Fisica e informatica

A.A. 2021/2022
9
Crediti massimi
104
Ore totali
SSD
FIS/01 INF/01
Lingua
Italiano
Obiettivi formativi
L'obiettivo dell'insegnamento è fornire allo studente concetti di fisica e di informatica di base. Per quanto riguarda il modulo di fisica verranno presentate le leggi della meccanica, della termodinamica e dell'elettromagnetismo e proposti problemi allo scopo di evidenziare l'importanza della materia per la comprensione dei fenomeni naturali in maniera quantitativa. Il modulo di informatica fornirà gli strumenti per l'analisi di dati e la loro gestione.
Risultati apprendimento attesi
Al termine del Corso, lo studente avrà appreso gli elementi fondamentali del metodo sperimentale, le leggi fisiche di base e dovrà essere in grado di risolvere semplici problemi di fisica di base in maniera quantitativa. Lo studente dovrà inoltre dimostrare di essere in grado di comprendere i principi fondamenti riguardanti il funzionamento di un computer ed essere in grado di creare e gestire fogli di calcolo.
Programma e organizzazione didattica

Edizione unica

Responsabile
Periodo
Secondo semestre
In relazione alle modalità di erogazione delle attività formative per l'a.a. 2021/22, verranno date indicazioni più specifiche nei prossimi mesi, in base all'evoluzione della situazione sanitaria.
Prerequisiti
Modulo di Informatica:
non è richiesto alcun prerequisito per seguire e sostenere l'esame del corso di informatica.

Modulo di Fisica:
per seguire e sostenere l'esame del corso di fisica e' richiesta la conoscenza di strumenti matematici di base: trigonometria, somma e prodotto scalare di vettori, derivate, integrali, soluzione di equazioni di primo e secondo grado.
Modalità di verifica dell’apprendimento e criteri di valutazione
Modulo di informatica:
L'esame consiste in una prova scritta in cui vengono poste allo studente domande di teoria e richiesto di sviluppare alcuni esercizi relativi alla parte di laboratorio. La prova scritta può essere sostituita da due prove in itinere che vengono proposte agli studenti durante il corso. Ad ogni prova (scritta o in itinere) viene assegnata una valutazione in trentesimi. Lo studente che supera entrambe le prove in itinere ha diritto ad un bonus di 2 punti sulla media dei voti ottenuti. Le prove hanno lo scopo di verificare le conoscenze di base dell'informatica e l'abilità degli studenti nel mettere in pratica i concetti presentati durante le ore di laboratorio.


Modulo di Fisica:
L'esame consiste in una prova scritta su argomenti trattati nel corso con domande di teoria ed esercizi da svolgere. Nell'esame si valuteranno le competenze acquisite e la capacita' di applicare le leggi fisiche e valutare i risultati in modo quantitativo.
Durante il corso verranno organizzate due prove in itinere che se superate entrambe sostituiranno l'esame. Lo studente che supera entrambe le prove in itinere ha diritto a un bonus di 2 punti sulla media dei voti ottenuti.


Essendo l'insegnamento "Fisica e Informatica" organizzato in due moduli, il voto attribuito agli studenti per tale insegnamento è la media dei voti dei due moduli. Gli studenti che passano entrambi i moduli nello stesso appello hanno diritto ad un ulteriore incremento di 1 punto. Gli studenti possono svolgere la prova d'esame dei due moduli in appelli diversi. I voti dei moduli restano validi per un anno. Nel caso uno studente lasci trascorrere un periodo di tempo superiore senza superare l'altro modulo o registrare l'esame, il voto conseguito non è più valido.
Modulo: Informatica
Programma
L'insegnamento si articola in una parte di teoria e in una parte di laboratorio.

La parte di teoria verte sui seguenti argomenti:
- Rappresentazione dell'informazione: La codifica dell'informazione, il sistema binario, rappresentazione dei numeri in base 2, 8 e 16, la rappresentazione dei caratteri, la rappresentazione delle immagini, audio e video, compressione dell'informazione.
- Organizzazione e architettura di un elaboratore: componenti logiche di un elaboratore, i processori, le memorie, le memorie di massa, le periferiche.
- Il sistema operativo: struttura a cipolla, gestione della memoria, gestione del file system.
- Le reti e internet: tipologie di reti, i livelli di comunicazione in una rete, i protocolli internet, Il word-wide-web, il cloud.
- La gestione dell'informazione: il modello relazionale, SQL, interrogazioni di base, interrogazioni aggregate.

