Corso di Fisica. Orario di ricevimento (su appuntamento) martedì dalle alle Dipartimento di Fisica, via Marzolo 8, uff.

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1 Corso di Fisica Prof. Silvia M. Lenzi Orario di ricevimento (su appuntamento) martedì dalle alle Dipartimento di Fisica, via Marzolo 8, uff. 363 Testi consigliati: Mazzoldi, Nigro, Voci: Elementi di Fisica: Meccanica e Termodinamica e Elettromagnetismo, EdiSES Resnick, Halliday, Krane: Fisica 1 e Fisica 2, CEA Gettys, Keller, Skove, Fisica 1 e Fisica 2, McGraw-Hill Focardi, Massa e Uguzzoni, Fisica Generale, CEA Giancoli,, Fisica 1 e Fisica 2, CEA Fisica in Laboratorio, Mazzi, Ronchese, Zotto, Esculapio, Bologna Informazioni sul corso, lucidi, esami, dispense di Laboratorio, ecc. si trovano nella pagina web: S.M. Lenzi - Presentazione 1

2 Regolamento del Corso di Fisica Corso di Laurea in Ingegneria Aerospaziale, Energetica, Meccanica, Chimica La prova di esame del corso di FISICA e costituita da a) una prova scritta propedeutica all orale. b) esperienze di laboratorio con il relativo test di verifica. c) una prova orale. a) La prova scritta consiste nella risoluzione di problemi e risposte a quesiti di teoria. I problemi saranno analoghi a quelli presentati e svolti a lezione e a quelli del testo proposti. Il superamento della prova scritta puo avvenire con diverse modalità, secondo quanto specificato nel seguito. Prove in itinere: Durante lo svolgimento del corso verranno effettuate due prove scritte in itinere. Una descrizione dettagliata della materia su cui vertono le prove verrà fornita durante il corso. Ciascuna delle due prove ( compitini) si intende superata se il voto conseguito non è inferiore a 15/30. Lo scritto e superato se la votazione media pesata delle due prove e almeno 18/30. Prova scritte negli appelli regolari: La prova d esame copre l intero programma del corso. Ci saranno due appelli nella sessione estiva, uno ( almeno) nella sessione autunnale e uno nella sessione invernale. S.M. Lenzi - Presentazione 2

3 Regolamento del Corso (cont.) b) Il laboratorio consiste nello svolgimento di alcune esperienze relative alla materia svolta; si svolgeranno durante il corso in tre sessioni di due ore ciascuna. La frequenza e obbligatoria e le presenze verranno registrate. La valutazione del laboratorio ( da 0 a 2 trentesimi) avverra nell ultima sessione e contribuira alla votazione finale dell esame. c) Prova orale. La prova orale e obbligatoria per chi ha superato la prova scritta con votazione inferiore a 21/30. per chi vuole confermare la votazione dello scritto + laboratorio superiore a 27/30. E esonerato chi ha una votazione nello scritto maggiore o uguale a 21/30. S.M. Lenzi - Presentazione 3

4 Regolamento del Corso (cont.) Votazione finale. - Lo studente con votazione nello scritto 21/30 e (scritto+laboratorio) 27/30 ha confermato il voto scritto+laboratorio. Lo studente può comunque scegliere di sostenere la prova orale per rimediare la votazione; - Se il voto finale (scritto+laboratorio) e maggiore di 27/30 lo studente può scegliere di non sostenere la prova orale, nel qual caso il voto definitivo dell esame è 27/30, oppure sostenere la prova orale. Per chi sostiene la prova orale la votazione e la media pesata della prova scritta e della prova orale con l aggiunta della votazione in trentesimi del laboratorio. S.M. Lenzi - Presentazione 4

5 Regolamento del Corso (cont.) Informazioni pratiche Per accedere al laboratorio, partecipare ai compitini, ai compiti scritti e agli esami orali occorre iscriversi in forma elettronica nelle apposite liste presenti nel sito dell Università ( UniWEB). Per le prove gli studenti dovranno poi presentarsi fuori dalle aule almeno un quarto d ora prima dell orario d inizio. Gli studenti dovranno essere muniti del libretto universitario o, se non disponibile, di un documento col quale possano dimostrare la loro identità. Durante lo svolgimento delle prove scritte non è ammessa la consultazione di libri e di appunti di nessun tipo, tranne un foglio A4 con le sole formule utili. E necessaria una calcolatrice tascabile. E inoltre vietato utilizzare in aula per qualsiasi scopo telefoni cellulari o altri strumenti di comunicazione. Organizzazione delle esperienze di laboratorio, parte integrante del corso. La frequenza al laboratorio è obbligatoria. L iscrizione, per motivi organizzativi, dovra avvenire entro le prime settimane; il calendario delle esperienze verra comunicato successivamente. Gli studenti saranno suddivisi in squadre, ciascuna costituita da più gruppi di persone ed eseguiranno esperimenti di fisica su argomenti attinenti il programma svolto in tre sessioni di due ore. Alla fine del corso di laboratorio verrà svolta una verifica scritta. Gli studenti durante l esame saranno tenuti a rispondere a domande sugli esperimenti effettuati. Gli studenti che provengono da corsi di Laurea in Ingegneria e che siano in grado di dimostrare di aver frequentato un corso di laboratorio di Fisica per Ingegneria, sono esentati dal parteciparvi. S.M. Lenzi - Presentazione 5

