Ufficio: Dipartimento di Fisica, Cittadella Universitaria di Monserrato 070.675.4901 (4983)
Giorno e Orario di ricevimento studenti: dopo la lezione o per appuntamento.
SSD (Settore Scientifico Disciplinare): FIS/01 Codice insegnamento: 60/62/20 CFU (Crediti Formativi Universitari): 8 (64 ore lezioni frontali) Tipologia: di base (BA) Integrato: no Accorpato dall'insegnamento di Fisica del CdL Scienze Geologiche
Anno di corso: 1° Semestre: I e II Sede lezioni: Cittadella Universitaria Monserratoe Dipartimento Scienze della Terra Orario lezioni: orario laurea I livello
Prerequisiti Conoscenze matematiche di base: Aritmetica (operazioni, potenze, frazioni, proporzioni), Geometria (figure piane e solidi, teorema di Pitagora ed Euclide), Algebra (Monomi, polinomi, equazioni e sistemi almeno sino al 2 grado, logaritmi), Trigonometria (Funzioni trigonometriche, risoluzione dei triangoli), Analisi (almeno i concetti fondamentali) (Funzioni e rappresentazione di funzioni, limiti e derivate, integrali) Vettori ( definizione e operazioni fra vettori, rappresentazione di vettori).
Propedeuticità Fisica è propedeutica a tutti gli insegnamenti del 3° anno
Obiettivi dell’insegnamento Acquisizione delle idee fondamentali alla base della fisica: saper definire e misurare le grandezze fisiche, conoscere le relazioni fra esse e saper utilizzare le leggi che le descrivono. Saper collegare le conoscenze delle diverse discipline scientifiche e in particolare la fisica con le altre discipline affrontate nel corso di laurea in Scienze geologiche (densità e proprietà dei materiali, pressione e climi, termodinamica ed elettromagnetismo e chimica, ottica e mineralogia, etc).
Conoscenze, abilità e comportamenti attesi con riferimento agli obiettivi di apprendimento Conoscenze (sapere): acquisizione delle idee fondamentali alla base dei diversi argomenti di fisica affrontati: meccanica, onde, termodinamica, fluidi, elettromagnetismo e ottica. In particolare saper collegare le grandezze incontrate nelle diverse parti (come l’energia) e i principi (come i principi di conservazione). Rendersi conto dei limiti delle teorie e dei campi di applicazione delle stesse. Abilità/Capacità (saper fare): saper impostare e risolvere problemi di fisica, saper valutare le dimensioni delle grandezze (usare le unità di misura correttamente), saper interpretare tabelle e schemi, saper rappresentare andamenti graficamente e ‘leggere’ grafici. Saper fare collegamenti e avere un’idea dell’uso dei modelli nelle scienze. Comportamenti (saper essere): acquisire un atteggiamento di osservazione e maturare un’esigenza di comprensione profonda nei confronti del mondo naturale. Saper mettere in discussione le idee maturate ascoltando il punto di vista degli altri (anche nel senso delle altre discipline) e sottoporle a verifica. Acquisire la capacità di utilizzare le conoscenze e le abilità scientifiche acquisite per migliorare le condizioni della società e dell’ambiente.
Programma
I MODULO
INTRODUZIONE Grandezze fisiche, campioni, unità di misura. Equazioni dimensionali. Cifre significative, notazione scientifica. Misure ed errori.
MECCANICA Il moto. Moto di un 'punto'. La velocità e l'accelerazione. Le forze. L'equilibrio e il principio d'inerzia. Il moto rettilineo uniforme. I vari tipi di forze: le interazioni fondamentali, la reazione vincolare, la forza di attrito. Il moto uniformemente accelerato. Moti piani: Composizione di moti. L'accelerazione radiale e tangenziale. Il piano inclinato. Il moto parabolico. Il moto circolare uniforme. Il secondo principio della dinamica: F = m a.
Le interazioni fondamentali a lungo raggio d'azione: La legge di gravitazione universale e la legge di Coulomb. Dalla concezione dell'interazione a distanza a quella di campo. Massa e carica elettrica. Densità e densità media. Massa gravitazionale e massa inerziale. Il campo gravitazionale e il campo elettrico. I vettori g ed E. Rappresentazione dei campi vettoriali: le linee di campo. Il principio di sovrapposizione. Il peso. Il campo gravitazionale terrestre. Regioni 'piccole': campo uniforme - Caduta dei gravi - Moto del proiettile.
