FISICA
cod. 00405

Anno accademico 2011/12
1° anno di corso - Secondo semestre
Docente
Settore scientifico disciplinare
Fisica applicata (a beni culturali, ambientali, biologia e medicina) (FIS/07)
Field
Discipline matematiche, fisiche, informatiche e statistiche
Tipologia attività formativa
Base
64 ore
di attività frontali
8 crediti
sede: PARMA
insegnamento
in - - -

Obiettivi formativi

Il corso intende fornire le nozioni di base indispensabili per comprendere le leggi fisiche e le proprietà della materia, con una particolare attenzione per gli approfondimenti utili alla comprensione dei processi chimici e biologici.

Prerequisiti

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Contenuti dell'insegnamento

LE GRANDEZZE FISICHE.
IL CALCOLO VETTORIALE.
IL MOTO.
LA FORZA E IL MOTO.
L'ENERGIA E IL LAVORO.
LA QUANTITA’ DI MOTO.
IL MOTO ROTAZIONALE.
FLUIDI.
VIBRAZIONI E ONDE.
TEMPERATURA E CALORE.
LE LEGGI DELLA TERMODINAMICA.
CARICA ELETTRICA E CAMPO ELETTRICO.
IL POTENZIALE ELETTRICO E L’ENERGIA ELETTRICA: I CONDENSATORI
CORRENTE ELETTRICA.
MAGNETISMO.
LE ONDE ELETTROMAGNETICHE.
OTTICA GEOMETRICA.

Programma esteso

INTRODUZIONE
Unità di misura e dimensioni delle grandezze fisiche. Misura e incertezza. Grandezze assolute e grandezze derivate. Criterio di omogeneità dimensionale. Sistemi di unità di misura: cgs, mks, SI. Passaggio da un sistema di misura ad un altro. La matematica in fisica.

CALCOLO VETTORIALE.
Le grandezze scalari e vettoriali. Somme e differenze di vettori con il metodo grafico. Le componenti di un vettore. I versori. Le operazioni con le componenti. Prodotto scalare e prodotto vettoriale.

IL MOTO.
Il moto rettilineo. Posizione e spostamento. Velocità e accelerazione media. Velocità e accelerazione istantanea. Diagrammi spazio tempo. Moto uniformemente accelerato. Il moto dei gravi in caduta libera. Il moto in due dimensioni. Il moto di un proiettile: equazione della traiettoria. Il moto circolare uniforme: la velocità angolare e l’accelerazione centripeta. Il periodo e la frequenza.

FORZA E MOTO.
La prima legge di Newton. Forza e Massa. La misura delle forze e delle masse. La seconda legge di Newton. I sistemi di riferimento inerziali. Alcune forze particolari: forza di gravità, forza peso, forza normale, forza di una molla, tensione in una corda, forze d’attrito: attrito statico e dinamico. La terza legge di Newton. Il moto circolare uniforme: forza centripeta e moto circolare. Il moto circolare e la gravitazione. La legge di gravitazione universale. Le leggi di Keplero. Tipi di forze in natura.

ENERGIA E LAVORO.
Il lavoro e l’energia cinetica. Il lavoro compiuto da una forza costante e da una forza variabile. Il teorema dell’energia cinetica. L’energia potenziale. Le forze conservative e non conservative. Il principio di conservazione dell’energia.
Il moto armonico semplice: energia cinetica e potenziale nell’oscillatore armonico.

LA QUANTITA’ DI MOTO.
La quantità di moto e la relazione con la forza. La conservazione della quantità di moto. L’impulso e la quantità di moto. Urti elastici e anelastici. Il centro di massa e il moto traslazionale. Il centro di gravità

IL MOTO ROTAZIONALE.
Velocità e accelerazione angolari: accelerazione centripeta e accelerazione tangenziale. Il momento torcente di una forza. La dinamica rotazionale. Il momento torcente e il momento di inerzia. Il momento angolare e la sua conservazione. Corpi in equilibrio.

FLUIDI.
La massa volumica. La densità relativa. La pressione nei fluidi. Principio di Pascal. Principio di Archimede. La dinamica dei Fluidi. Equazione di continuità. Il teorema di Bernoulli. La viscosità. Flusso in un tubo: la legge di Poiseuille. La tensione superficiale. Capillarità. Diffusione e legge di Fick. Fenomeni osmotici e pressione osmotica.

