Fisica (G28)

A.A. 2021/2022
6
Crediti massimi
64
Ore totali
SSD
FIS/07
Lingua
Italiano
Obiettivi formativi
Il corso intende fornire gli elementi necessari a comprendere i principali fenomeni fisici, soprattutto quelli piu' specificamente collegati alla figura formata dal Corso di Laurea.
Risultati apprendimento attesi
Lo studente acquisisce le conoscenze di base per interpretare i principali fenomeni fisici; imposta concettualmente e affronta numericamente problemi inerenti gli aspetti fisici delle discipline agrarie e ambientali.
Programma e organizzazione didattica

Edizione unica

Responsabile
Periodo
Secondo semestre
Programma
Il programma del corso, qui riportato, è disponibile sul sito Ariel del docente, aggiornato dopo ogni lezione.

- Presentazione del docente e del corso (programma del corso, bibliografia, modalità di esame, scritto, orale e compitini...). Obiettivi della Fisica. Il linguaggio della Fisica e il metodo scientifico. Grandezze fondamentali e derivate, unità di misura. Il Sistema Internazionale di unità di misura. Come si presenta il risultato di una misura o il valore di una grandezza (valore-(errore-)u.d.m e notazione scientifica. Calcolo e controllo dimensionale. Esempi.
- Sistemi di riferimento e assi cartesiani. Ripasso di angoli e vettori. Vettore posizione e vettore spostamento.
- Esempi ed esercizi sui vettori. Cinematica. Legge oraria e traiettoria. Velocità media e velocità istantanea vettoriale.
- Cinematica. Velocità media e legge oraria del moto rettilineo uniforme. Il problema inverso nel caso del moto rettilineo uniforme. Il problema inverso generalizzato: significato geometrico e fisico dell'integrale e della derivata.
- L'accelerazione media e istantanea. Il moto uniformemente accelerato. Legge oraria del moto u.a. Esercizi sui moti uniformi e unif. accelerati, composizioni di moti.
- La caduta dei gravi e il moto balistico. Il moto balistico come composizione di moti r.u. e r.u.a. Grandezze caratteristiche del moto balistico: gittata, tempo di volo, massima quota. Esempi ed esercizi. Esercizi sul moto balistico. Traiettoria parabolica.
- Il moto balistico: esempi ed esercizi. Il moto circolare uniforme. Velocità tangenziale, velocità angolare, velocità vettoriale e accelerazione centripeta.
- Il moto circolare uniforme in coordinate cartesiane. Il moto armonico, periodicità del m.a. e altre grandezze caratteristiche. Il m.c.u. come composizione di moti armonici. Esempi ed esercizi di cinematica. Esempi ed esercizi di cinematica. Dinamica. I principio di Newton, massa e inerzia. Definizione operativa di massa. Le forze: definizione operativa di forza: l'equazione di Newton F=ma.
- Esempi di forze: la forza gravitazionale, la forza peso e l'accelerazione di gravità. Esempi ed esercizi. Esempi ed esercizi sulla forza gravitazionale. Il principio di azione e reazione. Reazioni vincolari ed elementi di raccordo. Esempi di reazioni vincolari.
- Ancora sulle reazioni vincolari: casi di interesse (funi e raccordi ideali: trasferire forze con funi, equilibrio di corpi sospesi, moto circolare vario del pendolo) e collegamento con la cinematica. Metodologia per la soluzione di problemi di dinamica (diagramma delle forze, eq. vettoriale --> eq. scalari...). Esempi ed esercizi sul piano inclinato.
- Piano inclinato e non, equilibrio di forze, catene di masse accelerate, amplificazione di foze, carrucole. La forza della molla (legge di Hook).
- La forza della molla e l'equazione di Newton in forma differenziale. Il moto armonico. Esempi ed esercizi di dinamica: dinamometro verticale e inclinato, misurazione di masse e calibrazione di molle. Cenni alla procedura di fit di dati sperimentali (regressione lineare) e agli errori nelle misure sperimentali. Forze di attrito. L'attrito come reazione vincolare. Origine microscopica dell'attrito. Leggi dell'attrito statico.
- Attrito statico e dinamico. Esempi ed esercizi. Piano inclinato scabro. Moto circolare uniforme e attrito.
- Esercizi sull'attrito. Il lavoro: definizione, proprietà, esempi. Additività e integrale di linea. La potenza meccanica.
- La potenza e la relazione con forza e velocità. Il teorema dell'energia cinetica. Relazione lavoro-energia. L'energia come capacità di compiere lavoro. Esempi ed esercizi. Il lavoro delle forze notevoli: la forza peso.
- Il lavoro delle forze notevoli: la forza della molla e la forza di attrito. Lavoro e dipendenza dalla traiettoria. Forze conservative: energia potenziale e conservazione dell'energia meccanica. Conservazione dell'energia generalizzata in presenza di forze non conservative e varie.
- Esempi e esercizi su lavoro ed energia. La via energetica. Metodologia generale.
- Esercizi di dinamica. Conservazione dell'energia con e senza forze dissipative.
- Introduzione alla Fisica dei Fluidi. Le fasi della materia e l'approssimazione del continuo. Grandezze per unità di superficie e volume. Introduzione alla statica dei fluidi: la pressione e le sue caratteristiche. Legge di Stevino. Principio dei vasi comunicanti. Cenni ai fenomeni interfacciali (competitizione adesione-coesione, tensione superficiale, capillarità, bagnabilità, risalita (discesa) di liquidi in tubi capillari e apparente violazione del principio dei vasi comunicanti).

