Obiettivi formativi
Al termine del corso ci si attende che lo studente sia in grado di:
- conoscere le leggi fondamentali della fisica classica, in particolare: meccanica del punto, meccanica delle onde e dei fluidi, termodinamica dei sistemi all’equilibrio, elettromagnetismo, ottica geometrica ed ottica ondulatoria;
- essere in grado di risolvere problemi semplici di meccanica, termodinamica ed elettromagnetismo;
- saper condurre semplici esperimenti di fisica classica ed analizzare in maniera quantitativa i dati da essi ottenuti.
Prerequisiti
- Conoscenza e capacità di applicare, a livello di scuola media superiore, algebra, trigonometria e geometria;
- Conoscenza e capacità di applicare i fondamenti del calcolo differenziale ed integrale, come appresi nel corso di “Metodi Matematici”
Contenuti dell'insegnamento
Il corso si propone di fornire:
- una conoscenza di base delle principali leggi della Fisica classica con particolare riguardo alla meccanica, alla termodinamica ed all’elettromagnetismo, anche mediante l’acquisizione di abilità nella soluzione di problemi semplici;
- le conoscenze metodologiche di base che consentono di acquisire dati da esperimenti semplici di fisica classica e di analizzarli quantitativamente in base alla teoria degli errori.
Programma esteso
LEZIONI IN AULA:
Introduzione del Corso, Unità, dimensioni & errori, vettori.
Moto in una e due dimensioni, leggi di Newton del moto, attrito, moto circolare.
Lavoro, energia & potenza, quantità di moto, urti, centro di massa, meccanica rotazionale, gravitazione.
Moto armonico semplice, moti ondulatori ed onde sonore.
Meccanica dei fluidi, teorema di Bernoulli, moti viscosi.
Proprietà della materia, Principio zero e primo principio della termodinamica, calorimetria, conduzione del calore, teoria cinetica dei gas.
Termodinamica: primo principio, macchine termiche.
Termodinamica: secondo principio ed entropia.
Forza elettrica, campo e potenziale, condensatori.
Corrente elettrica, circuiti elettrici, effetti termici della corrente.
Forza magnetica, magneti permanenti, Induzione elettromagnetica, correnti alternate.
Equazioni di Maxwell, onde elettromagnetiche.
Ottica geometrica: riflessione e rifrazione, da superfici piane e sferiche, lenti e specchi, strumentazione ottica, i difetti della visione.
Ottica ondulatoria: interferenza e diffrazione.
ATTIVITA' DI LABORATORIO
Introduzione alla teoria degli errori, distribuzione degli errori: deviazione standard e distribuzione normale, legge di propagazione degli errori, regressioni lineari & approssimazioni non lineari, test del chi-quadrato. Utilizzo del Programma "Origin" per l'analisi dei dati.
ESPERIMENTI
Meccanica: Moto del pendolo semplice,
Termodinamica: Misura della costante di Joule.
Elettromagnetismo: Verifica della legge di Ohm; Misura della costante di tempo di un circuito RC.
Bibliografia
Meccanica, termodinamica ed elettromagnetismo:
R. A. Serway, J. W. Jewett Jr. - Principi di Fisica – EdiSES
J.R. Gordon, R.V. McGrew, R. A. Serway, W. Jewett Jr. - Esercizi di Fisica Guida ragionata alla soluzione - EdiSES
In alternativa:
J.S. Walker - Fondamenti di Fisica – Pearson Italia.
