Obiettivi formativi
L'insegnamento si prefigge di fornire allo studente le nozioni fondamentali della meccanica classica e dell’elettromagnetismo.
Queste nozioni, illustrate anche attraverso un ampio numero di esempi, dovranno consentirgli di impostare e risolvere semplici problemi e di comprendere alcune proprietà fondamentali della materia, derivanti dalle leggi studiate.
In particolare
Conoscenza e capacità di comprensione (knowledge and understanding)
- conoscere e comprendere la terminologia utilizzata nell’ambito della meccanica e dell’l’elettromagnetismo
- conoscenza delle leggi fondamentali e dei principi naturali che governano la meccanica e l’elettromagnetismo.
- conoscenza delle strategie atte a trovare soluzioni specifiche di semplici problemi di meccanica ed elettromagnetismo.
Capacità di applicare conoscenza e comprensione (applying knowledge and understanding)
- risoluzioni di semplici problemi sia in via analitica che numerica inerenti la meccanica dei corpi puntiformi ed estesi e l’elettromagnetismo.
Abilità comunicative (communication skills)
- sviluppo di un linguaggio scientifico corretto, rigoroso e comprensibile che permetta di esporre in modo chiaro e completo le conoscenze e le strategie risolutive imparate nell'insegnamento.
Autonomia di giudizio (making judgements)
- capacità di valutare criticamente i risultati ottenuti nello svolgimento dei problemi.
- capacità di formulare semplici osservazioni appropriate e possibili descrizioni in situazioni concrete prossime a quelle trattate nell'insegnamento.
Capacità di apprendimento (learning skills)
- capacità di applicare le conoscenze acquisite per la risoluzione di problemi originali inerenti la meccanica e l’elettromagnetismo
Prerequisiti
Alcune nozioni di base della Analisi Matematica
In particolare conoscenza operativa della trigonometria di base, equazioni e sistemi di equazioni di primo e secondo grado, esponenziali e logaritmi, funzioni di variabile reale, limiti, derivate ed integrali.
Alle semplici nozioni di calcolo vettoriale necessarie, nonchè a derivate e integrali, viene dedicata una lezione all'inizio dell'insegnamento.
Contenuti dell'insegnamento
Come ogni insegnamento di Fisica Generale i contenuti riguardano la Fisica Classica e in particolare la Meccanica e l’Elettromagnetismo.
Meccanica:
Grandezze fisiche
I vettori
Cinematica del punto materiale
Dinamica del punto materiale
Energia e lavoro
Quantità di moto
Dinamica rotazionale del punto materiale.
Dinamica del corpo rigido
Statica del corpo rigido
La legge di gravitazione universale di Newton.
I fluidi
Elettricità e magnetismo:
Cariche elettriche e campi elettrici
Legge di Gauss
Potenziale elettrico
Capacità e dielettrici
Correnti e resistenze, semplici circuiti in corrente continua
Campi magnetici
Legge di Faraday
Legge di Ampere-Maxwell
Programma esteso
Grandezze fisiche. Unità di misura fondamentali, analisi dimensionale; cenni sulla propagazione degli errori, cifre significative
I vettori: Scalari e vettori, operazione fra vettori, principio di sovrapposizione, derivata di un vettore
Cinematica del punto materiale. Vettori posizione, spostamento, velocità e accelerazione; accelerazione radiale e tangenziale; classificazione dei moti: moti; moti in una dimensione (uniforme, uniformemente accelerato, oscillatorio armonico), moti in due dimensioni (moto del proiettile, moto circolare); cenni sui sistemi di riferimento.
Dinamica del punto materiale. Le leggi di Newton; forza peso, forze di reazione e di attrito radente, forza elastica; dinamica del moto circolare; sistemi di riferimento inerziali e non inerziali.
Energia e lavoro. Il lavoro di una forza, la potenza; esempi di lavoro di forze costanti e variabili; forze conservative ed energia potenziale; energia cinetica; il teorema dell’energia cinetica; conservazione dell’energia meccanica..
Quantità di moto. Il teorema della quantità di moto, impulso; sistemi di punti materiali; conservazione della quantità di moto; il centro di massa, moto del centro di massa; fenomeni di urto fra punti materiali.
Dinamica rotazionale del punto materiale. Momento di una forza, momento della quantità di moto, la seconda legge di Newton, il teorema del momento angolare, l’energia cinetica di un punto materiale in rotazione, generalizzazioni ai sistemi di punti materiali.
Dinamica del corpo rigido. I corpi rigidi; moto traslatorio di un corpo rigido, posizione del centro di massa; moto rotatorio di un corpo rigido intorno ad un asse fisso; momento di inerzia e teorema di Huygens-Steiner; energia cinetica rotazionale e lavoro; moti di puro rotolamento, la conservazione del momento angolare.
Statica del corpo rigido. Condizioni di equilibrio statico del corpo rigido.
