Dipartimento di Scienze della Vita e dell'Ambiente - Guida degli insegnamenti (Syllabus)

Programma

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FISICA (M-Z)
PAOLO MARIANI

Sede Scienze
A.A. 2016/2017
Crediti 8
Ore 64
Periodo 2^ semestre
Lingua ITA
Codice U-gov ST01 3S005

Prerequisiti

Conoscenze di base di matematica (rappresentazione cartesiana, proporzionalita' diretta e inversa, equazioni e sistemi di primo e secondo grado, esponenziali, logaritmi, funzioni geometriche semplici, trigonometria elementare); conoscenze di chimica di base (atomo, molecola, legame chimico).



Modalità di svolgimento del corso

Sono previste lezioni teoriche (6 crediti, 48 ore), esercitazioni in aula (1 credito, 8 ore) e due esercitazioni di laboratorio didattico svolte in gruppo (1 credito, 8 ore). La frequenza al corso, seppure non obbligatoria, è consigliata. La frequenza al laboratorio didattico è fortemente consigliata. Alla fine del corso, sono previste esercitazioni di laboratorio didattico di recupero per gli studenti eventualmente assenti.



Risultati di apprendimento attesi

Conoscenze:
L’insegnamento permette agli studenti di acquisire il linguaggio e la metodologia delle scienze fisiche, e cioè una buona conoscenza delle leggi fondamentali della fisica e una capacità di analisi utili per descrivere, comprendere e interpretare in modo quantitativo, con valutazione o calcolo delle grandezze coinvolte, i principali aspetti fisici della realtà che ci circonda, con particolare riferimento ai problemi di interesse biologico. Il corso è centrato sulla fisica teorica e sperimentale di base (meccanica, proprietà dei fluidi, termodinamica, proprietà elettriche e magnetiche della materia) che è necessaria per fornire una solida base scientifica a studi di tipo interdisciplinare.

Capacità di applicare le conoscenze:
Lo studente dovrà acquisire un modo rigoroso e analitico di ragionare e di affrontare i fenomeni fisici. In particolare dovrà possedere una conoscenza di base delle leggi della Fisica Classica, applicandole in modo appropriato per interpretare i fenomeni elementari che riguardano il movimento, l'energia e le proprietà termiche, elettriche e magnetiche della materia, usando correttamente le unità di misura delle più comuni grandezze fisiche e conoscendo i fattori di conversione tra unità di misura omogenee. Inoltre, lo studente dovrà essere in grado di applicare tali leggi per risolvere esercizi numerici e dovrà saper comunicare in modo chiaro il procedimento usato per arrivare alla loro soluzione. Lo studente dovrà infine mostrare di aver compreso il metodo scientifico con cui misurare e interpretare in modo critico i fenomeni fisici osservati durante le esperienze di laboratorio.

Competenze trasversali:
Lo svolgimento delle esercitazioni in laboratorio didattico e l'elaborazione della relazione di laboratorio, svolte mediante un lavoro di gruppo, contribuiscono a migliorare il grado di autonomia di giudizio e la capacità comunicativa dello studente. Inoltre, l'analisi dei dati raccolti dagli studenti durante le esercitazioni pratiche e lo svolgimento degli esercizi contribuiscono a migliorare le capacità di utilizzo dei concetti di matematica e statistica appresi.



Programma

Contenuti (lezioni frontali, 6 CFU, 48 ore):
Metodo scientifico. Grandezze fondamentali e derivate. Sistemi di unità di misura. Grandezze scalari e vettoriali. Operazioni vettoriali. Vettore posizione e spostamento. Velocità media ed istantanea. Accelerazione media ed istantanea. Moto rettilineo uniforme. Moto uniformemente accelerato. Moto circolare uniforme. Velocità angolare Moto circolare non uniforme. Accelerazione centripeta e tangenziale. Moto parabolico. Concetto di forza. Principio di inerzia. Secondo principio della dinamica. Terzo principio della dinamica. Forza peso. Legge di Hooke. Composizione delle forze. Forze di contatto. Tensione di una fune ideale. Forza gravitazionale. Altre forze in natura. Attrito statico e dinamico. Esempi di moti in presenza di attrito. Sistemi non inerziali e forze apparenti. Sistemi di più particelle. Centro di massa. Posizione, velocità e accelerazione del centro di massa. Forze interne ed esterne. Quantità di moto. Principio di conservazione della quantità di moto. Esempi notevoli sulla conservazione della quantità di moto. Forze impulsive. Lavoro. Teorema dell’energia cinetica. Potenza. Campi scalari e vettoriali. Campo conservativo. Energia potenziale. Principio di conservazione dell’energia meccanica. Forze dissipative. Energia potenziale gravitazione ed elastica. Urti elastici. Urti con cattura. Momento della forza. Equilibrio statico. Esempi notevoli di equilibrio statico. Momento angolare e momento d’inerzia. Principio di conservazione del momento angolare. Densità e viscosità dei fluidi. Pressione e principio di Pascal. Legge di Stevino. Principio di Archimede. Fluidi in moto stazionario. Legge di continuità. Teorema di Bernoulli. Fluidi reali. Moto laminare. Legge di Poiseille. Equilibrio termico. Temperatura e scale di temperatura. Coordinate termodinamiche. Stati termodinamici. Equazione di stato dei gas perfetti. Trasformazioni quasistatiche. Calore e lavoro. Pressione di opposizione e lavoro di espansione-compressione. Calori specifici a pressione e volume costante. Esperimento di Joule. Primo principio della termodinamica. Trasformazioni isocora, isobara e isoterma. Adiabatica reversibile. Leggi di Poisson. Enunciati del secondo principio della termodinamica. Ciclo di Carnot. Rendimento di un ciclo di Carnot. Entropia. Disuguaglianza di Clausius. Espansione libera di un gas. Entropia e disordine. Esempi notevoli di cicli termodinamici. Carica elettrica, campo elettrico e potenziale elettrico. Teorema di Gauss. Conduttori ed isolanti. Condensatori. Corrente elettrica e leggi di Ohm. Campo magnetico e sue proprietà. Particelle cariche in campo magnetico.