D.C. Giancoli - Fisica con Fisica Moderna – CEA
P.R. Kesten, D.L. Tauck - Fondamenti di Fisica - Zanichelli
Teoria degli errori e procedure di elaborazione dati:
J.R. Taylor - Introduzione all'analisi degli errori - Zanichelli
Metodi didattici
Premesso che le modalità di erogazione e di verifica potrebbero variare in relazione all’evoluzione della pandemia da Sars-Cov2, di norma il corso si articola in:
- Lezioni con ausilio di strumenti audio-visivi multimediali. I materiali didattici vengono caricati periodicamente sulla piattaforma Elly in modo che risultino disponibili prima dello svolgimento delle relative lezioni in aula. Le slide del corso hanno la funzione di permettere allo studente di seguire più facilmente lo sviluppo dei diversi argomenti, ma non vanno comunque considerate alla stessa stregua, né tantomeno sostitutive della bibliografia di riferimento
- Esercitazioni in aula: dopo che è stata sviluppata la relativa teoria, gli studenti risolvono con la guida del docente esercizi e problemi in modo da chiarire ed approfondire gli argomenti di teoria svolti.
- Subordinato alla disponibilità dell’ausilio di esercitatori, si terranno sessioni sperimentali di laboratorio in cui gli studenti in piccoli gruppi (tre-quattro persone) conducono semplici esperimenti di fisica e ne analizzano i risultati sotto la supervisione del docente e di alcuni esercitatori
Modalità verifica apprendimento
L'esame si articola in:
- Una valutazione dell'attività svolta in laboratorio (peso pari al 20% nella valutazione complessiva dell’esame). Tali valutazioni sono comunicate agli studenti, alla conclusione del corso, tramite piattaforma elettronica.
- Una prova scritta (di norma, peso pari all’80% nella valutazione complessiva dell’esame). Tale prova, a seconda dell'evoluzione della pandemia, potrebbe tenersi in modalità remota utilizzando gli strumenti informatici TEAMS, Respondus LockDown ed ELLY
- L'esame è superato solo se si ottiene almeno 18 nella prova scritta.
La prova scritta comprende: una parte di esercizi molto semplici a risposta multipla, atti a verificare la conoscenza dei concetti di base; una parte di esercizi relativamente più complessi, atti a verificare la capacità di usare ed elaborare questi concetti di base; una parte di domande generali che permettano allo studente di esporre un argomento del corso in completa libertà. Il voto dello scritto risulta da una media pesata sui tre tipi di domande.
- In casi eccezionali, vi potrà essere anche un esame orale suppletivo.
Durante le prove gli studenti possono utilizzare esclusivamente una calcolatrice purché non connessa ad Internet. I risultati delle prove scritte saranno resi noti tramite la piattaforma elettronica.
L'eventuale colloquio orale è volto a valutare quantitativamente la conoscenza dei principali argomenti di meccanica, termodinamica, elettromagnetismo ed ottica presentati durante il corso e la capacità di utilizzarli in contesti pratici sufficientemente semplici.
Gli studenti iscritti al primo anno possono sostenere tre test parziali formativi che si terranno durante il Corso (argomenti dei test: Meccanica, Termodinamica, Elettromagnetismo). Ciascun test sarà valutato in trentesimi. Un voto medio complessivo non inferiore a 18/30 (con al massimo un solo voto insufficiente ma non inferiore a 15/30) sostituisce l’esame scritto finale, che si intende superato con la valutazione media complessiva.
Per le prove scritte e per il colloquio orale è sempre richiesta la preventiva iscrizione online.
Altre informazioni
Contenuti minimi richiesti per il superamento dell’esame.
- Conoscenza delle leggi di Newton della meccanica e delle leggi di conservazione di quantita` di moto ed energia e capacita’ di utilizzarle per la soluzione di semplici problemi di dinamica del punto.
- Conoscenza del principio zero, del primo, del secondo principio della termodinamica e delle principali funzioni di stato (energia interna, entalpia ed entropia) e capacita’ di utilizzarli per la soluzione di semplici problemi di termodinamica dei sistemi all’equilibrio.
- Conoscenza delle equazioni di Maxwell, della legge di Ohm e delle leggi di Kirkhoff e capacita’ di utilizzarle per la soluzione di semplici problemi di elettromagnetismo.
Obiettivi agenda 2030 per lo sviluppo sostenibile
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