Advanced topics in physics
A.A. 2022/2023
Obiettivi formativi
Knowledge of physical phenomena and methods, which are compulsory for the study of geophysics: gravitational field; dynamics of rigid bodies; oscillatory systems and wave phenomena; basic theory of electromagnetic fields. The discussion of these topics requires the knowledge of some mathematical concepts (differential operators, partial differential equations and basic methods for their analytical solution), which are introduced during the lectures.
Risultati apprendimento attesi
At the end of the course unit, the students will acquire:
1) Knowledge skills (ability to describe, in correct mathematical and physical terms, the motion of rigid bodies, the gravitational field, the behavior of oscillatory systems and wave phenomena, the propagation of electromagnetic waves; ability to solve problems, referred to these topics);
2) Communication skills (ability of exposing scientific topics, related to basic elements of mechanics and electrodynamics);
3) Learning skills (ability to read scientific papers and books to improve the knowledge on the topics introduced during the lectures).
1) Knowledge skills (ability to describe, in correct mathematical and physical terms, the motion of rigid bodies, the gravitational field, the behavior of oscillatory systems and wave phenomena, the propagation of electromagnetic waves; ability to solve problems, referred to these topics);
2) Communication skills (ability of exposing scientific topics, related to basic elements of mechanics and electrodynamics);
3) Learning skills (ability to read scientific papers and books to improve the knowledge on the topics introduced during the lectures).
Periodo: Secondo semestre
Modalità di valutazione: Esame
Giudizio di valutazione: voto verbalizzato in trentesimi
Corso singolo
Questo insegnamento non può essere seguito come corso singolo. Puoi trovare gli insegnamenti disponibili consultando il catalogo corsi singoli.
Programma e organizzazione didattica
Edizione unica
Responsabile
Periodo
Secondo semestre
Programma
- Campo gravitazionale: equazioni di Poisson e Laplace, armoniche sferiche, distribuzione di Dirac e concetto di massa puntiforme.
- Meccanica avanzata: rotazione di un corpo rigido e applicazioni.
Onde e oscillazioni: oscillazioni libere di sistemi semplici (pendolo, molla, circuito LC), modi normali di oscillazione, battimenti; oscillazioni trasversali di una corda continua, equazione d'onda, analisi di Fourier; oscillazioni forzate e smorzate, risonanza; onde progressive, velocità di fase, modulazione e velocità di gruppo; energia e intensità delle onde; riflessione e trasmissione delle onde; principio di sovrapposizione e interferenza.
- Onde elettromagnetiche: equazioni di Maxwell nel vuoto e nella materia; Energia, quantità di moto e momento angolare trasportati dai campi elettromagnetici; polarizzazione lineare e circolare; onde elettromagnetiche in materiali di interesse geofisico, modello microscopico della materia.
La presentazione degli argomenti sopra elencati è supportata dal richiamo di alcuni concetti base della fisica-matematica: definizione e significato fisico degli operatori differenziali (gradiente, divergenza, rotore, laplaciano); le trasformate di Fourier e di Laplace e il loro utilizzo per la soluzione di equazioni alle derivate parziali; metodi di separazione delle variabili per la soluzione di equazioni d'onda, problema agli autovalori, funzioni di Green.
- Meccanica avanzata: rotazione di un corpo rigido e applicazioni.
Onde e oscillazioni: oscillazioni libere di sistemi semplici (pendolo, molla, circuito LC), modi normali di oscillazione, battimenti; oscillazioni trasversali di una corda continua, equazione d'onda, analisi di Fourier; oscillazioni forzate e smorzate, risonanza; onde progressive, velocità di fase, modulazione e velocità di gruppo; energia e intensità delle onde; riflessione e trasmissione delle onde; principio di sovrapposizione e interferenza.
- Onde elettromagnetiche: equazioni di Maxwell nel vuoto e nella materia; Energia, quantità di moto e momento angolare trasportati dai campi elettromagnetici; polarizzazione lineare e circolare; onde elettromagnetiche in materiali di interesse geofisico, modello microscopico della materia.
