Fisica (2006/2007)

Corso a esaurimento

Codice insegnamento
4S00004
Docente
Gino Mariotto
crediti
8
Altri corsi di studio in cui è offerto
Settore disciplinare
FIS/01 - FISICA SPERIMENTALE
Lingua di erogazione
Italiano
Periodo
2° Q, 3° Q

Orario lezioni

2° Q
Giorno Ora Tipo Luogo Note
mercoledì 8.30 - 10.30 lezione Aula Gino Tessari  
venerdì 8.30 - 9.30 lezione Aula Gino Tessari  
3° Q
Giorno Ora Tipo Luogo Note
lunedì 14.30 - 16.30 lezione Aula Gino Tessari  
martedì 15.30 - 16.30 lezione Aula Gino Tessari  
mercoledì 8.30 - 10.30 lezione Aula Gino Tessari  

Obiettivi formativi

Il corso è rivolto agli studenti del corso di Laurea Triennale in Informatica e Bioinformatica. Scopo del corso è la presentazione dei fondamenti del metodo sperimentale, della meccanica classica del punto materiale, della termodinamica e dell'elettromagnetismo.
Gli obiettivi formativi sono realizzati mediante attività didattiche (lezioni ed esercitazioni) frontali, tenute durante il secondo e terzo quadrimestre per un numero complessivo di 64 ore. Allo scopo di facilitare lo studente nella comprensione e nell'apprendimento delle leggi e dei principi della meccanica, della termodinamica e dell'elettromagnetismo, durante le lezioni frontali è fatto costante ricorso alla fenomenologia, mentre le esercitazioni avranno per oggetto la soluzione di esercizi e problemi che simulano situazioni ed eventi naturali. Le esercitazioni sono organizzate e svolte in maniera tale da mettere lo studente in condizioni di affrontare e superare la prova scritta dell'esame finale.

Programma

1. Meccanica

1.1- Grandezze fisiche e loro misura: Metodo sperimentale. Grandezze fisiche fondamentali e derivate. Unità di misura. Sistemi di unità di misura. Il sistema internazionale (S.I.). Scalari e vettori. Operazioni con i vettori. Leggi fisiche. Analisi dimensionale. Rappresentazione tabulare e grafica.

1.2- Cinematica del punto materiale: Relatività del moto. Sistemi di riferimento. Posizione, spostamento e velocità. Concetto di punto materiale. Legge oraria del moto. Traiettoria. Moto rettilineo e curvilineo.
Moto unidimensionale. Velocità e accelerazione media e istantanea. Derivazione ed integrazione delle grandezze cinematiche. Condizioni iniziali. Dall'accelerazione alla velocità. Dalla velocità alla legge oraria. Moto rettilineo uniforme e uniformemente accelerato.
Moto in due dimensioni. Vettori posizione, spostamento, velocità ed accelerazione. Loro componenti.
Moto curvilineo. Coordinata curvilinea. Moti ad accelerazione costante. Componenti tangenziale e normale dell'accelerazione. Moto circolare: velocità ed accelerazione angolare. Periodo e frequenza. Componenti radiale e trasversale della velocità e dell’accelerazione nel moto curvilineo piano.

1.3- Moti relativi: Sistemi di riferimento assoluti. Posizione e velocità relativa di due punti materiali. Moto relativo traslatorio uniforme ed uniformemente accelerato. Spostamento di trascinamento. Velocità e accelerazione di trascinamento. Trasformazioni di Galileo: invarianza dell'accelerazione.

1.4- Dinamica del punto materiale: Principio di inerzia. Particella libera. Concetto di massa. Interazione fra due particelle.Leggi di Newton. Concetto di forza. Definizione operativa di forza. Forze esistenti in natura. Equazione del moto di una particella. Risultante delle forze applicate. Equilibrio statico e dinamico. Vincoli e reazioni vincolari. Forze d'attrito statico e dinamico. Forze elastiche. Pendolo semplice. Moto curvilineo di una particella: componenti tangenziale e centripeta della risultante delle forze agenti. Forze centrali.
Sistemi non inerziali. Forze apparenti. Momento della quantità di moto, momento di una forza e teorema del momento angolare. Conservazione del momento angolare. Legge della gravitazione universale di Newton. Leggi di Keplero.