- Principio di Archimede: la spinta di galleggiamento. Esempi ed esercizi di statica dei fluidi (il barometro di Torricelli, fluidi immiscibili in vasi comunicanti, il martinetto idraulico).
- Dinamica dei fluidi. I fluidi ideali e la descrizione dei fluidi in regime stazionario. La portata e la conservazione della massa: equazione di continuità in regime stazionario per fluidi incomprimibili e non. La conservazione dell'energia meccanica nei fluidi in regime stazionario: principio di Bernoulli in assenza e in presenza di attriti (pressione e lavoro/energia per unità di volume). Esempi vari.
- Esempi e applicazioni del Teorema di Bernoulli: fuoriuscita di liquido da un forellino, il tubo di Venturi, il tubo di Pitot, portanza negli aeroplani, scoperchiamento di tetti, apertura di porte e finestre.
- Esempi ed esercizi con Bernoulli: aspiratore ad acqua. Esercizi con Bernoulli generalizzato: potenza meccanica di una pompa, perdite di carico.
- Attrito viscoso. Viscosità e perdite di carico. Calorimetria e temperatura. Fenomeni termici. Temperatura e termometri: la dilatazione termica, la scala centigrada della temperatura e la scala dei gas perfetti. Calore è movimento: la relazione tra temperatura assoluta ed energia cinetica media degli atomi in un gas perfetto. Cambiamenti di temperatura e lavoro microscopico (teorema energia cinetica). Calorimetria. Equilibrio termico (principio 0 della termodinamica) e quantità di calore. Cenni ai diversi modi di trasferire calore (conduzione, convezione, irraggiamento). Trasferimento di calore tra corpi in contatto termico: il punto di vista microscopico e quello macroscopico. L'equazione fondamentale della calorimetria e il bilancio termico-energetico in un sistema isolato. Il calore specifico, la capacità termica.
- Scambi di calore tra corpi. termostati. La temperatura finale di equilibrio come media pesata delle temperature iniziali. Esempi ed esercizi di calorimetria. Cambiamenti di stato e calori latenti. Esempi ed esercizi di calorimetria.
- Esercizi di calorimetria con calori latenti. Termodinamica. Sistemi termodinamici: grandezze fisiche (P,V,T,N), equilibrio, equazione di stato. Trasformazioni in un sistema termodinamico. Le diverse trasformazioni: quasi-staticità, attriti e reversibilità.
- Lavoro delle forze di pressione in un sistema termodinamico. Cenno ai gas perfetti (equazione di stato). Lavoro e calore nelle trasformazioni cicliche. Equivalenza calore-lavoro. Cenni ai limiti imposti dal II principio. Primo principio della Termodinamica per trasformazioni arbitrarie tra stati di equilibrio. Conservazione dell'energia in un sistema in cui avvengano scambi termici: l'energia interna e il I principio.
- Parallelo con il caso meccanico. Macchine termiche dirette e inverse: diagramma dei flussi di calore e lavoro. Rendimenti delle macchine dirette e inverse. Enunciato del II principio della Termodinamica: Kelvin e Clausius. Conseguenze del II principio sui rendimenti delle macchine termiche.
- Disuguaglianza di Clausius. Ancora sui rendimenti delle macchine termiche: la disuguaglianza fondamentale dei rendimenti (macchine reversibili e macchine reali). Proprietà universali delle macchine reversibili e scala termodinamica assoluta di temperatura. Macchine frigorifere reali e confronto con il frigorifero ideale.