La presentazione degli argomenti sopra elencati è supportata dal richiamo di alcuni concetti base della fisica-matematica: definizione e significato fisico degli operatori differenziali (gradiente, divergenza, rotore, laplaciano); le trasformate di Fourier e di Laplace e il loro utilizzo per la soluzione di equazioni alle derivate parziali; metodi di separazione delle variabili per la soluzione di equazioni d'onda, problema agli autovalori, funzioni di Green.
Prerequisiti
Conoscenze di base di meccanica (cinematica e dinamica di un corpo puntiforme), ottica geometrica, campi elettrici e magnetici.
Metodi didattici
Gli insegnamenti saranno organizzati con lezioni frontali (4 cfu, corrispondenti a 32 ore) ed esercitazioni (2 cfu, corrispondenti a 24 ore). Saranno possibili e attivate, se necessario, attività didattiche a supporto di studenti con scarse conoscenze di base di fisica e matematica.
Materiale di riferimento
Appunti del docente, disponibili su Ariel.
Libri di testo suggeriti:
a) "Fundamentals of Geophysics", di W. Lowrie, Cambridge University Press
b) "A Student's Guide to Geophysical Equations", W. Lowrie, Cambridge University Press
c) "Geodynamics", D.L. Turcotte & G. Schubert, Cambridge University Press
Libri di testo suggeriti:
a) "Fundamentals of Geophysics", di W. Lowrie, Cambridge University Press
b) "A Student's Guide to Geophysical Equations", W. Lowrie, Cambridge University Press
c) "Geodynamics", D.L. Turcotte & G. Schubert, Cambridge University Press
Modalità di verifica dell’apprendimento e criteri di valutazione
L'esame consiste in una prova scritta, seguita da un colloquio orale.
La prova scritta consiste nella soluzione, in 2 ore, di 3 o 4 esercizi sugli argomenti trattati a lezione. L'esito positivo della prova scritta vale per l'intero anno accademico e dà accesso al colloquio orale.
Il colloquio orale inizia con la discussione della prova scritta e copre l'intero programma del corso.
La valutazione finale sarà basata sui seguenti criteri: corretta soluzione dei problemi; conoscenza degli argomenti trattati durante le lezioni; ragionamento critico; abilità nell'uso del lessico specialistico.
Il punteggio finale sarà espresso in trentesimi.
La prova scritta consiste nella soluzione, in 2 ore, di 3 o 4 esercizi sugli argomenti trattati a lezione. L'esito positivo della prova scritta vale per l'intero anno accademico e dà accesso al colloquio orale.
Il colloquio orale inizia con la discussione della prova scritta e copre l'intero programma del corso.
La valutazione finale sarà basata sui seguenti criteri: corretta soluzione dei problemi; conoscenza degli argomenti trattati durante le lezioni; ragionamento critico; abilità nell'uso del lessico specialistico.
Il punteggio finale sarà espresso in trentesimi.
FIS/01 - FISICA SPERIMENTALE
FIS/02 - FISICA TEORICA, MODELLI E METODI MATEMATICI
FIS/03 - FISICA DELLA MATERIA
FIS/04 - FISICA NUCLEARE E SUBNUCLEARE
FIS/05 - ASTRONOMIA E ASTROFISICA
FIS/07 - FISICA APPLICATA (A BENI CULTURALI, AMBIENTALI, BIOLOGIA E MEDICINA)
FIS/02 - FISICA TEORICA, MODELLI E METODI MATEMATICI
FIS/03 - FISICA DELLA MATERIA
FIS/04 - FISICA NUCLEARE E SUBNUCLEARE
FIS/05 - ASTRONOMIA E ASTROFISICA
FIS/07 - FISICA APPLICATA (A BENI CULTURALI, AMBIENTALI, BIOLOGIA E MEDICINA)
Esercitazioni pratiche con elementi di teoria: 24 ore
Lezioni: 32 ore
Lezioni: 32 ore
Docente:
Piovella Nicola Umberto Cesare
Docente/i
Ricevimento:
mercoledì 15.30-17.30
5 piano, edificio LITA stanza A/5/C1