Obiettivi formativi
Il corso intende fornire allo studente le conoscenze fondamentali delle leggi della fisica, delle applicazioni delle leggi allo studio dei fenomeni più comuni per poter descrivere ed interpretare tecniche di indagine e di misura che poi saranno utilizzate nei laboratori di ricerca o di lavoro. Particolare attenzione sarà posta alle unità di misura, agli ordini di grandezza, all'uso appropriato dei termini, allo sviluppo delle capacità di sintesi. Verranno illustrate le equazioni fondamentali e applicate, riconoscendo i limiti della loro validità, al caso di semplici problemi.
Prerequisiti
Corsi di Matematica di Base
Contenuti dell'insegnamento
Meccanica-Fluidi-Termodinamica-Elettromagnetismo-Ottica
Programma esteso
Meccanica del punto materiale
Le misure - Unità di misura - Grandezze fisiche - Vettori – Operazioni sui vettori - Il moto - Velocità scalare e vettoriale - Accelerazione - Moto in due e tre dimensioni - Velocità e velocità media - Accelerazione e accelerazione media - Moto dei proiettili - Moto circolare uniforme - Moto relativo – Le leggi di Newton - Le forze - La massa - Applicazioni delle leggi di Newton - Energia cinetica e lavoro - Potenza - Energia potenziale - Forze conservative - Lavoro svolto da forze non conservative - Conservazione dell'energia
Meccanica dei sistemi e dei corpi rigidi
Sistemi di punti materiali - Il centro di massa - Seconda legge di Newton per un sistema di punti materiali - Quantità di moto di un sistema di punti materiali - Conservazione della quantità di moto - Forze esterne e variazioni di energia interna - Urti - Impulso e quantità di moto - Urti elastici in una dimensione - Urti anelastici in una dimensione - Rotazione - Variabili lineari e angolari - Energia cinetica rotazionale - Momento d'inerzia - Momento di una forza - Lavoro, potenza e teorema dell'energia cinetica - Rotolamento - Momento angolare - Conservazione del momento angolare
Meccanica dei fluidi - Onde in mezzi elastici
I fluidi - Densità e pressione - Fluidi a riposo - Misura della pressione - Principio di Pascal - Principio di Archimede - Fluidi ideali in movimento - Linee di flusso ed equazione di continuità - Equazione di Bernoulli - Oscillazioni - Moto armonico semplice, smorzato e forzato - I pendoli - La risonanza - Onde - Onde trasversali e longitudinali - Lunghezza d'onda e frequenza - Velocità di un'onda in moto - Il principio di sovrapposizione - Interferenza - Vettori di fase - Onde stazionarie e risonanza - Onde acustiche - Velocità del suono - Interferenza - Intensità e livello sonoro - Sorgenti di suoni musicali - Battimenti - Effetto Doppler
Gravitazione
La legge di Netwon della gravitazione universale - Massa inerziale e massa gravitazionale - Il peso dei corpi e la caduta dei gravi - Le leggi di Keplero dei moti planetari - Energia potenziale gravitazionale - Satelliti artificiali e sonde interplanetarie
Calore e temperatura
Equilibrio termico e principio zero della termodinamica - Temperatura e calore - La misura della temperatura e le scale termometriche - Espansione termica - Capacità termica e calore specifico - Cambiamenti di stato e calore latente - Propagazione del calore
Il primo principio della termodinamica
Calore e lavoro - Sistema termodinamico - Energia interna - Trasformazioni termodinamiche - Trasformazioni reversibili e irreversibili - Rappresentazione grafica di una trasformazione - Il gas come sistema termodinamico - Lavoro delle forze di pressione - Calore specifico molare a volume costante e a pressione costante - Equazione di stato di un gas ideale - I gas reali e l'equazione di van der Waals - Il primo principio della termodinamica - Calore, lavoro ed energia interna nelle trasformazioni termodinamiche del gas ideale: isoterme, isobare, isocore e adiabatiche.