La legge di gravitazione universale di Newton. Forza gravitazionale e campo gravitazionale; l’energia potenziale gravitazionale; le leggi di Keplero
I fluidi. Pressione e densità, legge di Stevino, principio di Archimede, teorema di Bernoulli.
Elettrostatica. La carica elettrica; legge di Coulomb e campo elettrico; teorema di Gauss e sue applicazioni; energia potenziale elettrica e potenziale elettrostatico; conduttori in equilibrio elettrostatico; schermo elettrostatico. Condensatori. Capacità di un condensatore; collegamento in serie e in parallelo; energia immagazzinata nel campo elettrico; polarizzazione e dielettrici; la costante dielettrica. Correnti elettriche stazionarie. La legge di Ohm; resistenze in serie ed in parallelo. Leggi di Kirchoff; cenni ai circuiti RC. Il campo magnetico – Forza magnetica agente su una carica in moto e su conduttori percorsi da corrente – Momento agente su una spira percorsa da corrente – Effetto Hall Campo magnetico generato da una corrente – Legge di Biot-Savart -Legge di Ampère – Forze agenti tra circuiti percorsi da corrente – Legge di Gauss per i campi magnetici Corrente di spostamento e legge di Ampère-Maxwell Legge di Faraday dell’induzione elettromagnetica – Induzione elettromagnetica e forza di Lorentz –Autoinduzione – Induzione mutua – Energia magnetica Magnetizzazione della materia – Correnti atomiche e magnetizzazione – Diamagnetismo, paramagnetismo, ferromagnetismo
Bibliografia
L'insegnamento non adotta un testo in particolare; tuttavia si consiglia la consultazione di un testo per l'approfondimento personale dei contenuti presentati che riguardano Meccanica ed Elettromagnetismo (non saranno trattati argomenti di Termodinamica e Ottica).
Ogni testo di Fisica Generale a livello universitario (per corsi di laurea in Ingegneria o Fisica) che tratti gli argomenti dell'insegnamento può essere ugualmente considerato valido ai fini della preparazione. In caso di dubbio consultare il docente.
L’insegnamento di Fisica Generale (12 CFU) contiene argomenti che di norma sono presentati in due insegnamenti distinti. Questo comporta che diversi testi idonei suddividano i contenuti in due volumi.
Alcuni testi consigliati
*** Walker-Halliday-Resnick-Fondamenti di Fisica
- Volume unico Meccanica Onde Termodinamica Elettromagnetismo Ottica
CEA
...
*** Gettys - Fisica
- Vol.1 Fisica 1
- Vol.2 Fisica 2
McGraw-Hill
...
***Serway-Jewett - Fondamenti di Fisica
Volume unico
EdiSES
...
*** Mazzoldi-Nigro-Voci - Elementi di Fisica
- Vol.1 Meccanica e Termodinamica
- Vol.2 Elettromagnetismo e Onde
EdiSES
Metodi didattici
Lezioni frontali in cui saranno discussi i concetti fondamentali con ampia illustrazione di esempi. Ogni argomento trattato è accompagnato da un congruo numero di ore dedicate allo svolgimento di esercizi. L'insegnamento si avvale anche del contributo del Progetto IDEA (Integrazione Didattica per Esercitazioni Assistite) in cui un docente delle scuole superiori conduce un'attività extra di esercitazioni e tutoraggio agli studenti dopo aver pianificato e coordinato questa attività con il docente dell'insegnamento stesso.
Modalità verifica apprendimento
Due prove scritte parziali di cui la prima in corso d'anno (durata non oltre 1h30') o prova scritta sull'intero programma in alternativa (durata non oltre 2h).
Le prove scritte presenteranno sia esercizi da risolvere per via numerica o letterale che domande di teoria.
Con un voto complessivo superiore a 18/30 si avrà la possibilità immediata di verbalizzare il voto proposto (prova orale a discrezione dello studente che intenda migliorare la votazione, in una qualsiasi delle date di volta in volta proposte - comunque entro e non oltre il termine della sessione).
Con un voto inferiore nella prova scritta 18/30 ma comunque non inferiore a 12/30 lo studente risulterà ammesso con riserva alla prova orale che potrà sostenere in una qualsiasi delle date di volta in volta proposte (entro e non oltre il termine della III sessione). L'ammissione con riserva significa che, dopo valutazione della prova scritta, nonostante il non conseguimento pieno dei requisiti minimi per la verbalizzazione viene consentito ugualmente di presentarsi all'esame orale: il docente procederà a verificare la reale preparazione dello studente tramite le consuete domande sulla "teoria" nonché eventualmente, se ritenuto necessario, con il supporto di brevi esercizi scritti (è chiaro che non avendo il conforto della prova scritta lo studente DEVE necessariamente conseguire in sede di prova orale la piena sufficienza ).
Altre informazioni
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Obiettivi agenda 2030 per lo sviluppo sostenibile
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