FISICA

Crediti: 
8
Settore scientifico disciplinare: 
FISICA APPLICATA (A BENI CULTURALI, AMBIENTALI, BIOLOGIA E MEDICINA) (FIS/07)
Anno accademico di offerta: 
2016/2017
Semestre dell'insegnamento: 
Secondo Semestre
Lingua di insegnamento: 

Italiano

Obiettivi formativi

Il corso ha come scopo quello di fornire, in modo semplificato, alcune conoscenze di base indispensabili per poter comprendere concetti che vengono affrontati in seguito nei corsi degli ambiti chimico e biologico. In particolare, il corso si propone di fornire una descrizione fisica dei meccanismi che stanno alla base di processi e di proprietà della materia che vengono affrontati nei corsi degli anni successivi. Il corso si propone infine di fare acquisire allo studente la capacità di derivare in modo razionale le implicazioni delle leggi che governano i fenomeni naturali.

Conoscenza e comprensione
Lo studente dovrà mostrare di conoscere e comprendere gli aspetti di base della fisica classica, e delle leggi fisiche che la regolano.
Capacità di applicare conoscenza e comprensione
Lo studente dovrà essere in grado di orientarsi nella valutazione di analogie e differenze tra sistemi fisici e nella comprensione delle leggi fisiche. Egli dovrà aver acquisito la capacità di comprendere negli aspetti essenziali le leggi della fisica classica, di eseguire semplici esercizi con un ragionevole grado di autonomia, di elaborare e analizzare statisticamente i risultati di misure e sintetizzare i problemi nei loro aspetti essenziali.
Autonomia di giudizio
Gli studenti, alla fine del corso, dovranno dimostrare di aver migliorato le loro capacità critiche e di formulazione di giudizio, in particolare di interpretare i dati di un problema, riflettere sui fenomeni che osserva, studiare in modo autonomo, comunicare idee-problemi-soluzioni così da sviluppare quelle capacità di apprendimento che sono necessarie per intraprendere studi successivi anche in campo biofisico o svolgere attività professionali ad esso connesso.
Capacità di apprendere
Gli studenti, alla fine del corso, dovranno dimostrare di essersi avviati in un percorso di comprensione delle principali e piu’ semplici tematiche della fisica classica, di riconoscimento delle leggi fisiche alla base dei fenomeni osservati, orientamento in una comprensione di base degli esiti delle più recenti ricerche e nella loro traduzione in interventi professionali, da intendersi anche come attività di studio autonomo.

Contenuti dell'insegnamento

MECCANICA
Grandezze Fisiche e Sistemi di unità di misura. Vettori e scalari. Operazioni con i vettori. Scomposizione lungo gli assi cartesiani. Diagramma spaziotempo. Posizione, velocità media e istantanea, accelerazione media e istantanea. Leggi orarie di moti particolari. Vettori posizione, velocità e accelerazione. Leggi della dinamica. Sistemi di riferimento inerziali. Forze fondamentali. Legge di gravitazione universale e forza di gravità. Attriti. Lavoro di una forza. Prodotto scalare. Teorema dell'energia cinetica. Forze conservative ed energia potenziale. Conservazione dell'energia meccanica. Lavoro svolto da forze non conservative. Impulso di una forza. Conservazione della quantità di moto. Urti. Centro di massa. Condizioni generali di equilibrio. Moto rotatorio. Energia cinetica di un corpo in rotazione. Momento di inerzia. Prodotto vettoriale Momento di una forza. Momento angolare.
MECCANICA DEI FLUIDI
Pressione. Modulo di volume. Legge di Pascal. Principio di Archimede.Caratteristiche del flusso. Equazione di continuità. Teorema di Bernoulli. Applicazioni del teorema di Bernoulli. Viscosità e flusso dei fluidi viscosi. Legge di Poiseuille. Moto laminare. Moto turbolento. Numero di Reynolds. Forze di trascinamento viscoso. Forze di trascinamento ad alte velocità. Diffusione molecolare. Centrifugazione. Tensione superficiale. Capillarità. Legge di Laplace.
TERMODINAMICA
Principio zero della termodinamica. La dilatazione dei solidi. Temperatura. Teoria cinetica dei gas. Teorema di equipartizione dell'energia. Il calore e l'energia interna. Calore specifico. Calore specifico di un gas ideale monoatomico e biatomico. Calore latente e transizioni di fase. Lavoro e calore. Primo principio. Trasformazioni particolari. Meccanismi di trasmissione del calore. Propagazione del calore Macchine termiche. Trasformazioni reversibili ed irreversibili. Entropia. Significato microscopico dell'entropia. Secondo principio della termodinamica. Variazione di entropia nel ciclo di Carnot. Variazione di entropia nei processi irreversibili. Funzioni termodinamiche: Entalpia, Energia libera di Gibbs. Criteri di spontaneità. La pressione osmotica.
ELETTROMAGNETISMO
La carica elettrica. Isolanti e conduttori. Carica per induzione e polarizzazione. Forza di Coulomb. Campo elettrico. Campo elettrico di una carica puntiforme e di un dipolo. Campo generato da una distribuzione continua di cariche. Linee di campo. Flusso del campo elettrico. Teorema di Gauss. Applicazioni del teorema di Gauss. Potenziale elettrico. Superfici equipotenziali. Momento su un dipolo in un campo elettrico uniforme. Energia potenziale. Capacità. Condensatore. Collegamento di condensatori in serie ed in parallelo. Energia immagazzinata in un condensatore. Effetto degli isolanti sulla capacità. Corrente elettrica. resistenza e legge di Ohm. Legge di Joule. Collegamento di resistenze in serie ed in parallelo. Magneti permanenti. Forza di Lorentz. Campo magnetico. Forza su un conduttore percorso da corrente. Momento magnetico di una spira. Legge di Biot-Savart. Campo magnetico di un filo infinitamente lungo percorso da corrente. Teorema di Ampère. Legge di Faraday. Generatore di corrente alternata. f.e.m. indotte e campi elettrici. Energia immagazzinata nel campo magnetico. Teorema di Ampère generalizzato. Le equazioni di Maxwell . Le onde elettromagnetiche. Energia trasportata dalle onde e.m. Lo spettro delle onde e.m. Polarizzazione delle onde e.m. Rifrazione della luce. Dispersione delle luce.

