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 - Fisica Moderna
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 - Resistenza
in serie ed in parallelo - 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.
CENNI DI FISICA MODERNA
Bibliografia
Giancoli - FISICA - CEA
Walker - Fondamenti di Fisica - Zanichelli
Metodi didattici
Lezione tradizionale con numerose esercitazioni
Modalità verifica apprendimento
Prova scritta e prova orale alla fine del Corso, con
prove intermedie scritte di esonero dalla prova scritta finale.
Altre informazioni
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Obiettivi agenda 2030 per lo sviluppo sostenibile
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