6 Calendario degli esami Compitini Primo compitino 18/05/13 ore 8:00 Secondo compitino Sessione primaverile Primo appello scritto Primo appello orale Secondo appello scritto Secondo appello: orale Sessione di settembre Appello scritto Appello orale Ci sarà anche una sessione di recupero a febbraio. Si consiglia di guardare le rispettive date nel sito del SIS. S.M. Lenzi - Presentazione 6

7 Programma del Corso 1) Misure ed unità di misura: Introduzione. Misura. Grandezze fondamentali. Unità fondamentali. Unità e dimensioni derivate. 2) Cinematica del punto materiale. Spazio e tempo. Traiettoria e Sistemi di riferimento. 3) Vettori: Grandezze vettoriali. Operazioni tra vettori: prodotto per uno scalare, prodotto scalare, componenti di un vettore e prodotto vettoriale. 4) Cinematica in una o piu dimensioni: Moto unidimensionale : velocita media e velocita'istantanea. Accelerazione media e accelerazione istantanea. Moto rettilineo (uniforme, uniformemente accelerato, armonico, smorzato). Rappresentazione vettoriale di posizione, velocità ed accelerazione ( coordinate ). Moto curvilineo: velocità, accelerazione tangenziale e normale. Moto circolare: velocità angolare, accelerazione angolare. 5) Moti relativi: sistemi di riferimento; composizione di velocità e accelerazioni e trasformazioni Galileiane. Moto relativo traslazione e rotazionale. Composizione di velocità e accelerazioni e trasformazioni Galileiane. Accelerazione di Coriolis. 6) Dinamica del punto materiale: Leggi di Newton. Prima legge della dinamica (legge d'inerzia). Sistemi di riferimento inerziali. Forze e seconda legge della dinamica. Terza legge della dinamica. Le quattro forze fondamentali. Applicazioni varie della seconda legge: forze elastiche e risoluzione dell'equazione del moto armonico, forze vincolari, attrito e sue proprietà. Resistenza di un mezzo e velocità limite. Moto circolare uniforme: forza centripeta e forza tangente. Applicazioni Forze ( pendolo semplice, curva sopraelevata, pendolo conico). S.M. Lenzi - Presentazione 7

8 Programma del Corso 7) Quantità di moto e momento angolare. Momento di una forza. 2a legge della dinamica in forma angolare. 8) Lavoro ed energia: Lavoro di una forza e potenza. Energia cinetica. Unità di energia. Lavoro di una forza costante. Energia potenziale e relazioni con il lavoro. Relazione tra momento della forza ed energia potenziale nel moto curvilineo piano. Conservazione dell'energia di una particella e forze conservative. Forze non conservative ed energia dissipata. Forza ed energia nel moto armonico semplice. Pendolo semplice. Oscillazioni. 9) Dinamica di Sistemi di particelle: Moto del centro di massa di un sistema di particelle: sistema isolato e sistema soggetto a forze esterne. Momento angolare di un sistema di particelle. II equazione della dinamica. Energia cinetica di un sistema di particelle. Teoremi di Koenig. Energia interna di un sistema di particelle. Leggi di conservazione di un sistema di punti materiali. 10) Urti tra particelle. Urti elastici e anelastici. 11) Corpo Rigido e dinamica Corpo rigido: Moto di un corpo rigido. Momento assiale. Applicazione della II equazione della dinamica al moto di rotazione di un corpo rigido. Teorema di H.S.Energia cinetica di rotazione di un corpo rigido. Moto di puro rotolamento ed energia nel moto di puro rotolamento. Equilibrio di un corpo rigido. S.M. Lenzi - Presentazione 8

