Insegnamenti

 

60/60/133 - FISICA GENERALE I

Anno Accademico ​2018/2019

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




Informazioni aggiuntive

CorsoPercorsoCFUDurata(h)
[60/60] ​ ​FISICA [60/00 - Ord. 2012] ​ ​PERCORSO COMUNE1296
Obiettivi

Benvenuti al corso di Fisica Generale 1, il primo corso di fisica delle lauree triennali in Fisica e Matematica. Come docente di questo corso non vedo l’ora di aiutarvi ad accrescere il vostro bagaglio di conoscenze e a sviluppare atteggiamenti mentali che saranno utili per la vostra carriera.
I miei obiettivi per questo corso sono quello di sviluppare le capacità di ragionamento e problem-solving, la fiducia, autonomia, esperienza tecnica che vi aiuteranno a inserirvi con successo nella vostra professione. In particolare, spero di aiutarvi ad apprendere come usare il ragionamento scientifico per prendere decisioni consapevoli in situazioni della vita reale.
Considero le mie responsabilità di insegnante molto seriamente e mi impegnerò al massimo per raggiungere questi obiettivi. Sarò il più possibile disponibile – desidero che tutti possiate interagire con me. Vi incoraggio a passare nel mio ufficio o a chiamarmi. Chiamate quando volete. Questo documento è stato preparato per autarvi a ottenere il massimo da questo corso.

Frequentando e completando quindi con successo questo corso, …

(CONOSCENZA E CAPACITÀ DI COMPRENSIONE) acquisirai le conoscenze sui fondamenti della meccanica classica: cinematica, dinamica, onde e oscillazioni. Inoltre apprenderai le basi della termodinamica classica.

(CAPACITÀ APPLICATIVE) acquisirai la capacità di definire la soluzione di un problema come una procedura da sviluppare e non semplicemente come un compito memorizzato da richiamare. In particolare, verrai allenato a risolvere un problema a partire da un’analisi qualitativa e a classificarlo su caratteristiche strutturali approfondite piuttosto che solo su caratteristiche superficiali. In questo modo sarai in grado di risolvere problemi attraverso l’utilizzo di molteplici strumenti quali grafici, diagrammi, limiti, leggi di conservazione.

(AUTONOMIA DI GIUDIZIO) sarai continuamente stimolato a sviluppare un approccio critico sulla elaborazione e comprensione dei concetti. Attraverso ripetute sollecitazioni imparerai a criticare ragionamenti poco chiari o mal definiti. Svilpperai la capacità di stabilire autonomamente se i risultati hanno senso (uso del “buon senso”).

(ABILITÀ NELLA COMUNICAZIONE) apprenderai come esporre le idee organizzando la conoscenza in modo gerarchico. Apprenderai come semplificare problemi complessi nei termini essenziali. Attraverso la tecnica delle lezioni interattive e il cooperative problem solving acquisirai la capacità di confrontare le tue idee con quelle di altri colleghi illustrando possibili soluzioni dei problemi alla “pari” in modo efficace.

(CAPACITÀ DI APPRENDERE) svilupperai una metodologia di studio e analisi che ti permetterà di interpretare e approfondire le problematiche della fisica classica che ti si presenteranno nel prosieguo del tuo studio e della carriera.

Prerequisiti

Matematica elementare della scuola superiore: algebra e formule trigonometriche fondamentali. Gli strumenti matematici più avanzati vengono forniti dai corsi di analisi matematica I e geometria nel primo semestre. Nel corso vengono fatti alcuni richiami di analisi matematica ove necessario.

Contenuti

1. Concetti Generali. Misurazioni, modelli, teorie. Grandezze fisiche. Spazio e tempo. Vettori e scalari. Operazioni sui vettori.

2. Il moto e le forze. Velocità media e velocità istantanea; accelerazione. Moti in una dimensione. Moti piani. Il moto armonico. Dinamica del punto materiale; forza e massa; i tre principi della dinamica. Sistemi di riferimento; trasformazioni galileiane e loro limitatezza; sistemi di riferimento non inerziali; forza centrifuga e di Coriolis. Le forze di attrito.


3. Lavoro ed energia. Il lavoro nel caso di forze costanti e di forze variabili; energia cinetica; teorema dell'energia cinetica. Forze conservative; energia potenziale. Diagrammi dell'energia potenziale. La conservazione dell'energia meccanica.


4. Gravitazione. La legge di gravitazione universale. Leggi di Keplero. Forza ed energia potenziale nel caso di una sfera omogenea. 


5. Impulso e quantità di moto. Impulso e variazione della quantità di moto nel caso di singoli punti materiali.
La conservazione della quantità di moto nel caso di sistemi di punti. Sistemi di massa variabile. Urti elastici inelastici.