- Elettrostatica. Carica elettrica, forza di Coulomb. Confronto tra forza elettrostatica e forza gravitazionale. Campo elettrico e linee di campo. Additività delle forze e dei campi elettrici.
- Lavoro della forza elettrostatica. Energia potenziale elettrostatica e potenziale elettrostatico. Accelerazione di cariche in campo elettrico: il tubo catodico e lo spettrometro di massa; scariche elettriche (i fulmini e la rigidità dielettrica dei materiali). La corrente elettrica: la resistenza elettrica del materiale e la prima legge di Ohm. Meccanismi microscopici legati alle correnti elettroniche nei materiali. L'origine microscopica della resistenza elettrica. La seconda legge di Ohm. La potenza dissipata in un conduttore: effetto Joule. Resistenze in serie e in parallelo.
- Esercitazione. La radiazione elettromagnetica. Campi variabili nel tempo. Onde elettromagnetiche nel vuoto: periodicità spaziale e temporale, la terna E,B,k. Lo spettro elettromagnetico, la finestra del visibile. Luce e fotoni. Energia dei fotoni e frequenza/lunghezza d'onda. Differenti frequenze eccitano diversi gradi di libertà nella materia: IR, Vis, UV.
- Onde elettromagnetiche. Spettro della radiazione elettromagnetica: IR, Vis, UV. Assorbimento della radiazione nella materia: assorbanza e coefficiente di assorbimento. La spettroscopia di assorbimento nell'UV-Visibile. La fotosintesi clorofilliana.
Prerequisiti
Algebra elementare; trigonometria; logaritmi; funzioni e loro proprietà; derivata e integrale definito (loro interpretazione geometrica).
E' fortemente consigliato avere seguito il corso di Matematica.
Metodi didattici
Lezioni frontali in aula durante le quali si spiegano i concetti teorici e si svolgono esercizi.
Materiale di riferimento
Sito del corso.
Il materiale pubblicato sul sito (traccia delle lezioni, programma dettagliato svolto e da svolgere, prove d'esame) e gli appunti del corso rappresentano solo una guida per lo studente, il quale dovrà comunque studiare, cominciando dalla teoria, su un buon testo di Fisica Generale (ne verranno indicati alcuni). Lo studio della teoria è fondamentale per la preparazione della prova scritta, oltre che di quella orale.
Modalità di verifica dell’apprendimento e criteri di valutazione
L'esame prevede una prova scritta (contenente anche esercizi di carattere più teorico) e una prova orale sui contenuti del corso. Sono inoltre presenti due prove in itinere, il cui superamento consente di accedere direttamente alla prova orale al primo appello ordinario disponibile.
Criteri di valutazione: correttezza, chiarezza e coerenza dell'esposizione orale e dell'impostazione dell'elaborato scritto; capacità di stabilire collegamenti tra i diversi argomenti trattati nel corso; capacità di inquadrare un esercizio nel giusto contesto teorico; corretto uso della terminologia scientifica e tecnica e delle unità di misura; capacità di impostare correttamente lo svolgimento degli esercizi, individuando gli strumenti matematici necessari.
FIS/07 - FISICA APPLICATA (A BENI CULTURALI, AMBIENTALI, BIOLOGIA E MEDICINA) - CFU: 6
Esercitazioni: 32 ore
Lezioni: 32 ore
Docente: Falqui Andrea
Docente/i
Ricevimento:
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Dipartimento di Fisica