9 Programma del Corso 12) Forze Centrali e proprieta'. Forza centrale e moto di un corpo in un campo di forze centrali ( leggi di Keplero).Forza gravitazionale ( massa gravitazionale ) e forza elettrostatica ( carica elettrica). Proprieta' dei materiali ( Isolanti e conduttori). Concetto di campo e Campo elettrostatico. C.E. di una o piu' cariche puntiformi. Accenni a campo di cariche distribuite con densita' costante. Legge di Gauss. Applicazioni L. di Gauss ( filo infinito, piano infinito ). Lavoro e potenziale elettrostatico. Conduttori: campo e potenziale; applicazioni. Forza di Lorentz. Moto di una carica Elettrica in un campo elettrostatico. 13) Fluidi: Massa volumica e pressione. Fluidi a riposo. Moto di fluidi. Legge di Bernoulli e leggi derivate (Stevino, Archimede). 14) Termodinamica: Gas ideali. Lavoro. Lavoro adiabatico ed Energia interna. Scambi di calore, Principio zero e Temperatura. Primo principio della termodinamica. Processi reversibili e irreversibili. Trasferimento del calore e Capacità termica e Calore specifico. Trasformazioni reversibili: isoterme, isobare, isocore adiabatiche. Processi reversibili e irreversibili ed Esercizi ed Applicazioni I principio Termodinamica. Teoria cinetica dei gas. S.M. Lenzi - Presentazione 9

10 Fisica: scienza sperimentale Studia i processi del mondo fisico e stabilisce un certo numero di leggi con le quali si possono descrivere il maggior numero dei fenomeni osservabili e si possono predire i risultati di nuove esperienze. Questi fenomeni devono allora essere osservati e misurati Il processo di misura è alla base di tutte le teorie fisiche. In questo processo sono coinvolti tre sistemi: 1) sistema oggetto 2) strumento di misura 3) sistema di confronto (unità di misura) Il processo di misura definisce la grandezza fisica S.M. Lenzi - Presentazione 10

11 Grandezze fisiche Grandezze la cui misura è diretta: Esempi: - definizione di un procedimento (ripetibile) di misura - definizione di un campione di riferimento e di una unità di misura grandezza fisica unità di misura Lunghezza Tempo Massa Temperatura metro secondo chilogrammo grado Celsius Grandezze la cui misura è indiretta ( grandezze derivate ): espresse come funzioni delle grandezze dirette Esempi: velocità, accelerazione, corrente elettrica,... S.M. Lenzi - Presentazione 11

12 Sistema Internazionale (S.I.) di Unità di Misura Grandezza Unità Simbolo Definizione lunghezza metro m 1/ dello spazio percorso dalla luce nel vuoto in 1 s tempo secondo s ,77 periodi della radiazione prodotta dalla transizione tra i due livelli iperfini dello stato fond. dell atomo di Cesio 133 massa kilogrammo kg massa del campione di Pt-Ir cons. a Sevrè temperatura Kelvin K 1/273,16 della temperatura assoluta del punto triplo dell acqua corrente elettrica ampère A intensità di corrente che in due conduttori rettilinei paralleli di lunghezza infinita posti a distanza di 1 m produce una forza di N intensità luminosa candela cd intensità luminosa di 1/683 di watt per steradiante di radiazione di frequenza hertz S.M. Lenzi - Presentazione 12

13 Ordini di grandezza Distanze: -18 elettrone -15 nucleo -10 atomo -7 l luce vis. log 10 r(m) Uomo Sistema solare Confini Universo diametro Terra Galassia più vicina Tempi: -15 Periodo di oscill. del campo e.m. della luce visibile ( c = ln = l / t) Masse : -30 elettrone -27 protone -3 Periodo di oscillazione di una nota musicale (n = 440 Hz) la -7 batterio 2 Uomo 5 giorno 7 anno 15 log 10 t(s) 17 Età dell Universo 10 (10 anni) Periodo di rivoluzione del Sole nella nostra Galassia (~220 milioni di anni) 24 Terra 30 Sole log 10 m(kg) 42 Galassia S.M. Lenzi - Presentazione 13

14 Prefissi delle unità di misura Prefisso Simbol o Fattore yotta- Y zetta- Z exa- E Multipli peta- P tera- T giga- G mega- M kilo- k etto- h deca- da deci- d centi- c milli- m micro- m nano- n pico- p femto- f atto- a zepto- z yocto- y Sottomultipli S.M. Lenzi - Presentazione 14

15 Fisica classica e fisica quantistica Nel processo di misura c è interazione fra l oggetto e l apparato di misura Questo implica una perturbazione dell oggetto Fisica classica: si può sempre costruire un apparato di misura più perfetto in modo che la perturbazione sia minima A livello atomico la fisica classica perde validità Fisica quantistica: il sistema oggetto risulta perturbato sensibilmente S.M. Lenzi - Presentazione 15