6. Il moto rotatorio. Variabili rotazionali: velocita’ e accelerazione angolare. Momento meccanico e momento angolare. Energia cinetica e momento d'inerzia. Corpi rigidi. Conservazione del momento angolare; trottola, giroscopio. Equilibrio dei corpi rigidi.


7. Oscillazioni. Oscillatorearmonico semplice, smorzato, forzato. Risonanza, potenza assorbita. Sistemi con due gradi di liberta’: oscillatori accoppiati. Sistemi con un numero infinito di gradi di liberta’: onde stazionarie; cenni sulla serie di Fourier. Battimenti.

8. Onde nei mezzi elastici. Propagazione delle onde. Equazione d'onda. Dispersione; velocita’ di fase e di gruppo. Principio di sovrapposizione. Onde trasversali in una corda. Onde longitudinali in una catena con molle e masse. Onde sonore. Generazione di suoni e relazione con l’analisi di Fourier. Velocita’ del suono. Onde sonore stazionarie. Interferenza. Effetto Doppler.

9. Termodinamica. Concetti introduttivi: macro-stati e micro-stati di un sistema complesso. Temperatura e calore come scambio di energia; equilibrio termico; termometri. Comportamento termico dei solidi, liquidi, gas. Gas perfetto e temperatura assoluta. Elementi di teoria cinetica: la distribuzione di Maxwell-Boltzmann; interpretazione cinetica della temperatura; teorema dell’equipartizione dell’energia. Trasformazioni termodinamiche: isoterma, adiabatica. Capacita’ termica e calore specifico. Il primo principio della termodinamica e applicazioni. Trasformazioni reversibili e irreversibili. Il secondo principio della termodinamica: enunciato di Kelvin e Clasius; motori termici. Teorema di Carnot e temperatura assoluta. Entropia.

Metodi Didattici

Il metodo di apprendimento ottimale può variare da persona a persona. Per questo motivo il corso offre un ambiente di apprendimento con un insieme diversificato di attività.

Il corso è strutturato in lezioni ed esercitazioni. Enfatizzerò fin dall’inizio una particolare metodologia di soluzione dei problemi (problem-solving) che è uno dei temi centrali di tutto il corso. Durante le lezioni ti illustrerò ripetutamente la sua applicazione attraverso la soluzione di almeno un problema non banale per lezione. Durante le esercitazioni avrai la possiblità di allenarti con tuoi colleghi nell’uso di tale metodologia sotto la mia guida e dei tutor.

Altri aspetti metodologici inoltre puntano a risolvere alcuni problemi generali della didattica:

1. Anche con lezioni molto ben preparate e chiare, diversi studenti hanno un atteggiamento passivo e non pongono domande. È difficile giudicare quanto comprendi gli argomenti di lezione e se trovi gli argomenti interessanti.

2. Alcuni studenti frequentano le lezioni in modo saltuario e discontinuo. Cerca di evitare questo stile.

3. Nelle lezioni tradizionali non esistono strumenti per valutare il grado di comprensione a livello di classe lezione per lezione.

LEZIONI INTERATTIVE: ISTRUZIONE ALLA PARI (PEER INSTRUCTION)
Anche docenti eccezionali si trovano spesso in difficoltà nel tenere alta l’attenzione per tutta la durata della lezione.
Per affrontare queste problematiche, E. Mazur, professore di Harvard, ha sviluppato il metodo istruzione alla pari che coinvolge attivamente gli studenti nel processo di apprendimento durante la lezione.
Le lezioni sono intervallate con domande concettuali, ideate per mettere a nudo difficoltà comuni nella comprensione del programma. Gli studenti rispondono tutti in tempo reale discutendola prima con alcuni colleghi.
Sei così costretto riflettere sugli argomenti presentati e puoi valutare la tua comprensione dei concetti ancor prima di uscire dall’aula.
I quiz vengono posti attraverso la piattaforma digitale moodle e hai la possibilità di rispondere in tempo reale collegandoti attraverso tablet o smartphone e ricevendo un feedback sulla risposta.


PROBLEM SOLVING DI GRUPPO (COOPERATIVE PROBLEM SOLVING)
Questo è un modello di insegnamento originariamente sviluppato dall’Università del Minnesota.
Esso si concentra sul tutoraggio, in cui gli studenti vengono messi al centro dell’azione. In una esercitazione gli studenti, organizzati in gruppi di 3-4, devono risolvere in modo cooperativo alcuni problemi.
Gli studenti di un gruppo svolgono ruoli precisi: il manager, proponente uno schema di soluzione, il critico, che deve contrastare o proporre percorsi alternativi, il segretario. Io e i tutor ti assisteremo nella elaborazione della soluzione fungendo da allenatori per il problem-solving.
Questo schema incoraggia la collaborazione (elemento fondamentale nel lavoro di un team di ricerca o nell’industria) e scoraggia la competizione.
Inoltre gli studenti, di diversi livelli di conoscenza si devono confrontare l’uno con l’altro. Sono presentati problemi dal “contesto ricco” che ti mettono a contatto con situazioni della vita reale apprendendo procedure generali di soluzione di problemi complessi, utili in molte situazioni.

