Corso di Laurea in Scienze Biologiche, Geologiche e Ambientali Anno Accademico 2016/17

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1 Università degli Studi di Catania Dipartimento di Scienze Geologiche Corso di Laurea in Scienze Biologiche, Geologiche e Ambientali Anno Accademico 2016/17 Fisica Applicazioni di Fisica (6+3 CFU) Docente titolare dell insegnamento: Prof. Elena BRUNO Edificio/Indirizzo Dipartimento di FIsicae Astronomia, via Santa Sofia 64, Catania Telefono, , elena.bruno@ct.infn.it, pagina web Orario ricevimento: Giovedi h (su richiesta entro il giorno prima per ) OBIETTIVI FORMATIVI - possedere un'adeguata conoscenza di base dei diversi argomenti trattati; - possedere familiarità con il metodo scientifico; - saper comprendere ed utilizzare strumenti matematici adeguati - avere la capacità di collegamento tra i vari argomenti PREREQUISITI RICHIESTI FREQUENZA LEZIONI TESTI DI RIFERIMENTO Calcolo algebrico, trigonometria di base, geometria (calcolo aree e volumi delle principali figure geometriche elementari, teorema di Pitagora, relazioni tra gli angoli nei triangoli, rette parallele e perpendicolari e relativi angoli, ecc.), calcolo vettoriale, capacità di manipolare i dati (cifre significative, metodo scientifico, equivalenze, cambio unità di misura, notazione scientifica dei numeri come ad esempio , , etc), coordinate cartesiane, calcolo differenziale, cenni del calcolo integrale. Obbligatoria I seguenti testi sono tutti equivalenti. Di seguito elencato in ordine sparso. [1] Fondamenti di fisica volume unico, Halliday Resnick Walker 7 edizione (2015) [2] "Fisica generale Principi e applicazioni", A. Giambattista, B. McCarthy Richardson, R. C. Richardson, Casa Ed. Graw Hill, (4 edizione) [3] "Fisica con fisica moderna" II edizione, Giancoli, Casa Editrice Ambrosiana (edizione 2006 o 2007) [4] "Principi di fisica", J. Serway, Casa ed. EdiSES PROVA D ESAME Prove in itinere durante il corso Test con domande a risposta multipla ed esercizi sulla parte di programma svolta fino a quel momento (calcolo vettoriale, misure, meccanica, fluidi). Il superamento della prova in itinere darà l'accesso a giugno a una prova scritta limitata solo alla seconda metà del programma, con cui farà media, per poi accedere

2 all'orale conclusivo. Eventuali prove di fine corso Compito scritto con domande a risposta multipla ed esercizi e successivo esame orale Esempi dei compiti passati su Prove scritte (luogo Dipartimento di Fisica e Astronomia) nel 2017: ore ore 9.30 Date d esame ore ore ore ore ore (per fuori corso) CONSEGNA MATERIALE DIDATTICO PROGRAMMA DEL CORSO Si può qui allegare il programma che si inserirà nelle schede insegnamento caricate sulla SUA CdS e poi dettagliare la scansione temporale con la quale verranno affrontati i singoli argomenti del corso, fatti salvi ovviamente possibili slittamenti delle lezioni, che saranno comunicati nelle forme dovute ( in caso di prima compilazione si suggerisce di utilizzare il registro delle lezioni degli anni precedenti). Indicare con un asterisco, *, gli argomenti minimi irrinunciabili per il superamento dell esame Gli argomenti elencati saranno svolti in ordine di programma, come indicato (si veda il n. delle singole lezioni). Il numero della singola lezione può subire variazioni, ovviamente, in base allo svolgimento del corso in atto o alla risposta in aula degli studenti. Argomenti Rif. Testo *1. Introduzione alla fisica (Lezione n.1) Testo 1: cap 1 Programma A.A Pagina 2 di 7

