Obiettivi formativi
Il corso si propone di fornire le nozioni di base indispensabili per una comprensione dei meccanismi e delle leggi che governano la natura e che stanno alla base delle proprietà della materia, con particolare attenzione ad approfondimenti utili alla comprensione dei processi chimici e biologici.
Gli esperimenti di laboratorio mostreranno alcune applicazioni pratiche.
Prerequisiti
Conoscenza di base di calcolo algebrico e analisi matematica
Contenuti dell'insegnamento
Grandezze e unita' di misura. Sistemi di coordinate. Vettori. MECCANICA. Forza. Spostamento. Velocita'. Accelerazione. Moti notevoli. Leggi di Newton. Forza di gravita'. Velocita' relativa. Forza normale. Forza di attrito. Forza elastica. Forza centripeta. Moto circolare uniforme e non-uniforme. Moti periodici. Legge di gravitazione universale. Lavoro. Energia cinetica. Energia potenziale. Conservazione dell'energia meccanica. Principio di conservazione dell'energia generalizzato. Potenza. Quantita' di moto e sua conservazione. Impulso. Urti. FLUIDI. Pressione. Legge di Stevino. Principio di Pascal. Principio di Archimede. Flusso laminare e turbolento. Portata. Equazione di continuita’. Equazione di Bernoulli. Teorema di Torricelli. Tubo di Venturi. Equazione di Poiseuille. Tensione superficiale. TERMODINAMICA. Temperatura e scale termometriche. Principio zero della termodinamica. Dilatazione termica. Equazione di stato dei gas perfetti e dei gas reali. Teoria cinetica dei gas. Diffusione e legge di Fick. Calore. Capacita’ termica e calore specifico. Calore latente e cambiamenti di fase. Conduzione, convezione e irraggiamento. Primo principio della termodinamica. Isobare. Isocore. Isoterme. Adiabatiche. Cicli. Calori specifici a P costante e V costante per un gas perfetto. Secondo principio della termodinamica. Macchine termiche e rendimento. Ciclo di Carnot. Entropia. ELETTROMAGNETISMO. Carica elettrica. Conduttori e isolanti. Conduzione e induzione. Legge di Coulomb. Campo elettrico. Distribuzioni particolari di cariche e campo elettrico generato. Flusso del campo elettrico. Legge di Gauss. Energia potenziale elettrica. Potenziale elettrico. Circuiti. Condensatori. Corrente elettrica. Resistenze. Legge di Ohm. Potenza elettrica. Effetto Joule. Campo magnetico. Forza magnetica. Moto di una particella carica in un campo magnetico uniforme. Forza di Lorentz. Fili e spire. Legge di Ampere. Solenoidi. Magnetismo nella materia. Flusso del campo magnetico. Legge di Faraday dell’induzione. Legge di Lenz. Conduttore in moto in un campo magnetico uniforme. Generalizzazione del teorema di Ampere. Equazioni di Maxwell nel vuoto. OTTICA. Onda elettromagnetica. Spettro elettromagnetico. Riflessione e rifrazione. Legge di Snell. Riflessione totale. Lenti. Formazione delle immagini. Relazione tra i punti coniugati. Formula dei costruttori di lenti. Diffrazione. Interferenza.
ELEMENTI DI TEORIA DEGLI ERRORI. Tipi di errore. Distribuzione degli errori: deviazione standard e distribuzione normale. Legge di propagazione degli errori. Fitting ai minimi quadrati per la retta; approssimazioni non lineari. Test del chi-quadrato. ESPERIMENTI. Verifica della legge di Ohm. Ottica geometrica (prismi, lenti): misurazione dell'indice di rifrazione.