L'energia Energia cinetica. Lavoro meccanico. Teorema dell'energia cinetica (dimostrazione per il caso di forza costante). Campi conservativi (dimostrazione nel caso gravitazionale 'uniforme'). Energia potenziale. Principio di conservazione dell'energia meccanica. Il baricentro e il moto del baricentro
ELETTROMAGNETISMO Ripasso: legge di Coulomb, carica elettrica, campo elettrico. Il vettore E Le correnti elettriche Parallelo fra campo elettrico e campo gravitazionale Il potenziale elettrico e il lavoro nel campo elettrico Moto di cariche in campo elettrico Cariche in moto in gas, liquidi, solidi Intensita' di corrente La resistenza e le leggi di Ohm La potenza L'effetto Joule La legge di Kirchhoff ai nodi Resistenze in serie e parallelo Conduttori metallici isolati in equilibrio elettrostatico Cenni sui Condensatori
Il campo magnetico Campo dovuto a un filo rettilineo percorso da corrente continua Il vettore B La forza di Lorentz Azione di un campo magnetico su una corrente Cenni sul campo magnetico terrestre II MODULO
SOLIDI E FLUIDI Solidi e fluidi - Densità e Peso specifico Pressione Elasticità dei corpi e limite di elasticità Sforzo di trazione e deformazione. Modulo di Young Sforzo di taglio ed elasticità tangenziale Compressione e compressibilità isoterma Fluidi in equilibrio: Pressione in un fluido Pressione di Stevino - Vasi comunicanti Principio di Pascal e pressa idraulica Variazione di pressione con la quota nell'atmosfera Principio di Archimede Fluidi in moto: Il campo idrodinamico, linee e tubi di flusso Fluido ideale Principio di continuità e Portata volumica Equazione di Bernoulli ed Effetto Venturi Corrente fluida viscosa - Legge di Poiseuille Turbolenza e Numero di Reynolds
ONDE Onde mono-bi-tridimensionali Onde longitudinali e trasversali Onde sulla corda, sull'acqua e onde sonore Impulsi e onde periodiche: periodo, frequenza, lunghezza d'onda, velocità Principio di sovrapposizione Riflessione, trasmissione, rifrazione di onde Il principio di Huygens Interferenza e diffrazione di onde sull'acqua Le linee nodali Modello ondulatorio della luce e suoi limiti Colori e lunghezza d'onda Lo spettro elettromagnetico Interferenza e diffrazione della luce La polarizzazione delle onde elettromagnetiche. I fotoni e l’energia quantizzata.
OTTICA (GEOMETRICA) Comportamento della luce - L'ottica geometrica Sorgenti luminose - Propagazione della luce Assorbimento, Trasmissione, Diffusione Riflessione, Rifrazione, Dispersione Legge di Snell - Indice di rifrazione - Riflessione totale Specchi e Lenti sottili: Legge degli specchi - Formula delle lenti Approssimazione parassiale e piccola apertura: le approssimazioni di Gauss Immagini reali e virtuali Costruzione delle immagini Lastra a facce piane parallele e Prisma Strumenti ottici: microscopio composto Ingrandimento lineare Limiti dell'ottica geometrica
TERMODINAMICA Sistemi termodinamici: approccio microscopico e macroscopico Sistemi aperti, chiusi, isolati Stati di equilibrio e parametri di stato Il gas perfetto Energia cinetica media e Temperatura Energia totale ed Energia interna La pressione di un gas Scambi di energia e Calore Equazione di stato dei gas perfetti Piano PV e trasformazioni termodinamiche L'energia interna Energia interna e Temperatura Termometri e scale termometriche Lavoro nelle trasformazioni termodinamiche aperte e chiuse Il primo principio della termodinamica Il calore Equivalenza fra calore ed energia meccanica. Il secondo principio della termodinamica. I cicli e il rendimento. Le possibilità di conversione dell'energia L'entropia L'entropia come misura del disordine. Disordine e probabilità L'aumento di entropia per trasformazioni irreversibili in un sistema isolato Cenni all'entropia negli esseri viventi
Testi di riferimento Testi adottati: Serway, "Principi di Fisica", EdiSES (vol.unico) oppure: Cutnell-Johnson, "Fisica", Zanichelli oppure: Ugo Amaldi, "Corso di Fisica", Zanichelli (2 vol.) Testi di consultazione: "Fisica a cura del PSSC", Zanichelli Halliday-Resnich-Walker, "Fondamenti di Fisica", Ambrosiana Ragozzino-Giordano-Milano, "Fondamenti di Fisica", EdiSES Paul A. Tipler, "Invito alla Fisica", Zanichelli
Modalità di erogazione: tradizionale
Strumenti didattici: le lezioni si svolgono principalmente facendo i conti insieme alla lavagna, ma vengono utilizzati in certi momenti anche lucidi, fotocopie, presentazioni e tabelle.
Metodi didattici: lezioni frontali con esercitazioni
Lingua di insegnamento: italiano
Materiale didattico a disposizione degli studenti: tabelle, fotocopie, indicazione di testi vengono date in aula o in colloqui richiesti in qualunque momento. Via e-mail vengono inviati gli argomenti delle singole lezioni svolte agli studenti che lo richiedono e forniscono l’indirizzo e-mail.
Modalità d’esame: L’esame consiste in una prova orale in cui viene fatta almeno una domanda per ogni argomento del corso (meccanica, elettromagnetismo, ottica…) e alla fine viene attribuito un voto in trentesimi. Condizione per superare l’esame è che si dimostri di possedere le nozioni di base di tutti gli argomenti. Particolarmente apprezzata è la capacità di passare da un argomento all’altro mettendo in evidenza i collegamenti e i punti in comune. E’ prevista la possibilità di prove intermedie non sbarranti in itinere, scritte e/o orali, da concordare con gli studenti frequentanti. Le eventuali prove scritte consistono in problemi sugli argomenti svolti. E’ consentito l’uso di qualunque materiale come appunti, schemi, formulari, calcolatrice. Il superamento di una prova scritta solleva dall’orale degli argomenti affrontati nello scritto, ma non dalla loro conoscenza necessaria per la comprensione delle altre parti oggetto di domande orali.
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