VIBRAZIONI E ONDE.
Il moto armonico semplice. Il periodo e la funzione sinusoidale. Il pendolo semplice. Il moto armonico smorzato. Il moto di un’onda. Onde trasversali e longitudinali. L’energia trasportata da un’onda. Riflessione e interferenza di onde. Risonanza, rifrazione e diffrazione.

TEMPERATURA E CALORE.
La temperatura e il calore. L’equilibrio termico e la legge zero della termodinamica. La misura della temperatura. Le scale di temperatura. Il gas ideale. La teoria cinetica dei gas. La interpretazione molecolare della temperatura. L’energia cinetica media e la velocità quadratica media. Il calore come trasferimento di energia. La caloria e il Joule. Il calore specifico. Calori specifici molari: Cp e Cv. La calorimetria. Il calore latente. Il trasferimento del calore: conduzione, convezione e irraggiamento.

LE LEGGI DELLA TERMODINAMICA.
Il primo principio della termodinamica. Il diagramma pressione volume. Trasformazioni adiabatiche, isocore, isoterme e a ciclo chiuso. Il lavoro nelle trasformazioni termodinamiche. Il secondo principio della termodinamica. L’entropia. Ordine e disordine. L’interpretazione statistica dell’entropia. Le macchine termiche e refrigeranti. Il ciclo di Carnot. Le enunciazioni del secondo principio della termodinamica secondo Kelvin-Plank e Clausius. Il ciclo di Carnot.

CARICA ELETTRICA E CAMPO ELETTRICO.
L’elettricità statica. La carica elettrica e la sua conservazione. La carica elettrica negli atomi. Conduttori ed isolanti. La legge di Coulomb. Il campo elettrico. Il principio di sovrapposizione. Le linee di campo. Il flusso del campo elettrico. Il teorema di Gauss. Applicazioni del teorema di Gauss.

IL POTENZIALE ELETTRICO E L’ENERGIA ELETTRICA: I CONDENSATORI.
Il potenziale elettrico e la differenza di potenziale. La relazione tra campo elettrico e potenziale elettrico. Le linee equipotenziali. Il potenziale elettrico di una carica puntiforme. Dipoli elettrici. I condensatori. La capacità elettrica. I materiali dielettrici.

CORRENTE ELETTRICA.
La pila. La corrente elettrica e il moto delle cariche. La legge di Ohm. Resistenza e resistori. Resistività. La potenza elettrica. Aspetti microscopici della corrente elettrica. Resistenze in serie e in parallelo. L’energia nei circuiti elettrici. Combinazione di resistori. Principi di Kirchhoff. Circuiti con condensatori in serie e in parallelo. Amperometri e voltmetri.

MAGNETISMO.
Magneti e campi magnetici. Forze su una corrente e definizione di campo magnetico. Forze su cariche in moto in un campo magnetico. Campi magnetici generati da corrente. La legge di Ampère. Il momento della forza agente su una spira. Forza elettromotrice indotta. Legge di Faraday e legge di Lenz. Generatori elettrici.

LE ONDE ELETTROMAGNETICHE.
Le equazioni di Maxwell. Le onde elettromagnetiche. La luce come onda elettromagnetica. Lo spettro elettromagnetico. La velocità della luce. L’energia trasportata dalle onde elettromagnetiche.

OTTICA GEOMETRICA.
Riflessione e specchi piani. La luce. L’indice di rifrazione. Rifrazione e legge di Snell. La riflessione totale. Lenti sottili e diagrammi a raggi. Equazione delle lenti sottili.
Il principio di Huygens e la diffrazione. Il principio di Huygens e la rifrazione. Interferenza. Diffrazione. Polarizzazione. Spettrometri e strumenti ottici.

Bibliografia

Jewett and Serway, Principi di Fisica (4 edizione)-EdiSES
Walker JS Fondamenti di Fisica (4 edizione)-Pearson
Douglas C. Giancoli “Fisica” Casa Editrice Ambrosiana (2 Edizione).

Metodi didattici

Il corso consiste in lezioni frontali in aula comprendenti la discussione di numerosi problemi ed esercizi. Le lezioni vengono svolte avvalendosi di proiezioni di documenti realizzati con Powerpoint che riassumono i concetti e le illustrazioni del testo.

Modalità verifica apprendimento

prova scritta e prova orale

Altre informazioni

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