Corso di Fisica per Biologi!

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1 Corso di Fisica per Biologi! Docente: Fabio Bernardini Studenti: matricole pari Sito web: Orario lezioni: Lunedi, Mercoledi e Venerdi 9:00 11:00 : 48 ore (6 crediti)! Orario di ricevimento: Martedì e Giovedi` (provvisorio). Ufficio: Dipartimento di Fisica, 1C19. OBIETTIVI:! Il corso di Fisica è un insegnamento di livello elementare a carattere fenomenologico che introduce lo Studente del Corso di Laurea in "Biologia" a concetti di fisica classica propedeutici allo studio dei meccanismi funzionali alla base della biologia molecolare, cellulare e dei sistemi animali e vegetali.! REQUISITI:! Conoscenza a livello di base di algebra, trigonometria e geometria, nonché di elementari nozioni di analisi matematica.! 1

2 Modalità di esame ESAME:! Niente prove parziali solo prova scritta finale.! Se la prova è superata non sarà possibile ripetere lʼesame.! La prova di esame consiste nella risoluzione di 24 quesiti.! Dei 24 quesiti 16 saranno domande a risposta multipla su aspetti concettuali e 8 saranno esercizi con risposta numerica.! Ai fini della valutazione ciascun esercizio a risposta numerica varrà il doppio rispetto alle domande a risposta multipla. Gli studenti dovranno portare: libretto universitario, una decina di fogli di carta bianca, penna, macchinetta calcolatrice. Non sarà possibile consultare libri o dispositivi elettronici.! 2

3 Date degli esami La prima sessione di esami si svolgerà dopo la fine del corso.! 22 Giugno! 24 Luglio! Luogo data e modalità di esame verranno comunicate solo agli iscritti allʼesame su ESSE3. Mettete quindi un indirizzo valido di mail legato ad ESSE3. Potranno partecipare solo le matricole pari.! Non ci saranno prove parziali in itinere. 3

4 Esercitazioni e mail list ESERCITAZIONI:! A cura del tutor saranno effettuate 24 ore di esercitazioni divise in 12 lezioni di 2 ore ogni Lunedi alle 11:00.! Le esercitazioni inizieranno il 19 Marzo.! A scopo di esercitazione saranno effettuate 4 prove di autovalutazione su ciascuno dei 4 blocchi in cui è diviso il programma.! MAIL LIST:! Molto importante! Sarà creata una mail list con la quale distribuire appunti esercizi e test di valutazione. La mail list servirà anche per distribuire annunci e per rispondere a domande semplici.! Per essere iscritti alla mail list scrivere a fabio.bernardini.unica@gmail.com Scrivendo COGNOME NOME sono uno studente di Biologia mi iscriva nella mail list.! È importante specificare Biologia perchè esistono tante mail list diverse.! 4

5 Libri di testo 0. Dispense del corso distribuite in forma elettronica. (sono solo un promemoria e non bastano per studiare l esame) 1. D. Scannicchio, E. Giroletti, Elementi di Fisica Biomedica (Casa editrice EdiSES) -ISBN Tutte le informazioni sul testo sono reperibile sul sito: (testo ufficiale del corso) Solo la lettura del libro può permettere una comprensione adeguata del corso. Il corso sarà basato su undici capitoli taggati in verde del libro di testo più eventuali piccole aggiunte.! Cap. 1,2,3,4,6,10,12,13,15,17,18! Sarà quindi indispensabile un ritmo di circa un capitolo ogni 2 lezioni.! 5

6 Altri libri di testo 1. D.C. Giancoli, "Fisica - principi ed applicazioni" (Casa Editrice Ambrosiana) - ISBN Tutte le informazioni sul testo sono reperibile sul sito: 2. R. A. Serway, J. W. Jewett, V. Cataudella, "Principi di fisica" (Casa Editrice EdiSES) - ISBN F. Borsa, A. Lascialfari, "Principi di fisica per indirizzo biomedico e farmaceutico" (Casa Editrice EdiSES) - ISBN

