Insegnamenti

 

60/61/119 - FISICA E METODO SCIENTIFICO

Anno Accademico ​2014/2015

Docente
ALESSANDRO ​RIGGIO (Tit.)
Periodo
Secondo Semestre​
Modalità d'Erogazione
Convenzionale​
Lingua Insegnamento




Informazioni aggiuntive

CorsoPercorsoCFUDurata(h)
[60/61] ​ ​INFORMATICA [61/00 - Ord. 2012] ​ ​PERCORSO COMUNE648
Obiettivi

Obiettivo del corso è dare agli studenti una conoscenza di base della fisica classica. Nel dettaglio, lo studente dovrà essere in grado di:
1) distinguere e mettere in relazione posizione, spostamento, velocità e accelerazione per moti uniformemente accelerati in una e due dimensioni;
2) applicare le leggi di Newton per risolvere semplici problemi di meccanica riguardanti il moto di un corpo in presenza di forze;
3) distinguere i concetti di forza e di energia ed essere in grado di calcolare il lavoro fatto da una forza su un sistema e la variazione di energia del sistema;
4) calcolare l''energia potenziale gravitazionale, energia potenziale elastica ed energia cinetica di un sistema;
5) analizzare il comportamento di oscillatori armonici (sistemi massa-molla e pendoli semplici) in termini di energia, posizione, velocità e accelerazione;
6) determinare la frequenza di risonanza e il periodo di un oscillatore (pendolo, massa-molla);
7) determinare ampiezza, frequenza, periodo, lunghezza d''onda, e velocità di un''onda dal suo grafico in funzione del tempo e/o della posizione e, in particolare, mettere in relazione frequenza, lunghezza d''onda e velocità dell''onda;
8) determinare l''effetto sulla velocità dell''onda e la frequenza di oscillazione di un''onda stazionaria quando si cambia uno o più di queste variabili: lunghezza d''onda stazionaria, massa, lunghezza del mezzo, tensione del mezzo;
9) descrivere i diversi tipi di particelle che compongono la materia ordinaria (protone, neutrone ed elettrone), ed essere in grado di legare la quantità di carica di un oggetto alle quantità relative di protoni ed elettroni;
10) conoscere la differenza tra conduttori e isolanti;
11) utilizzare il principio di conservazione della carica per trovare come la carica di un oggetto cambia quando interagisce con altri oggetti;
12) descrivere come oggetti diversamente carichi interagiscono (positivo e neutro, positivo e negativo, ecc.);
13) calcolare la forza elettrica netta esercitata da una o più particelle cariche su una altra particella carica;
14) utilizzare il concetto di campo elettrico e metterlo in relazione alla forza esercitata su un oggetto carico;
15) calcolare il campo elettrico generato da un gruppo di cariche puntiformi;
16) determinare l''energia potenziale elettrostatica di un sistema di cariche puntiformi;
17) Mettere in relazione il potenziale elettrostatico all''energia potenziale elettrostatica;
18) trovare il potenziale elettrico generato da cariche puntiformi;
19) mettere in relazione potenziale elettrico e campo elettrico;
20) studiare un condensatore, cioè legare la carica immagazzinata alla capacità e alla differenza di potenziale tra le armature, trovare l''energia potenziale immagazzinata dal condensatore;
21) descrivere come alcuni cambiamenti influenzino le caratteristiche di un condensatore; per esempio spostando le armature dopo avere scollegato la batteria;
22) calcolare la capacitanza per particolari configurazioni geometriche (condensatori piani, cilindrici e sferici);
23) calcolare la capacitanza di condensatori posti in serie e in parallelo;
23) calcolare la corrente di un gruppo di cariche in moto;
24) applicare la legge dei nodi e delle maglie per la risoluzione di circuiti elementari.
25) calcolare la resistenza dalla resistività;
26) usare la legge di Ohm per mettere in relazione la differenza di potenziale ai capi di un oggetto e la sua resistenza;
27) trovare la potenza dissipata da un resistore;
28) determinare la resistenza equivalente di resistenze in serie e in parallelo;

Prerequisiti

Conoscenza di base di matematica e geometria.

Contenuti

Introduzione al corso

Le Misure
Il metodo scientifico, Misure e Unità, il Sistema Internazionale.

CINEMATICA
Moto e legge oraria, cinematica unidimensionale, caduta dei gravi, vettori, operazioni con i vettori, cinematica 2D e 3D, moto di un proiettile, moto circolare uniforme, cinematica rotazionale.