COMPITI A CASA
Ogni settimana riceverai un esercizio da svolgere a casa inviato attraverso la piattaforma digitale moodle. Questi compiti favoriscono la tua costanza nello studio del programma del corso passo passo e stimolano il senso di disciplina. I compiti a casa contribuiscono al voto d’esame.

ANIMAZIONI COMPUTERIZZATE
Utilizzerò animazioni computerizzate per illustrare i concetti alla base di vari fenomeni. Esse sono accessibili dalla piattaforma moodle e possono essere provate a casa anche dopo la lezione.

Verifica dell'apprendimento

Alla valutazione concorrono due prove scritte (di cui una a metà semestre e l’altra dopo la fine del corso), una prova orale e i compiti a casa.

PROVE SCRITTE
Nella prova scritta verranno valutate le seguenti dimensioni:

1. focalizzare il problema fisico presentato nel testo del problema (comprensione del testo del problema):
- valutare quali siano le informazioni essenziali e quelle non essenziali
- fare una descrizione grafica qualitativa del problema
- indicare quali siano i dati a disposizione
- indicare con chiarezza la domanda a cui si deve rispondere
- delineare l’approccio per risolvere il problema

2. Descrivere la fisica:
- passare dalla descrizione qualitativa ad una quantitativa utilizzando grafici, diagrammi per descrivere la situazione
- dare un identificatore univoco a tutte le variabili, note ed incognite
- identificare la quantità bersaglio
- indicare tutte le possibili equazioni utili

3. Pianificare la soluzione:
- scrivere un sistema logico di equazioni, in cui la prima contiene la quantità bersaglio, che permette di risolvere il problema
- verificare la sufficienza del sistema: numero di incognite uguale a numero di equazioni
- delineare verbalmente i passaggi per risolvere il sistema

4. Eseguire il piano:
- Risolvere il sistema di equazioni per arrivare a una formula della quantità bersaglio in funzione delle quantità note
- Verificare da un punto di vista dimensionale (analisi dimensionale) se il risultato ottenuto è corretto
- Calcolare il valore numerico della quantità bersaglio in termini dei dati numerici del problema
-
5. Valutare la soluzione:
- riepilogare se si è risposto alla domanda
- verificare se le unità di misura della quantità bersaglio sono corrette
- valutare se il risultato ottenuto è ragionevole basandosi su argomenti vari -ad esempio problemi simili o più semplici di cui conosci già la soluzione, includendo anche il buon senso e l’esperienza personale

PROVA ORALE
Nella prova orale verranno valutate le seguenti dimensioni:

1. capacità di padroneggiare il linguaggio disciplinare nella dimostrazione di alcuni aspetti teorici di argomenti vari
2. capacità di mettere in relazione concetti e conoscenze in modo organico

COMPITI A CASA
Attraverso i compiti a casa verranno valutate le seguenti dimensioni:

1. capacità di seguire il percorso di studio durante lo svolgimento del corso in modo regolare e disciplinato.


CRITERI PER LA DETERMINAZIONE DEL VOTO

E’ possibile acquisire fino a 100 punti così ripartiti:

• Prima prova parziale: fino a 30 punti massimo
• Seconda prova parziale: fino a 35 punti massimo
• Esame orale: fino a 25 punti massimo
• Compiti a casa: fino a 10 punti massimo

100 punti corrispondono al voto 30/30
55 punti corrispondono al voto 18/30

Non c’è un voto minimo nelle prove scritte per poter fare l’orale. Complessivamente si dovrà raggiungere un punteggio minimo complessivo di 55/100 per superare l’esame.
Inoltre, fino a 15 punti extra potranno essere assegnati dal docente sulla base di considerazioni di valutazione complessiva di tutte le prove (questo permetterà di introdurre alcuni correttivi come ad esempio una situazione in cui la seconda prova e l’orale siano molto brillanti a fronte di una prima prova non altrettanto valida).
Nell’assegnazione di questi punti si terrà anche conto della partecipazione (presenza) alle esercitazioni, attività fondamentali per il problem-solving.