7 Libri di esercizi 1. M. Celasco, D. Panzieri "2000 problemi di fisica completamente risolti" (Casa Editrice ECIG) ISBN X M. Bruzzi, "Esercizi svolti di Fisica Generale " (Società Editrice Esculapio) - ISBN C. Coluzza, V. Ferrari, D.Levi "Esercizi di fisica per biologia " (Casa Editrice CISU) - ISBN R. Bellotti, "Esercizi di fisica meccanica e termodinamica" (Casa Editrice Ambrosiana) - ISBN

8 Contenuti 1. Meccanica: Le grandezze fisiche scalari e vettoriali. Principi della cinematica, della statica e della dinamica. Forze, lavoro, energia potenziale. Forze elastiche. Fisica dei fluidi. (Cap: 1,2,3,4,6)! 2. Termodinamica: Temperatura e calore. Trasformazione del lavoro in calore. Leggi dei gas. (Cap: 10)! 3. Elettricità: Interazione tra cariche elettriche. Potenziale elettrostatico e lavoro elettrico. Corrente elettrica, resistenze e condensatori. Campi magnetici. (Cap: 15,17)! 4. Ottica: Leggi della riflessione e della rifrazione. Cenni sul fenomeno dell'interferenza e della diffrazione. Lenti e microscopi. (Cap: 12,13,18)! 8

9 Cosa è la Fisica Lo scopo della Fisica è lo studio dei fenomeni naturali, ossia di tutti gli eventi che possano essere descritti ovvero quantificati attraverso grandezze fisiche opportune.! La Fisica è una scienza quantitativa, che permette di mettere in relazione le grandezze fisiche tramite delle leggi matematiche che verranno illustrate nel corso.! 9

10 Grandezze fisiche Le grandezze fisiche sono grandezze misurabili.! Lunghezza, forza, volume (misurabili)! Depressione, aggressività, stanchezza (non misurabili)! Le grandezze fisiche presuppongono una unità di misura.! Lunghezza metro! Massa chilogrammo! 10

11 Misura di una grandezza La misura di una grandezza è il rapporto fra unʼunità di misura e la grandezza stessa. Un ponte è lungo 30 metri perchè è 30 volte più lungo del metro. Lo stesso ponte potrà essere misurato in centimetri e risulterà lungo 3000 cm. La lunghezza è la stessa quello che cambia è lʼunità di misura. 11

12 Grandezze fondamentali Esistono tantissime unità di misura. In Fisica si è scelto di usare solo unità di misura che appartengono al Sistema Internazionale (SI). Il SI è basato su 7 grandezze fondamentali e sulle loro unità di misura 12

13 Grandezze derivate Tutte le altre grandezze sono dette grandezze derivate.! Le unità di misura delle grandezze derivate possono essere ottenute come prodotto o divisione delle unità di misura fondamentali. 13

14 Sistemi di unità di misura Nella pratica quotidiana esistono altri sistemi di unità di misura.! Quando si eseguono dei calcoli bisogna utilizzare unità di misura dello stesso sistema di misura. 14

15 Equazione dimensionale Non si possono sommare o eguagliare fra loro grandezze diverse.! Si possono però moltiplicare fra loro due grandezze e sommarle ad una terza se il prodotto delle prime due ha la stessa unita di misura della terza.! Per verificare l unità di misura di una grandezza si usa l equazione dimensionale. Ovvero si scompone la grandezza derivata in un prodotto delle grandezze fondamentali. 15

16 Costanti in Fisica La Fisica è caratterizzata anche dallʼesistenza di grandezze costanti (fisse).! Queste costanti si dividono in costanti adimensionali e costanti dimensionali.! Esempio di costante adimensionale è il numero π = il rapporto fra la lunghezza della circorferenza di un cerchio ed ii suo diametro. Esempio di costante dimensionale è la velocità della luce. 16

17 Costanti fondamentali Esistono poi delle costanti particolarmente importanti che si chiamano costanti fondamentali che compaiono nelle leggi più generali.! 17

18 Grandezze scalari e vettoriali Una divisione fondametale fra le grandezze è quella fra grandezze scalari e vettoriali.! La massa è una grandezza scalare poichè è sufficiente un solo numero per caratterizzarla completamente.! La velocità è una grandezza vettoriale poichè per definirla occorre anche dare la direzione ed il verso della grandezza.! Le grandezze vettoriali si rappresentano con un vettore che ha la stessa direzione e verso della grandezza e una lunghezza proporzionale allʼintensità (modulo) della grandezza.! In alcuni casi (le forze) è importante definire anche il punto di applicazione del vettore ovvero la sua localizzazione.! 18