Il secondo principio della termodinamica
Il funzionamento delle macchine termiche - Le macchine reversibili e il ciclo di Carnot - Irreversibilità dei processi termici - Il secondo principio della termodinamica nelle formulazioni di Kelvin e di Clausius - Rendimento delle macchine termiche - La temperatura termodinamica assoluta e il rendimento del ciclo di Carnot - Macchine frigorifere - La funzione entropia - Variazioni di entropia nelle trasformazioni termodinamiche reversibili e irreversibili - Entropia e macchine termiche - Processi naturali e degradazione dell'energia.
La teoria cinetica dei gas
l modello del gas ideale - Cammino libero medio - Distribuzione delle velocità molecolari - Interpretazione della pressione e della temperatura di un gas - Energia interna e principio di equipartizione - Calori specifici molari di un gas ideale - Interpretazione statistica del secondo principio della termodinamica - Entropia e probabilità: disordine e informazione.
Il campo elettrico
Introduzione all’elettrostatica - Cariche elettriche - Materiali isolanti e conduttori -Legge di Coulomb - Forza elettrica e campo elettrico generato da monopoli - Linee di forza del campo elettrico - Campo generato da coppie di cariche - Dipolo elettrico - Definizione di flusso di un campo vettoriale - Teorema di Gauss - Equivalenza: Legge di Coulomb-Teorema di Gauss - Esempi per l’applicazione del teorema di Gauss - Potenziale elettrico - Calcolo del potenziale a partire dal campo elettrico - Calcolo del campo elettrico a partire dal potenziale elettrico - Superfici equipotenziali - Concetto di condensatore - Capacità elettrica - Esempi di condensatori - Polarizzazione - Dielettrici e costante dielettrica - Legge di Gauss in presenza di dielettrici - Corrente elettrica - Densità di corrente - Legge di Ohm - Spiegazione microscopica della legge di Ohm - Semiconduttori e superconduttori - Potenza - Effetto Joule - Forza elettromotrice - Teorema della maglia - Resistenza in serie ed in parallelo - Teorema del nodo - Carica e scarica di un circuito RC
Il campo magnetico
Introduzione al magnetismo - Campo magnetico - Forza magnetica agente su una particella - Forza di Lorentz - Linee di forza del campo magnetico - Campo magnetico generato da fili percorsi da corrente - Analogia dipolo elettrico-dipolo magnetico - Forza magnetica generata da fili percorsi da corrente - Definizione dell’ Ampère - Campo generato da un solenoide e da un toroide - Fenomeno dell’induzione - Legge di Faraday - Legge di Lenz - L’induttanza - Calcolo dell’induttanza - Circuiti RL - Considerazioni energetiche - Circuiti in corrente alternata - Generatore di corrente alternata – Metodo dei fasori - Circuiti RLC - Proprietà magnetiche della materia - Magnetismo atomico e nucleare - Paramagnetismo - Diamagnetismo - Ferromagnetismo - Ciclo di isteresi
Onde elettromagnetiche e luce
Richiamo delle equazioni di Maxwell - Equazione di propagazione delle onde em - Velocità di propagazione delle onde em - Spettro delle onde em - Generazione di onde em - energia delle onde em - vettore di Poynting - Cenni alla emissione di dipolo elettrico - Definizione di onda polarizzata - Principio di Huygens - Approssimazione raggi luminosi - Riflessione e rifrazione - Dispersione e prismi - Riflessione totale
Ottica geometrica
Specchi e diottri sferici, lenti sottili - Cenno alle aberrazioni delle lenti - Sistemi ottici centrati
Ottica ondulatoria e polarizzazione
Interferenza - Interferenza da più fenditure e da lamine sottili - Interferometro di Michelson - Diffrazione alla Fraunhofer - Reticolo di diffrazione - Potere dispersivo e potere risolutivo dei dispositivi ottici - Polarizzazione della luce: polarizzazione per riflessione e per assorbimento selettivo
Bibliografia
Serway, Jewett - Fisica per Scienze e Ingegneria, EDISES
Giancoli - Fisica, CEA
Giambattista, McGrawHill
Metodi didattici
Lezione tradizionale con numerose esercitazioni
Modalità verifica apprendimento
Saranno verificati con una prova scritta ed una prova orale alla fine del Corso, con prove intermedie scritte di esonero dalla prova scritta finale.
Altre informazioni
Le prove scritte sono semplici e il loro esisto positivo è necessario per l'ammissione alla prova orale