Esercitazioni di laboratorio (1 CFU, 8 ore):
Scopo delle esercitazioni di laboratorio didattico è apprendere i principi e i metodi della misura attraverso l’uso dei più comuni strumenti di laboratorio e l’elaborazione statistica e grafica dei dati ottenuti. In particolare, verranno considerati i seguenti esperimenti: allungamento di una molla elicoidale e verifica della legge di Hooke; allungamento di un corpo elastico; relazioni quantitative tra le grandezze fisiche che descrivono un moto uniformemente accelerato; forze su un piano inclinato; determinazione della densità dei liquidi o di solidi; azione della pressione atmosferica; spinta ascensionale in funzione del volume e della massa di un corpo. Ogni esperimento verrà svolto in gruppi di 5 studenti. Al termine delle esercitazioni, ogni gruppo dovrà consegnare una relazione su tutte le attività svolte in laboratorio svolte, descrivendo per ogni esperienza il montaggio sperimentale e presentando i dati ottenuti, i calcoli eseguiti, i risultati analitici calcolati (espressi con il corretto numero di cifre significative) e la discussione/interpretazione degli stessi.



Modalità di svolgimento dell'esame

Metodi di valutazione dell’apprendimento:
L'esame consiste in una prova scritta ed in una successiva prova orale. Lo studente non può accedere alla prova orale senza aver superato la prova scritta. Tale prova scritta consta di tre esercizi, ciascuno contenente due o tre domande, relativi all'intero programma svolto. La prova scritta  si intende superata quando lo studente ha correttamente svolto almeno un esercizio e mezzo (voto corrispondente superiore a 15/30). Durante lo svolgimento delle lezioni è anche prevista la possibilità per lo studente di sostenere due prove scritte in itinere (1° e 2° parziale), centrate sul programma svolto fino a quel momento. Ognuno dei due parziali è costituito da 3 esercizi contenenti ciascuno 2 o 3 domande. Il risultato di un parziale è mediato con l’altro, purché il punteggio di ognuno di essi sia almeno uguale a 15/30. Gli studenti che non abbiano superato una delle due prove in itinere dovranno affrontare negli appelli successivi la normale prova scritta. 

Criteri di valutazione dell'apprendimento:
Durante la prova orale, viene valutata la capacità dello studente di conoscere la definizione e il significato delle grandezze fisiche e di svolgere le dimostrazioni delle leggi fisiche apprese durante il corso. Inoltre, viene valutata la relazione relativa alle esperienze di gruppo svolte durante il laboratorio didattico. 

Criteri di misurazione dell’apprendimento:
Il voto finale è attribuito in trentesimi. L’esame si intende superato quando il voto è maggiore o uguale a 18. È prevista l’assegnazione del massimo dei voti con lode (30 e lode).

Criteri di attribuzione del voto finale:
Il voto finale viene attribuito valutando la prova orale e tenendo conto in modo non quantitativo dei risultati della prova scritta. La lode viene attribuita quando lo studente abbia dimostrato piena padronanza della materia.



Testi consigliati

Appunti di lezione.
A. Giambattista, B. McCarthy Richardson, R. C. Richardson, "Fisica Generale. Principi e applicazioni", McGraw-Hill, seconda edizione, 2012.
P. Pavan, F. Soramel, “Problemi di Fisica Risolti e Commentati”, Casa Editrice Amborsiana, terza edizione, 2007
Qualunque testo di Fisica per corsi universitari.



Corsi di laurea
  • Scienze biologiche




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