MECCANICA
Prima Legge di Newton, forza, seconda legge di Newton, la forza come vettore, forza ed equazioni del moto, terza legge di Newton, blocchi e carrucole, blocchi e piani inclinati, attrito, attrito viscoso, attrito aerodinamico, velocità limite, energia cinetica, lavoro, forza elastica, legge di Hooke, lavoro di una forza variabile, potenza, energia e lavoro, forze conservative, energia potenziale, energia potenziale gravitazionale, energia potenziale elastica, conservazione dell'energia meccanica, energia potenziale e forza, curve di potenziale, punti di equilibrio, lavoro di una forza esterna
con e senza attrito, conservazione dell'energia, equilibrio, oscillazioni, moto armonico, pendolo, centro di gravità e pendolo fisico, Moto armonico smorzato, Fattore di qualità, Oscillazioni forzate.

ONDE
Onde, onde meccaniche, sovrapposizione e interferenza, riflessione, onde stazionarie, risonanza.

ELETTROSTATICA
Carica elettrica, conduttori e isolanti, legge di Coulomb, quantizzazione della carica, campo elettrico, linee di forza, campo di un dipolo elettrico, flusso, angolo solido, legge di Gauss, conduttore carico isolato, energia potenziale elettrica, potenziale elettrico, potenziale di un dipolo, potenziale di una distribuzione continua, capacità elettrica, condensatore piano, condensatori con dielettrico, condensatori in serie e parallelo, energia immagazzinata in un campo, corrente elettrica, densità di corrente, velocità di deriva, legge di Ohm, superconduttori, transistor.

CIRCUITI ELETTRICI
Potenza nei circuiti elettrici, corrente alternata della rete elettrica, resistenze in serie e in parallelo, legge dei nodi, amperometri e voltmetri, circuiti RC.

CAMPI MAGNETICI
Forza magnetica, campo magnetico, forza di Lorentz, effetto Hall, carica in moto circolare, ciclotrone e sincrotrone, forza magnetica su una corrente.

CAMPI MAGNETICI GENERATI DA CORRENTE
Campo magnetico generato da corrente, legge Biot-Savart, campo di un filo infinito percorso da corrente, campo di una spira circolare percorsa da corrente, forza tra due conduttori paralleli, cannone elettromagnetico, legge di Ampère, solenoide, toroide, bobina.

INDUZIONE E INDUTTANZA
Induzione di Faraday, legge di Faraday, legge di Lenz, induzione, correnti di Foucault, induttori e induttanze, autoinduzione, circuiti RL, energia immagazzinata nel campo magnetico, oscillazioni LC, analogia elettricità-meccanica, oscillatore LC, circuito RLC, risonanza, mutua induttanza, trasformatori, legge di Gauss per il magnetismo, corrente di spostamento

CENNI DI ELETTROMAGNETISMO
Equazioni di Maxwell, spettro elettromagnetico, Fibre ottiche.

Metodi Didattici

Il corso si articola in 48 ore di lezioni frontali in cui vengono presentati dal docente gli argomenti del corso. Il docente, tipicamente al termine di ogni lezione, assegna agli studenti delle esercitazioni da svolgere per casa (e da consegnare al docente la lezione successiva) sugli argomenti trattati a lezione. Questo da modo al docente di evidenziare criticità e avere un rapido riscontro sul livello di comprensione da parte degli studenti.

Verifica dell'apprendimento

La verifica dell’apprendimento avviene secondo due modalità a scelta dello studente.
1) Gli studenti svolgono due prove scritte parziali: la prima a circa metà corso e la seconda a fine corso, ciascuna su circa metà programma. La valutazione finale è la media dei voti ottenuti nei due parziali. Gli esercizi svolti costituiscono un "bonus". Il docente illustra agli studenti il metodo di calcolo del bonus a inizio corso.
2) Gli studenti sostengono una prova scritta sull''intero programma.

Testi

Testi consigliati

FONDAMENTI DI FISICA (Meccanica Termologia Elettrologia Magnetismo Ottica)
D. Halliday, R. Resnick, J. Walker
CEA, ISBN 978-8808-08797-3


Principi di Fisica (Vol I),
Serway & Jewett,
Edises, ISBN 8879594192

Altre Informazioni

Nessuna

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