3 Introduzione. *Descrizione di un fenomeno fisico. *Unità di misura ed equazioni dimensionali. Quantificare una grandezza. *Il concetto di errore. *Unità di misura del Sistema Internazionale (SI): tempo, massa, lunghezza. *I prefissi. *Unità derivate. *Equazioni dimensionali. *2. Calcolo vettoriale (Lezione n.1) *Grandezze scalari e vettoriali. *Rappresentazione dei vettori in componenti rispetto ad un sistema di riferimento. *Somma di vettori. *Prodotto scalare e vettoriale tra vettori. *3. Forze e leggi di Newton (Lezione n. 2) *Il concetto di forza. *Forze e moto. *Prima legge di Newton. *Sistemi di riferimento inerziali. *Natura vettoriale delle forze. *Seconda legge di Newton. *Peso di un corpo. Alcune forze particolari: attrito, forza di reazione ad un peso. *Azione e reazione. *Terza legge di Newton. *Sistemi di punti materiali. *Il centro di massa. *Estensione del concetto per un sistema rigido. *Il concetto di equilibrio. *Forze interne ed esterne. *4. Moti rettilinei (lezione n. 3) *Moto unidimensionale. *Definizione di spostamento, velocità media, velocità istantanea. *Accelerazione media e istantanea. *Moto rettilineo ad accelerazione costante. Moti in più dimensioni. *Scomposizione dei moti lungo gli assi di un sistema di riferimento. Moto del proiettile. *5. Moto circolare uniforme (Lezione n. 4) *Cenni di moto circolare uniforme. *Posizione e spostamento e velocità angolare. *Accelerazione centripeta. *Periodo e frequenza. *Velocità angolare della Terra. *6. Gravitazione (Lezione n. 3) *La gravitazione. Legge di Newton. *Energia potenziale gravitazionale. *La forza di Newton è conservativa. Velocità di fuga. Testo 2: cap 1 Testo 3: cap 1 Testo 4: cap 1 Testo 1: cap 3 Testo 2: cap Appendice A Testo 3: cap 3 Testo 4: cap 1 Testo 1: cap 5 e 6 Testo 2: cap 2 Testo 3: cap 4 Testo 4: cap 4 Testo 1: cap. 2 e 4 Testo 2: cap 3, 4 Testo 3: cap 2 Testo 4: cap 2, 3 Testo 1: cap. 4 e 6 Testo 2: cap 5 Testo 3: cap 5 Testo 4: cap 5 Testo 1: cap 13 Testo 2: cap 2 Testo 3: cap 5 e 9 Testo 4: cap 4 *7. Energia meccanica e lavoro (lezione n. 5) Testo 1: cap 7 e 8 *Lavoro ed energia. *Definizione di lavoro Testo 2: cap 6 meccanico. *Teorema delle forze vive. *Lavoro e Testo 3: cap 6 forza peso. *Forza elastica e lavoro della forza Testo 4: cap 6, 7 Programma A.A Pagina 3 di 7

4 elastica (molla). Definizione di potenza. *Energia potenziale. *Definizione di forze conservative e non. *Lavoro ed energia potenziale. *Conservazione dell energia meccanica. Relazione tra forza ed energia potenziale. Estensione della conservazione dell energia meccanica. *8. Quantità di moto e urti (Lezione n. 6) *Quantità di moto. *Quantità di moto per un sistema di punti. *Gli urti. *Conservazione della quantità di moto. *Centro di gravità e baricentro *9. Moto rotatorio (Lezione n. 7) *Moto rotazionale. *Momento di inerzia. *Definizione di momento angolare. *Conservazione del momento angolare. *10. Fluidi (Lezione n. 8) *Definizione di fluido. *Pressione. *Come varia la pressione di un fluido a riposo in un campo gravitazionale. *Principio di Pascal. *Equazione di Bernoulli di conservazione dell energia nel caso di fluidi. *Principio di Archimede. *Fluidi reali: viscosità e tensione superficiale. La lava. *11. Calore e cenni di termodinamica (Lezioni n. 9 e 10) *Definizione di temperatura. Punto triplo dell acqua. Termometro a gas perfetto. *Dilatazione termica. *Calore e temperatura. *Capacità termica e calore specifico. *Transizioni di fase. *Calore latente. Esempio sul calore latente. *Stato termodinamico (equilibrio). *Funzioni di stato. *Trasmissione del calore: conduzione, convezione e irraggiamento. Il problema del riscaldamento globale. *Prima legge della termodinamica. Trasformazioni reversibili e irreversibili. * Seconda legge della termodinamica. *Processi reversibili e irreversibili. *Entropia. *Terza legge della termodinamica. Testo 1: cap 9 Testo 2: cap 7 Testo 3: cap 7 Testo 4: cap 8 Testo 1: cap 10 e 11 Testo 2: cap 8 Testo 3: cap 8 Testo 4: cap 10 Testo 1: cap 14 Testo 2: cap 9 Testo 3: cap 10 Testo 4: cap 15 Testo 1: cap 18 e 20 Testo 2: cap 12, 13, 14 Testo 3: cap 13, 14 e 15 Testo 4: cap 16, 17, 18 Programma A.A Pagina 4 di 7