ELEMENTI DI VALUTAZIONE DELLE PROVE SCRITTE

- Focalizzare la fisica: fino al 20% del punteggio di un esercizio

- Descrivere la fisica: fino al 25% del punteggio di un esercizio

- Pianificare la soluzione: fino al 25% del punteggio di un esercizio

- Eseguire il piano: fino al 20% del punteggio di un esercizio

- Valutare la soluzione: fino al 10% del punteggio di un esercizio

Testi

Questo è il testo di riferimento:
Fisica 1 - Halliday-Resnick-Krane (Ambrosiana)

Altri testi utilizzati in alcune parti specifiche del corso (verranno richiamati di volta in volta):

- Feynman Lectures in physics
- Berkeley Physics Course vol. 1 (meccanica), vol. 3 (onde e oscillazioni)
- Termodinamica – Fermi

Su moodle (vedi sotto) sono inoltre presenti delle note specifiche per la parte riguardante le oscillazioni e le onde. Queste note sono il testo di riferimento per questa parte specifica del corso.

Altre Informazioni

PATTO D'AULA DOCENTE-STUDENTE
Cosa ti puoi aspettare da me (e dai tutor)

1. Farò del mio meglio affinchè questo corso ti sia utile (ma non posso fare il lavoro e imparare il programma al tuo posto).

2. Leggeremo tutti i vostri compiti a casa e risponderò a domande su questi problemi in classe.

3. Seguirò pedissequamente l’orario come indicato nel sio web del corso di laurea in fisica.

4. Inizierò e terminerò ogni lezione in orario.

5. Sarò disponibile per assisterti durante il semestre e spero di incontrarti personalmente.

6. Farò del mio meglio per rispondere al telefono e alle email.

7. Assicurerò che i risultati dei test siano resi disponibili in tempi rapidi.

8. Assicurerò che le valutazioni siano corrette; gli standard di valutazione saranno ugualmente corretti e trasparenti.

9. Ascolterò commenti costruttivi sul mio insegnamento e sarò aperto a suggerimenti.

Cosa mi aspetto da te

1. Hai preso una decisione consapevole e ragionata nel momento in cui ti sei iscritto a questo corso. Questo significa che hai letto il programma, questo documento, hai compreso il carico di lavoro richiesto, e soddisfi i pre-requisiti.

2. Verrai in classe pronto per apprendere, e non soltanto per ottenere un voto o soddisfare un obbligo.

3. Sei conscio che devi essere responsabile del tuo apprendimento assumendo un ruolo attivo nel proceso di apprendimento. Verrai quindi in classe preparato, avendo letto le note del corso indicate prima della lezione (senza che sia necessario avere compreso tutto), a mi farai sapere su cosa hai bisogno di aiuto.

4. Parteciperai alle lezioni regolarmente in uno stato di presenza mentale evitando qualunque distrazione quale guardare il telefono. Arriverai in orario e non lascerai l’aula prima che la classe termini.

5. Parteciperai a tutte le esercitazioni guidate regolarmente. Arriverai in orario e non lascerai l’aula prima che la classe termini.

6. Parteciperai attivamente alle discussioni in classe e durante le esercitazioni.

7. Comunicherai chiaramente e in modo efficace la tua comprensione durante le lezioni e le esercitazioni.

8. Porrai delle domande se qualcosa non è chiaro – in classe, fissando un appuntamento, al telefono, via e-mail o moodle. Non aspettare la fine del corso quando resta poco tempo per cercare di risolvere i problemi.

9. Sei conscio dei benefici della collaborazione e dello spirito strettamente non competitivo di questo corso, e sarai contento di lavorare con altri in classe, in particolare durante le esercitazioni.

10. Manterrai un atteggiamento positivo e condividerai la tua conoscenza e capacità con il resto della classe e con me per tutto il semestre.

11. Nei test di esame sarai onesto e farai del tuo meglio basandoti solo sulle tue capacità e conoscenze.

MATERIALE DIDATTICO SULLA PIATTAFORMA MOODLE
All’inizio del corso dovrai iscriverti sulla piattaforma digitale moodle al corso “Fisica Generale 1”. La chiave di accesso verrà fornita dal docente.

Sulla piattaforma digitale moodle sono presenti note sintetiche (scritte a mano su quanto proposto in una tipica lezione) ordinate per macro-argomenti. Dovrai leggere attentamente queste note prima di ogni lezione.
Nell’ambito di ciascun macro-argomento troverai inoltre tutti gli esercizi svolti in casa, i test concettuali proposti in classe, i compiti assegnati da svolgere a casa e le animazioni/simulazioni computerizzate.

credits unica.it | accessibilità Università degli Studi di Cagliari
C.F.: 80019600925 - P.I.: 00443370929
note legali | privacy

Nascondi la toolbar