19 Componente di un vettore Le grandezze vettoriali per distinguerle da quelle scalari sono indicate con lettere in grassetto V. La lunghezza del vettore (detto modulo) si indica con V oppure semplicemente con v.! La componente di un vettore V in una direzione r è la lunghezza della proiezione del vettore V nella direzione r. La lunghezza della componente è data dalla formula:! 19

20 Componenti cartesiane Tre assi ortogonali fra loro sono detti assi cartesiani. Normalmente questi assi sono indicati con le lettere x,y,z. È possibile definire tre componenti di un vettore V rispetto ai tre assi mediate le seguenti relazioni.! Cartesio Specificando le componenti cartesiane di un vettore V rispetto ad un sistema di riferimento noto possiamo indicarne la direzione il verso e il modulo (lunghezza). In particolare il modulo non è altro che la radice quadrata della somma dei quadrati delle componenti cartesiane del vettore.! 20

21 Somma di vettori Il metodo delle componenti cartesiane permette in modo semplice di calcolare la somma e la differenza di vettori.! Il vettore somma di due vettori ha come componenti la somma delle componenti dei vettori addendi.! In pratica per sommare dei vettori basta sommare le loro componenti.! Analogamente per la differenza di vettori.! 21

22 Prodotto scalare di due vettori Il prodotto scalare di due vettori è una operazione che definisce un numero nella seguente maniera:! Il prodotto scalare può essere calcolato usando le componenti cartesiane semplicemente:! Due vettori il cui prodotto scalare è nullo sono ortogonali fra loro.! 22

23 Proprietà del prodotto scalare Il prodotto scalare gode delle proprietà commutativa e distributiva:! Un esempio di utilizzo del prodotto scalare in Fisica è il calcolo del lavoro fatto da una forza:! In questo caso il prodotto di due grandezze vettoriali ne genera una terza scalare.! 23

24 Prodotto vettoriale di due vettori Il prodotto vettoriale di due vettori è una operazione che definisce un vettore ortogonale ai primi due con modulo definito nella seguente maniera:! Il prodotto vettoriale si indica con una v rovesciata, o in alcuni testi con una x.! Il prodotto scalare può essere calcolato usando le componenti cartesiane usando la tabella:! v 3x = v 1y v 2z v 1z v 2y v 3y = v 1z v 2x v 1x v 2z v 3z = v 1x v 2y v 1y v 2x 24

25 Proprietà del prodotto vettoriale Il prodotto vettoriale è anti-commutativo e distributivo:! Due vettori paralleli hanno il prodotto vettoriale nullo.! Un esempio di utilizzo del prodotto vettoriale in Fisica è il calcolo della Forza di Lorentz:! In questo caso il prodotto di due grandezze vettoriali ne genera una terza vettoriale.! 25

26 Metodo di risoluzione di un esercizio La soluzione di un esercizio può essere immaginata come una sequenza di tre parti:! Parte intuitiva (fisica):! Quale legge della fisica debbo utilizzare per risolvere questo problema? Teorema di Gauss? Legge di Carnot? Conservazione dellʼenergia?! Parte operativa (matematica):! La legge della fisica che ho scelto la uso così come è o la debbo adattare al problema? Se F=ma ma ho la forza e voglio lʼaccelerazione debbo ottenere a=f/m.! Parte dimensionale (fisica):! Debbo trasformare i dati in input nelle unità del Sistema Internazionale. Poi svolgo tutti i calcoli. Solo alla fine se il problema richiede in output unità di misura non SI allora debbo trasformare nuovamente le unità di misura.! 26

27 Metodo di risoluzione di un esercizio Una pallina cade il verticale partedo da ferma. Che velocità avrà dopo essere scesa cm?! Parte intuitiva (fisica):! v = gt, h = 1 2 gt mv 2 = mgh Parte operativa (matematica):! 1 2 mv 2 = mgh v 2 = 2gh v = 2gh Parte dimensionale (fisica):! v = 2gh = v =19.6m /s = km /s 27

28 Fine capitolo 28