5 *12. Proprietà elettriche della materia (Lezione n. 11, 12 e 13) *Cariche elettriche. *Quantizzazione della carica elettrica. *Conduttori ed isolanti. *La legge di Coulomb. *Definizione di campo elettrico. *Linee di campo. *Legge di Gauss per il campo elettrico. *Potenziale elettrico. *Differenza di potenziale. *Lavoro. *Superfici equipotenziali. Potenziale di una sfera carica. *Condensatori e capacità. Condensatori ideali. Testo 1: cap 21, 22, 23, 24, 25 Testo 2: cap 15, 16 Testo 3: cap 16, 17 Testo 4: cap 19, 20 *13. Correnti e circuiti (Lezione n. 14) *Correnti elettriche. *Densità di corrente. *Resistenza. *Legge di Joule. *Resistenze in serie e parallelo. *Generatori di fem. *Esempi di circuiti e leggi di Kirchoff. *14. Proprietà magnetiche della materia (Lezione n. 15, 16) *I magneti permanenti. *Campo magnetico terrestre. * Effetto del campo magnetico sul moto delle cariche elettriche. *Forza di Lorentz. Altre sorgenti di campo magnetico. *Legge di Biot Savart Cenni sulla legge di Gauss per il campo magnetico. *Legge di Ampere. *Flusso del campo magnetico. *Legge di Faraday. *Forza elettromotrice indotta Cenni sulle equazioni di Maxwell nel vuoto. Testo 1: cap 26 e 27 Testo 2: cap 17 Testo 3: cap 18, 19 Testo 4: cap 21 Testo 1: cap 28, 29, 30, 32 Testo 2: cap 18, 19 Testo 3: cap 20, 21 Testo 4: cap 22, 23 *15. Elasticità e oscillazioni (Lezione n. 17) *Deformazioni elastiche nei solidi. *Legge di Hooke per forze di trazione e compressione. *Il moto armonico semplice. *Cenni sul moto armonico smorzato. *Cenni sulle oscillazioni forzate e risonanza. *16. Onde (Lezioni n. 18 e 19) *Cos è un onda. *Onde trasversali e longitudinali. *Lunghezza d onda e frequenza. *Onde meccaniche ed elettromagnetiche. *Fenomeni di riflessione, rifrazione e interferenza. *Onde meccaniche e trasporto di energia. I terremoti. *Onde stazionarie. Onde sonore. *Effetto Doppler e applicazioni. *Onde elettromagnetiche. *Spettro elettromagnetico. *Onde piane e trasversali. Testo 1: cap 15 Testo 2: cap 10 Testo 3: cap 11 Testo 4: cap 12 Testo 1: cap 16, 17, 33 Testo 2: cap 11, 20, 21, 23 Testo 3: cap 11, 12, 22, 24 Testo 4: cap 13, 14, 24, 25, 27 Programma A.A Pagina 5 di 7

6 *Velocità nel vuoto e in un mezzo. *Indice di rifrazione. *Energia dell onda elettromagnetica. Principio di Huygens. *Interferenza e diffrazione. Potere risolutivo: criterio di Reyleigh. Spettrometri e spettroscopia e loro applicazioni. *La polarizzazione: circolare, lineare. Polaroidi. *17. Ottica geometrica (Lezione n. 20) *Ottica geometrica: spettro luminoso. *Indice di rifrazione. *Riflessione e rifrazione. *Riflessione totale e angolo limite. *Dispersione cromatica. *Strumenti ottici: specchi, diottri e lenti e loro applicazioni. Testo 1: cap 34 Testo 2: cap 22 Testo 3: cap 23, 25 Testo 4: cap 26 Esempi di domande e/o esercizi frequenti Domande e esercizi più frequenti: ce n è sempre uno sulla meccanica, uno sull ottica, uno sui fluidi, uno sull elettromagnetismo, uno sui cenni di termodinamica, cioè uno per ogni macro area del programma. Conoscenze minime irrinunciabili per il superamento dell esame: occorre sapere quanto segue: Prima ancora delle formule, lo studente deve conoscere bene le varie definizioni e capire il significato fisico delle cose; deve, inoltre, saper collegare gli argomenti ed evidenziare gli eventuali parallelismi (esempi: varie forme della seconda legge di Newton, campo elettrico vs campo magnetico, ecc.). Non imparare le cose a memoria ma saperle spiegare. Sapere riconoscere (e manipolare) grandezze scalari e vettoriali. Saper passare da un unità di misura all altra. Sapere valutare e manipolare le forze agenti su un sistema. Conoscere le varie leggi di conservazione (esempi: energia nelle sue varie forme, quantità di moto, momento angolare, carica elettrica, ecc.) e le relative applicazioni (esempi: studio del moto dei corpi, urti, correnti elettriche, Programma A.A Pagina 6 di 7

7 circuiti elettrici, ecc.). Saper fare la rappresentazione la grafica dei fenomeni (esempi: moto dei corpi, costruzione immagini con specchi e lenti, trasformazioni di stato, ) Conoscere lo spettro elettromagnetico e il range delle varie lunghezze d onda e sapere con quali fenomeni in natura queste si confrontano. Conoscere l ordine di grandezza dei fenomeni (esempi: dimensione di un atomo dell ordine dell Å, dimensione del nucleo dell ordine del fm, luce visibile nel range di nm, massa dell elettrone dell ordine di kg, ecc.) e saper riconoscere, quindi, se il risultato di un problema ha o no significato fisico. Programma A.A Pagina 7 di 7