1.5- Energia e Lavoro: Integrali primi della forza: impulso e lavoro. Potenza. Unità di misura del lavoro e della potenza. Energia cinetica. Teorema dell’energia cinetica. Lavoro di una forza costante. Lavoro di una forza elastica e di una forza centrale. Forze conservative. Energia potenziale. Principio di conservazione dell'energia meccanica. Lavoro di una forza dissipativa. Proprietà della funzione energia potenziale. Relazione fra energia potenziale e forza.
Campi di forze centrali. Natura conservativa di un campo di forze centrali. Moto sotto l’azione della forza gravitazionale. Potenziale gravitazionale e centrifugo. Potenziale efficace e orbita di equilibrio. Velocità di fuga dalla terra.

1.6- Dinamica dei sistemi di particelle: Forze interne e forze esterne e loro momenti rispetto a un polo fisso O. Principio di azione e reazione. Equazioni cardinali della dinamica di un sistema di particelle. Centro di massa (CM): definizione e sue proprietà. Sistema di riferimento del laboratorio (sistema L) e del CM (sistema C). Moto del CM; moto rispetto al CM. Teoremi di König. Sistemi di sue particelle: massa ridotta. Energia cinetica di un sistema di particelle.. Lavoro delle forze interne e delle forze esterne. Energia potenziale delle forze interne ed esterne. Energia propria. Energia interna. Energia totale meccanica.
Urti fra 2 particelle. Approssimazione di impulso. Forze interne ed esterne. Conservazione della quantità di moto totale e dell'energia cinetica del CM. Urti centrali elastici, anelastici e completamente anelastici.

1.7- Dinamica del corpo rigido: Moto di traslazione e moto di rotazione di un corpo rigido. Moto di rotazione attorno ad un asse fisso passante per il suo CM. Momento di inerzia. Teorema di Huygens-Steiner. Energia cinetica rotazionale. Equazioni del moto roto-traslazionale del corpo rigido. Moto rotazionale di un corpo attorno ad un asse fisso non passante per il centro di massa. Il pendolo fisico. Moto rotazionale attorno ad un asse senza nemmeno un punto fisso. Moto di un corpo rigido libero. Leggi di conservazione dell'energia e del momento angolare nel moto di un corpo rigido. Urti tra particelle libere e corpi rigidi vincolati. Conservazione del momento angolare.

2. Termodinamica

2.1- Sistemi e stati termodinamici: Sistema e ambiente termodinamici. Variabili termodinamiche:. Stati di equilibrio termodinamico. Variabili di stato. Gas ideali o perfetti. Legge di stato di un gas perfetto.
Elementi di termometria. Concetto di temperatura. Equilibrio termico. Definizione operativa di temperatura. Scale termometriche: scale Celsius e Kelvin. Termometri.
Elementi di calorimetria. Temperature e calore. Capacità termica. Calori specifici molari dei gas ideali. Cambiamenti di fase. Calori latenti.
Trasformazioni termodinamiche reversibili ed irreversibili. Cicli termodinamici. Rappresentazione nel piano di Clepeyron. Trasformazioni isoterme, isocore e isobare. Lavoro termodinamico: sua dipendenza dalla trasformazione termodinamica.

2.2- Primo principio: Esperimenti di Joule. Equivalenza fra lavoro e calore. Il primo principio della termodinamica per un gas perfetto. Applicazione del primo principio nelle trasformazioni reversibili dei gas ideale: isoterma, isocora, isobara. Trasformazioni adiabatiche. Trasformazione adiabatica reversibile di un gas perfetto.
Trasformazioni cicliche di un gas. Cicli termici e cicli frigoriferi. Rendimento di un ciclo termico. Ciclo di Carnot. Altri cicli notevoli (Stirling, Otto e Diesel). Efficienza di un ciclo frigorifero.