Nella parte di laboratorio lo studente dovrà familiarizzare con l'uso dei fogli di calcolo per effettuare diverse tipologie di analisi dei dati e con i linguaggi di interrogazione per basi di dati.
In particolare verranno trattati i seguenti argomenti:

- Excel: il foglio di calcolo, le celle. riferimenti assoluti e relativi alle celle, i formati delle celle. formule e funzioni, gestione di dati, grafici, uso di excel per applicazione di metodi statistici.
- MySQL: comandi per la creazione delle tabelle, specifica di vincoli di integrità referenziale (chiavi primarie, unique e chiavi esterne), vincoli sugli attributi (NOT NULL, default), comandi per le interrogazioni di base, comandi per le interrogazioni aggregate.
Metodi didattici
Il corso viene tenuto in aule informatizzate in modo da poter provare insieme agli studenti le funzionalità dei fogli di calcolo e del linguaggio SQL per interrogare una base di dati.
Materiale di riferimento
Sito web:
https://mmesitii.ariel.ctu.unimi.it/
Un elenco dettagliato degli argomenti trattati, lezione per lezione, viene pubblicato e aggiornato sul sito web dell'insegnamento.

Gli argomenti trattati sono ampiamente trattati su Web e non viene adottato un libro specifico. Gli studenti interessati ad un libro, possono contattare il docente.

Ulteriore materiale integrativo, esercizi svolti e dispense, preparati dal docente, viene reso disponibile sul sito web dell'insegnamento.
Modulo: Fisica
Programma
Il corso prevede la presentazione dei principi fisici di base, in particolare della fisica classica, con riferimenti ad esempi pratici per mettere in evidenza la rilevanza della materia nella comprensione dei fenomeni naturali. Durante il corso vengono presentate le leggi fondamentai delle meccanica, della termodinamica e dell'elettromagnetismo.

In particolare nel corso verranno trattati i seguenti argomenti:

1. Introduzione

Il metodo sperimentale. La misura in Fisica. Il Sistema Internazionale delle unità di misura. Analisi dimensionale e i cambiamenti delle unita di misura. Lunghezza. Tempo. Massa. Calcolo di ordini di grandezza e cifre significative.

2. Meccanica

2.1 Cinematica

Definizione di punto materiale. Moto unidimensionale. Sistemi di riferimento. Spostamento. Velocità media e istantanea. Legge oraria. Moto rettilineo uniforme. La velocità come derivata. Accelerazione media e istantanea. Moto uniformemente accelerato. Integrale del moto. Calcolo delle aree, in alcuni casi semplici. Grandezze scalari e vettoriali. Versori. Scomposizione dei vettori. Somma e prodotti tra vettori. Spostamento, velocità e accelerazione in due e tre dimensioni. Composizione dei moti in due dimensioni. Traiettoria in due dimensioni. Moto del proiettile. Gittata. Moto circolare uniforme. Moto relativo. Cambiamento di sistemi di riferimento.

2.2 Dinamica del punto materiale

Definizione di forza. Prima legge della dinamica. Sistemi di riferimento inerziali. Definizione di massa inerziale. Seconda legge della dinamica. Alcune forze particolari: forza peso, reazione vincolare, tensione, forza elastica. Forze di attrito statico e dinamico. Forze apparenti. Esempi di forza centrifuga. Terza legge della dinamica. Legge della gravitazione di Newton. Massa gravitazionale.

2.3 Lavoro ed Energia

Definizione di lavoro. Teorema dell'energia cinetica. Potenza. Forze conservative. Energia potenziale. Energia meccanica e sua conservazione. Energia potenziale gravitazionale ed elastica.

2.4 Moti oscillatori e periodici

Equazione del moto di una molla. Oscillatore armonico. Definizione di periodo, frequenza e pulsazione angolare. Velocità lineare e velocità angolare. Moto circolare uniforme e moto armonico. Il pendolo semplice.

2.5 Sistemi di punti materiali

Impulso di una forza e quantità di moto. Il centro di massa. Legge della dinamica per un sistema di punti. Forze esterne e forze interne. Conservazione della quantità di moto totale. Generalità sugli urti. Urti elastici e anelastici.