Programma esteso

MECCANICA
Grandezze Fisiche e Sistemi di unità di misura. Vettori e scalari. Operazioni con i vettori. Scomposizione lungo gli assi cartesiani. Diagramma spaziotempo. Posizione, velocità media e istantanea, accelerazione media e istantanea. Leggi orarie di moti particolari. Vettori posizione, velocità e accelerazione. Leggi della dinamica. Sistemi di riferimento inerziali. Forze fondamentali. Legge di gravitazione universale e forza di gravità. Attriti. Lavoro di una forza. Prodotto scalare. Teorema dell'energia cinetica. Forze conservative ed energia potenziale. Conservazione dell'energia meccanica. Lavoro svolto da forze non conservative. Impulso di una forza. Conservazione della quantità di moto. Urti. Centro di massa. Condizioni generali di equilibrio. Moto rotatorio. Energia cinetica di un corpo in rotazione. Momento di inerzia. Prodotto vettoriale Momento di una forza. Momento angolare.
MECCANICA DEI FLUIDI
Pressione. Modulo di volume. Legge di Pascal. Principio di Archimede.Caratteristiche del flusso. Equazione di continuità. Teorema di Bernoulli. Applicazioni del teorema di Bernoulli. Viscosità e flusso dei fluidi viscosi. Legge di Poiseuille. Moto laminare. Moto turbolento. Numero di Reynolds. Forze di trascinamento viscoso. Forze di trascinamento ad alte velocità. Diffusione molecolare. Centrifugazione. Tensione superficiale. Capillarità. Legge di Laplace.
TERMODINAMICA
Principio zero della termodinamica. La dilatazione dei solidi. Temperatura. Teoria cinetica dei gas. Teorema di equipartizione dell'energia. Il calore e l'energia interna. Calore specifico. Calore specifico di un gas ideale monoatomico e biatomico. Calore latente e transizioni di fase. Lavoro e calore. Primo principio. Trasformazioni particolari. Meccanismi di trasmissione del calore. Propagazione del calore Macchine termiche. Trasformazioni reversibili ed irreversibili. Entropia. Significato microscopico dell'entropia. Secondo principio della termodinamica. Variazione di entropia nel ciclo di Carnot. Variazione di entropia nei processi irreversibili. Funzioni termodinamiche: Entalpia, Energia libera di Gibbs. Criteri di spontaneità. La pressione osmotica.
ELETTROMAGNETISMO
La carica elettrica. Isolanti e conduttori. Carica per induzione e polarizzazione. Forza di Coulomb. Campo elettrico. Campo elettrico di una carica puntiforme e di un dipolo. Campo generato da una distribuzione continua di cariche. Linee di campo. Flusso del campo elettrico. Teorema di Gauss. Applicazioni del teorema di Gauss. Potenziale elettrico. Superfici equipotenziali. Momento su un dipolo in un campo elettrico uniforme. Energia potenziale. Capacità. Condensatore. Collegamento di condensatori in serie ed in parallelo. Energia immagazzinata in un condensatore. Effetto degli isolanti sulla capacità. Corrente elettrica. resistenza e legge di Ohm. Legge di Joule. Collegamento di resistenze in serie ed in parallelo. Magneti permanenti. Forza di Lorentz. Campo magnetico. Forza su un conduttore percorso da corrente. Momento magnetico di una spira. Legge di Biot-Savart. Campo magnetico di un filo infinitamente lungo percorso da corrente. Teorema di Ampère. Legge di Faraday. Generatore di corrente alternata. f.e.m. indotte e campi elettrici. Energia immagazzinata nel campo magnetico. Teorema di Ampère generalizzato. Le equazioni di Maxwell . Le onde elettromagnetiche. Energia trasportata dalle onde e.m. Lo spettro delle onde e.m. Polarizzazione delle onde e.m. Rifrazione della luce. Dispersione delle luce.

Bibliografia

Principi di Fisica Serway Jewett EdiSES
Fondamenti di Fisica J.S. Walker Pearson Addison- Wesley

Metodi didattici

Durante il corso verranno presentati mediante lezioni frontali temi selezionati di fisica classica, riportati nella sezione “contenuti”. Gli argomenti affrontati verranno puntualmente corredati da esempi e semplici esercizi che consentono allo studente di comprendere le modalità di applicazione dei concetti esposti.

Modalità verifica apprendimento

La verifica dell’apprendimento verrà effettuata mediante un esame scritto, comprendente 30 domande a risposta chiusa, tese a valutare la comprensione e la capacità di applicazione delle leggi fisiche. L’assegnazione del punteggio delle prove viene effettuati mediante conteggio delle risposte esatte, corretto mediante successiva analisi statistica dei risultati delle prove. Raggiunta la sufficienza nella prova scritta, lo studente può integrare l’esame con una prova orale per migliorare il punteggio ottenuto.