Insegnamenti

 

60/64/180 - FISICA 1

Anno Accademico ​2016/2017

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




Informazioni aggiuntive

CorsoPercorsoCFUDurata(h)
[60/64] ​ ​MATEMATICA [64/00 - Ord. 2012] ​ ​PERCORSO COMUNE1296
Obiettivi

CONOSCENZA E CAPACITÀ DI COMPRENSIONE
Lo studente acquisirà le conoscenze sui fondamenti della meccanica classica: cinematica, dinamica, onde e oscillazioni. Verranno inoltre apprese le basi della termodinamica classica.

CAPACITÀ APPLICATIVE
Definire la soluzione di un problema come una procedura da sviluppare e non semplicemente come un compito memorizzato da richiamare. In particolare, lo studente sarà allenato a risolvere un problema a partire da un’analisi qualitativa e a classificarlo su caratteristiche strutturali approfondite piuttosto che solo su caratteristiche superficiali. Lo studente sarà in grado di risolvere problemi attraverso l’utilizzo di molteplici strumenti quali grafici, diagrammi, limiti, leggi di conservazione.

AUTONOMIA DI GIUDIZIO
Gli studenti sono continuamente stimolati a sviluppare un approccio critico sulla elaborazione e comprensione dei concetti. Attraverso ripetute sollecitazioni essi imparano a criticare ragionamenti poco chiari o mal definiti. Gli studenti svilpperanno la capacità di stabilire autonomamente se i risultati hanno senso (uso del “buon senso”).

ABILITÀ NELLA COMUNICAZIONE
Gli studenti apprenderanno come esporre le idee organizzando la conoscenza in modo gerarchico. Apprenderanno come semplificare problemi complessi nei termini essenziali. Attraverso la tecnica delle lezioni interattive gli studenti impareranno a confrontare le proprie idee con i propri colleghi e a illustrare possibili soluzioni dei problemi alla “pari” in modo efficace.

CAPACITÀ DI APPRENDERE
Lo studente svilupperà una metodologia di studio e analisi che gli permetta di interpretare e approfondire le problematiche della fisica classica che gli si presenteranno nel proseguo dello 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.

Non ci sono prerequisiti per i concetti di fisica.

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

La tecnica di insegnamento punta a risolvere alcuni importanti problemi generali della didattica a livello universitario:

1. Anche con lezioni molto ben preparate e chiare, gli studenti sono di solito passivi. Essi raramente pongono domande. E’ difficile giudicare quanto comprendono gli argomenti di lezione e se trovano gli argomenti interessanti.

2. Ci sono studenti che frequentano le lezioni in modo saltuario e discontinuo.

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

La tecnica attualmente utilizzata e’ basata su lezioni interattive e su interazioni con gli studenti:

1. Valutazione alla pari: domande a risposta multipla vengono poste durante la lezione all’intera classe. Gli studenti devono elaborare la risposta discutendo a coppie e le risposte vengono raccolte collettivamente e anonimamente.
Cio’ obbliga gli studenti a riflettere sugli argomenti durante la lezione, a confrontarsi con altri studenti e viene fornito al docente un mezzo per valutare il grado di comprensione della classe.
A ciascuno studente viene consegnato all'inizio della lezione un telecomando (clicker) per poter rispondere a domande a risposta multipla che vengono raccolte in tempo reale da un software basato su un ricevitore radio usb.

2. Utilizzo di simulazioni e animazioni computerizzate per illustrare i concetti alla base di vari fenomeni. Diverse animazioni sono interattive e richiedono risposte da parte degli studenti.

3. Utilizzo in classe di apparecchi dimostratori per vari fenomeni fisici.

4. Compiti a casa e interazioni col tutor. Gli studenti ogni settimana ricevono un esercizio da svolgere a casa. Un tutor ha il compito di correggere gli esercizi e di interagire con gli studenti per mettere in evidenza gli errori e discutere il procedimento di risoluzione. Il lavoro svolto a casa viene valutato e contribuisce al voto finale.

Verifica dell'apprendimento

L'esame è formato da una prova scritta e un orale.
Verranno valutati:
acquisizione delle nozioni, conoscenza del linguaggio disciplinare, capacità di mettere in relazione concetti e conoscenze, capacità espositiva.

Per gli studenti che frequentano regolarmente il corso, lo scritto è suddiviso in due parziali, una a meta’ corso, il secondo alla fine del corso. Se tutti gli esercizi da fare a casa vengono svolti in modo soddisfacente, essi aumentano il voto dell'esame di un punto.

Testi

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

Altre Informazioni

Ricordiamo a tutti gli studenti che il nostro Ateneo fornisce supporto per studenti affetti da disturbi specifici dell'apprendimento (DSA). Chi fosse interessato può trovare maggiori informazioni a questo link: http://corsi.unica.it/fisica/info-dsa/

Utilizzo di applet in java Physlet Physics sviluppate da Christian e Belloni:
animazioni di fisica interattive con possibilita' di effettuare misure e rispondere a domande (i dettagli sono riporati sul sito web personale
http://gruppo3.ca.infn.it/usai/?Courses:Fisica
Questo e' uno strumento utile per dare compiti ed esercizi da svolgere a casa. E' anche utile per illustrare concetti durante la lezione.

Utilizzo di clicker per sottoporre alla classe domande a risposta multipla: sistema informatico che raccoglie le risposte in tempo reale ed effettua la statistica delle risposte corrette ed errate
Questo e' uno strumento utile per l'insegnante per verificare se la classe ha compreso i concetti della lezione.


Web sites:
http://gruppo3.ca.infn.it/usai/?Courses:Fisica
http://people.unica.it/gianlucausai

Email: gianluca.usai@ca.infn.it

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