3. Fluidi e Termodinamica

3.1 Fluidi e loro dinamica

Stati della materia: solido, liquido e gas. Grandezze estensive ed intensive. Definizione di pressione e densità. Forze in un fluido a riposo. Legge di Stevino. Principio dei vasi comunicanti. Misura della pressione. Esperienza di Torricelli. Principio di Pascal. Principio di Archimede. Dinamica dei fluidi. Fluido ideale. Linee di flusso. Equazione di continuità. Equazione di Bernoulli. Principio di Venturi.

3.2 Calorimetria e termodinamica

Il calore e la temperatura. Principio zero della termodinamica. Misura delle temperatura e le scale termometriche. Capacità termica e calore specifico. Calore latente. Temperatura di equilibrio, in funzione delle capacità termiche. Sistema termodinamico. Grandezze di stato. Trasformazioni termodinamiche. Lavoro. Esperimento di Joule: equivalente meccanico della caloria. Primo principio della termodinamica. Legge dei gas perfetti. Il numero di Avogadro. Piano di Clapeyron. Trasformazioni isobare, isocore, isoterme, adiabatiche di un gas perfetto. Espansione libera di un gas perfetto. Calori specifici ed energia interna di un gas perfetto. Macchine termiche, frigoriferi e pompe di calore. Secondo principio della termodinamica. Ciclo di Carnot. Entropia. Variazione di entropia per processi irreversibili. Variazione di entropia in generale.

4. Elettromagnetismo

4.1 Elettrostatica

Cenni alle forze fondamentali della natura. Carica elettrica. Legge di Coulomb. Atomo di idrogeno. Concetto di campo. Campo elettrico. Principio di sovrapposizione. Linee di forza del campo. Campo generato da una carica puntiforme. Dipolo elettrico. Flusso di un vettore. Teorema di Gauss. Densità di carica di volume, di superficie, lineare. Applicazioni del teorema di Gauss: filo carico, piano infinito carico, sfera uniformemente carica, cilindro.
Confronto fra il campo gravitazionale e il campo elettrostatico.
Conduttori. Introduzione elettrostatica. Lavoro svolto dal campo elettrico. Potenziale elettrico. Superfici equipotenziali. Potenziale di una carica puntiforme. Potenziale di molte cariche puntiformi. Capacità elettrica di un conduttore. Cenni ai condensatori (condensatore piano, serie e paralleli di condensatori). Analogie e differenze fra il campo gravitazionale e il campo di una carica puntiforme.

4.2 Corrente elettrica e circuiti

La conduzione nei metalli. Corrente elettrica. Densità di corrente. Resistenza e resistività. Legge di Ohm. Energia e potenza nei circuiti elettrici. Effetto Joule. Forza elettromotrice. Generatore reale di tensione. Resistenze in serie e in parallelo. Semplici circuiti con resistenze serie e parallelo.

4.3 Campo magnetico

Il campo magnetico. Forza magnetica su un filo percorso da corrente. Forza di Lorentz. Moto di una particella carica in un campo magnetico. Corrente elettrica e campo magnetico. Legge di Biot-Savart. Campo B generato da un filo infinito. Forza tra conduttori percorsi da corrente. Definizione dell'Ampere.
Metodi didattici
Il metodo didattico adottato prevede lezioni frontali di principi fisici di base ed esercitazioni alla lavagna con applicazioni delle leggi fisiche e soluzione quantitativa di problemi.
Materiale di riferimento
Sito web:
https://nnerif.ariel.ctu.unimi.it

Lo studente può utilizzare liberamente i libri di testo che ritiene più idonei a preparare l'esame. Il testo di riferimento per la preparazione dell'esame è: D. C. Giancoli, "Fisica principi e applicazioni", C. Ed. Ambrosiana.
Moduli o unità didattiche
Modulo: Fisica
FIS/01 - FISICA SPERIMENTALE - CFU: 5
Esercitazioni: 32 ore
Lezioni: 24 ore
Docente: Neri Nicola

Modulo: Informatica
INF/01 - INFORMATICA - CFU: 4
Esercitazioni: 32 ore
Lezioni: 16 ore
Docente: Mesiti Marco