2.3- Secondo principio: Macchine termiche e macchine frigorifere. Sorgenti di calore e termostati. Enunciati del secondo principio della termodinamica. Equivalenza fra l'enunciato di Kelvin-Planck e di Clausius. Teorema di Carnot. Rendimento massimo. Diseguaglianza di Clausius. Entropia. Calcolo della variazione di entropia. Trasformazioni adiabatiche. Entropia dell'universo termodinamico.

3. Elettromagnetismo.

3.1- Elettrostatica nel vuoto. Carica elettrica, legge di Coulomb, costante dielettrica del vuoto. Esperienza di Millilan. Campo elettrostatico. Moto di una carica in un campo elettrostatico. Potenziale elettrostatico Determinazione del campo e del potenziale elettrostatici per distribuzioni di carica a simmetria sferica e cilindrica. Legge di Gauss e sue applicazioni alla determinazione di campi elettrici di distribuzioni di carica a simmetria sferica e cilindrica. Conduttori e dielettrici Capacità elettrica. Condensatori. Energia del campo elettrostatico.

3.2- Correnti elettriche e circuiti in corrente continua: Conduzione elettrica. Corrente elettrica. Vettore densità di corrente. Legge di Ohm. Resistenza e resistività elettrica. Resistenze in serie e in parallelo. Legge di Ohm in forma vettoriale. Carica e scarica di un condensatore attraverso una resistenza Legge di Joule. Nodi, rami, maglie e reti. Leggi di Kirchoff. Risoluzione di circuiti elettrici elementari. Analisi di semplici circuiti elettrici in corrente continua. Circuiti RC: Carica e scarica di un condensatore.

3.3- Magnetostatica nel vuoto. Vettore induzione magnetica, permeabilità magnetica del vuoto. Campo magnetico stazionario. Moto di cariche in un campo magnetico stazionario. Forza di Lorentz. Campo magnetico prodotto da una corrente. Calcoli di campo magnetico generato da un filo rettilineo, da una spira e da un solenoide percorsi da una corrente. Legge di Ampère, teorema della circuitazione.

3.4- Campi elettrici e magnetici variabili nel tempo, Esperimenti di Faraday. Induzione elettromagnetica. Legge di Faraday-Neumann-Lenz. Auto-induzione. Oscillazioni elettriche. Circuiti oscillanti. Legge di Ampere-Maxwell. Velocità della luce nel vuoto. Equazioni di Maxwell. (Cenni).

Modalità d'esame

L’esame consiste in una parte scritta e in una parte orale. L’ammissione alla prova orale è subordinata al superamento della prova scritta, che consiste nella risoluzione di alcuni problemi relativi al programma svolto in aula. La prova scritta ha validità limitata a tre appelli d’esame, compreso quello in cui lo scritto è stato superato.
La date degli appelli sono decise in armonia con il calendario delle sessioni di esame deliberato dalla Facoltà.

Libri di testo consigliati:

Qualunque testo di Fisica Generale l'Università, per esempio:

P. Mazzoldi, M. Nigro, C. Voci
Elementi di Fisica: Meccanica – Termodinamica
EdiSES, Napoli Ed. 2001, (ultima ristampa).

e

P. Mazzoldi, M. Nigro, C. Voci
Elementi di Fisica II: Elettromagnetismo
EdiSES, Napoli, Ed.: II / 2006

Materiale didattico

Documenti

Statistiche per i requisiti di trasparenza (Attuazione Art. 2 del D.M. 31/10/2007, n. 544)

Statistiche esiti
Esiti Esami Esiti Percentuali Media voti Deviazione Standard
Positivi 21.73% 22 3
Respinti --
Assenti 57.00%
Ritirati 20.77%
Annullati 0.48%
Distribuzione degli esiti positivi
18 19 20 21 22 23 24 25 26 27 28 29 30 30 e Lode
17.7% 6.6% 15.5% 22.2% 6.6% 8.8% 11.1% 0.0% 2.2% 0.0% 4.4% 0.0% 4.4% 0.0%

Valori relativi all'AA 2006/2007 calcolati su un totale di 207 iscritti. I valori in percentuale sono arrotondati al numero intero più vicino.