Programma esteso
LEZIONI FRONTALI:
Grandezze e unità di misura. Analisi dimensionale. Sistemi di coordinate. Vettori: scomposizione, somma, differenza, prodotto per uno scalare, prodotto scalare e vettoriale. Versori. MECCANICA. Forza. Spostamento. Velocità media e istantanea. Moto rettilineo uniforme, leggi orarie. I legge del moto di Newton. Accelerazione media e istantanea. Moto uniformemente accelerato, leggi orarie. Diagrammi spazio-tempo e velocità-tempo. II legge del moto di newton. III legge del moto di Newton. Moti in due/tre dimensioni. Diagramma di corpo libero. Forza di gravità. Caduta libera. Moto del proiettile. Velocità relativa. Forza normale. Forza di attrito (statico e dinamico). Forza di attrito viscoso. Forza elastica e legge di Hook. Forza centripeta e moto circolare uniforme. Pendolo conico. Moto circolare non uniforme. Moti oscillatori. Moto armonico semplice. Legge di gravitazione universale. Lavoro. Teorema dell'energia cinetica. Energia potenziale. Energia potenziale gravitazionale ed elastica. Conservazione dell'energia meccanica. Forze conservative e forze dissipative. Principio di conservazione dell'energia generalizzato. Potenza. Quantità di moto e sua conservazione. Impulso. Urti. FLUIDI. Pressione. Legge di Stevino. Principio di Pascal. Principio di Archimede. Flusso laminare e turbolento. Portata. Equazione di continuità. Equazione di Bernoulli. Teorema di Torricelli. Tubo di Venturi. Portanza. Equazione di Poiseuille. Tensione superficiale. TERMODINAMICA. Temperatura e scale termometriche. Principio zero della termodinamica. Dilatazione termica di solidi e liquidi. Comportamento dell'acqua. Equazione di stato dei gas perfetti. Teoria cinetica dei gas. Gas reali. Diffusione e legge di Fick. Calore. Capacità termica e calore specifico. Calore latente e cambiamenti di fase. Meccanismi di trasferimento di energia nei processi termici: conduzione, convezione e irraggiamento. Primo principio della termodinamica. Trasformazioni reversibili e irreversibili. Isobare. Isocore. Isoterme. Adiabatiche. Cicli. Calori specifici a P costante e V costante per un gas perfetto. Secondo principio della termodinamica. Macchine termiche e rendimento. Ciclo di Carnot. Frigoriferi. Entropia e riformulazione del secondo principio. Legame tra entropia e lavoro. ELETTROMAGNETISMO. Carica elettrica. Conduttori e isolanti. Trasferimento di cariche per conduzione e induzione. Legge di Coulomb. Campo elettrico e linee di campo. Campo elettrico generato da distribuzioni particolari di cariche. Distribuzione della carica in un conduttore. Flusso del campo elettrico. Legge di Gauss. Campo elettrico ricavato dalla legge di Gauss per distribuzioni di cariche particolari. Energia potenziale elettrica. Potenziale elettrico. Conservazione dell’energia. Potenziale elettrico generato da una carica puntiforme. Energia potenziale elettrica di un sistema di cariche. Potenziale elettrico di un conduttore carico. Superfici equipotenziali. Circuiti. Condensatori. Capacità. Condensatori in serie e in parallelo. Energia immagazzinata in un condensatore. Dielettrico. Corrente elettrica. Resistenze. Legge di Ohm. Resistività. Potenza elettrica. Effetto Joule. Resistenze in serie e in parallelo. Magnetismo. Dipoli magnetici. Campo magnetico. Forza magnetica. Moto di una particella carica in un campo magnetico uniforme. Forza di Lorentz. Filo percorso da corrente immerso in un campo magnetico. Spire di corrente in un campo magnetico. Campo magnetico prodotto da una corrente elettrica. Legge di Ampere. Forze tra fili e spire percorsi da corrente. Solenoidi. Magnetismo nella materia. Flusso del campo magnetico. Legge di Faraday dell'induzione. Legge di Lenz. Conduttore in moto in un campo magnetico uniforme. Generalizzazione del teorema di Ampere. Equazioni di Maxwell nel vuoto. OTTICA. Relazione tra moti armonici e onde. Parametri delle onde. Teoria corpuscolare e ondulatoria. Onda elettromagnetica. Spettro elettromagnetico. Riflessione e rifrazione. Legge di Snell. Riflessione totale. Lenti. Formazione delle immagini. Relazione tra i punti coniugati. Formula dei costruttori di lenti. Diffrazione. Interferenza.
ESERCITAZIONI DI LABORATORIO:
ELEMENTI DI TEORIA DEGLI ERRORI. Introduzione alla teoria degli errori. Tipi di errore. Distribuzione degli errori: deviazione standard e distribuzione normale. Legge di propagazione degli errori. Fitting ai minimi quadrati per la retta; approssimazioni non lineari. Test del chi-quadrato. Utilizzo del programma "Origin" per l'analisi dei dati. ESPERIMENTI. Verifica della legge di Ohm; fitting ai minimi quadrati. Ottica geometrica (prismi, lenti): misurazione dell'indice di rifrazione di un materiale.
Bibliografia
R.A. Serway e J.W. Jewett, Principi di Fisica, EdiSES.
J.S. Walker, Fondamenti di Fisica, Pearson.
J.R. Taylor, Introduzione all'analisi degli errori, Zanichelli.
Metodi didattici
Lezioni frontali ed esercitazioni di laboratorio.
Modalità verifica apprendimento
Esame scritto concernente sia la risoluzione di problemi che domande sui contenuti e sulle esercitazioni di laboratorio svolte
Altre informazioni
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