirchhoff.
• Condensatori in serie e in parallelo.
• Energia immagazzinata in un condensatore.
• Capacità di un condensatore con e senza materiale dielettrico.
• Circuiti RC.
Magnetismo ed elettromagnetismo
• Introduzione ai fenomeni magnetici e all’elettromagnetismo.
• Campo magnetico.
• Forza di Lorentz.
• Moto circolare di una particella carica in un campo magnetico.
• Moto di particelle cariche in campi elettrici e magnetici.
• Spettrometro di massa.
• Legge di Biot–Savart.
• Campo magnetico generato da un filo percorso da corrente.
• Campo magnetico all’interno di un solenoide.
• Forza di Ampère tra due fili percorsi da corrente.
• Principi di funzionamento del motore elettrico e degli altoparlanti.
Induzione elettromagnetica e onde elettromagnetiche
• Induzione elettromagnetica.
• Legge di Faraday.
• Flusso del campo magnetico.
• Legge di Lenz.
• Applicazioni dell’induzione elettromagnetica.
• Equazioni di Maxwell.
• Onde elettromagnetiche.
• Equazione di propagazione delle onde elettromagnetiche.
• Velocità della luce.
• Frequenza e lunghezza d’onda.
• Effetto Doppler.
• Energia trasportata dalle onde elettromagnetiche.
• Spettro elettromagnetico.
• Polarizzazione.
• Legge di Malus.
Ottica geometrica
• Riflessione e rifrazione della luce.
• Specchi piani e sferici.
• Lenti sottili.
• Costruzione geometrica delle immagini.
• Applicazioni, esempi ed esercizi.
Fisica dei fluidi
• Pressione nei fluidi.
• Principio di Archimede.
• Equazione di continuità.
• Equazione di Bernoulli.
• Applicazioni, esempi ed esercizi.
Testi consigliati
Hugh D. Young, Roger A. Freedman e A. Lewis Ford:
• Principi di fisica con MasteringPhysics, Volume 1: Meccanica, onde e termodinamica.
• Principi di fisica con MasteringPhysics, Volume 2: Elettromagnetismo e ottica.
-Principi di fisica con MasteringPhysics, Volume 1: Meccanica, Onde e Termodinamica
Autori: Hugh D. Young - Roger A. Freedman - A. Lewis Ford
- Principi di fisica con MasteringPhysics, Volume 2: Elettromagnetismo e ottica
Autori: Hugh D. Young - Roger A. Freedman - A. Lewis Ford
Programma
Il corso sarà principalmente dedicato all’elettromagnetismo, partendo dallo studio dei fenomeni elettrici e magnetici per arrivare alle equazioni di Maxwell e alle onde elettromagnetiche. Saranno inoltre trattati i principi fondamentali dell’ottica geometrica e della fisica dei fluidi.Elettrostatica
• Cariche elettriche e forza di Coulomb.
• Campo elettrico.
• Dipolo elettrico.
• Flusso del campo elettrico.
• Legge di Gauss e principali applicazioni.
• Campo elettrico generato da distribuzioni planari di carica.
• Campo elettrico tra le armature di un condensatore.
• Energia potenziale elettrostatica e potenziale elettrico.
• Relazione tra lavoro ed energia potenziale.
• Energia potenziale di sistemi di cariche puntiformi.
• Calcolo del campo elettrico, del potenziale e del lavoro nel caso di distribuzioni lineari di carica e condensatori.
Corrente elettrica e circuiti
• Corrente elettrica e generatori di tensione.
• Considerazioni energetiche nei circuiti elettrici.
• Prima e seconda legge di Ohm.
• Resistività e sua dipendenza dalla temperatura.
• Introduzione alla superconduttività.
• Interpretazione microscopica della corrente elettrica.
• Circuiti elettrici.
• Resistenze in serie e in parallelo.
• Leggi di Kirchhoff.
• Condensatori in serie e in parallelo.
• Energia immagazzinata in un condensatore.
• Capacità di un condensatore con e senza materiale dielettrico.
• Circuiti RC.
Magnetismo ed elettromagnetismo
• Introduzione ai fenomeni magnetici e all’elettromagnetismo.
• Campo magnetico.
• Forza di Lorentz.
• Moto circolare di una particella carica in un campo magnetico.
• Moto di particelle cariche in campi elettrici e magnetici.
• Spettrometro di massa.
• Legge di Biot–Savart.
• Campo magnetico generato da un filo percorso da corrente.
• Campo magnetico all’interno di un solenoide.
• Forza di Ampère tra due fili percorsi da corrente.
• Principi di funzionamento del motore elettrico e degli altoparlanti.
Induzione elettromagnetica e onde elettromagnetiche
• Induzione elettromagnetica.
• Legge di Faraday.
• Flusso del campo magnetico.
• Legge di Lenz.
• Applicazioni dell’induzione elettromagnetica.
• Equazioni di Maxwell.
• Onde elettromagnetiche.
• Equazione di propagazione delle onde elettromagnetiche.
• Velocità della luce.
• Frequenza e lunghezza d’onda.
• Effetto Doppler.
• Energia trasportata dalle onde elettromagnetiche.
• Spettro elettromagnetico.
• Polarizzazione.
• Legge di Malus.
Ottica geometrica
• Riflessione e rifrazione della luce.
• Specchi piani e sferici.
• Lenti sottili.
• Costruzione geometrica delle immagini.
• Applicazioni, esempi ed esercizi.
Fisica dei fluidi
• Pressione nei fluidi.
• Principio di Archimede.
• Equazione di continuità.
• Equazione di Bernoulli.
• Applicazioni, esempi ed esercizi.
Testi consigliati
Hugh D. Young, Roger A. Freedman e A. Lewis Ford:
• Principi di fisica con MasteringPhysics, Volume 1: Meccanica, onde e termodinamica.
• Principi di fisica con MasteringPhysics, Volume 2: Elettromagnetismo e ottica.
Testi Adottati
Il libro di testo consigliato è composto di due volumi:-Principi di fisica con MasteringPhysics, Volume 1: Meccanica, Onde e Termodinamica
Autori: Hugh D. Young - Roger A. Freedman - A. Lewis Ford
- Principi di fisica con MasteringPhysics, Volume 2: Elettromagnetismo e ottica
Autori: Hugh D. Young - Roger A. Freedman - A. Lewis Ford
Modalità Frequenza
La frequenza delle lezioni e delle esercitazioni è obbligatoria.Modalità Valutazione
La valutazione dell’apprendimento sarà effettuata mediante una serie di prove intermedie svolte durante il corso, la preparazione e la presentazione di un progetto finale e un esame orale. Le prove intermedie saranno finalizzate a verificare progressivamente la comprensione degli argomenti trattati e la capacità di applicare i principi fisici alla risoluzione di problemi. Il progetto finale valuterà la capacità dello studente di approfondire e presentare in modo chiaro, sintetico e scientificamente corretto un argomento pertinente ai contenuti del corso. L’esame orale sarà volto a verificare la conoscenza complessiva degli argomenti, la comprensione dei principi fisici fondamentali, la capacità di stabilire collegamenti tra i diversi contenuti e l’uso appropriato del linguaggio scientifico.