Fisica per Studenti del corso di Scienze Naturali. Anno Accademico Introduzione al corso

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1 Fisica per Studenti del corso di Scienze Naturali Anno Accademico Introduzione al corso

2 Programma del corso Il corso di Fisica per Scienze Naturali si sviluppa su: 45 ore di lezioni, 18 ore di laboratorio (tra lezioni propedeutiche e esercitazioni) Orari delle lezioni: Lunedi (Laboratorio di Fisica) in Aula Avogadro, Dipartimenti di Chimica il 1/10, 8/10, in Aula A Dipartimenti di Fisica dal 15/10 al 21/12 Martedi (Fisica) Aula Magna Orto Botanico Giovedi (Fisica) Aula Magna Orto Botanico Il tempo a disposizione del corso non permette lo svolgimento sistematico del programma. Saranno pertanto trattati a lezione gli argomenti di Fisica che sono sono più utili per la comprensione di corsi successivi.. In qualche caso sarà necessario che approfondiate sul libro di testo argomenti che, per mancanza di tempo sono stati solo accennati a lezione argomento solo accennato a lezione.

3 Lezioni Le lezioni saranno svolte con l uso di diapositive elettroniche in formato PDF. Le diapositive sono disponibili sul sito del corso. Il loro scopo e presentare in un modo conciso e graficamente non troppo pasticciato un sommario degli argomenti delle lezioni. Non intendono essere le dispense del corso. Consiglio agli studenti di prepararsi per l esame su testi di Fisica, dove la materia sia trattata in modo più ampio e sistematico. Il testo di riferimento e il: P. Mazzoldi - M. Nigro - C. Voci Elementi di Fisica, Meccanica, Termodinamica, Elettromagnetismo, Onde II edizine Ed EdiSES. Su questo testo, alla fine delle lezioni, indicherò gli argomenti che saranno richiesti all esame in modo che abbiate un riferimento chiaro su cosa sarete esaminati. Altri testi utili: E Ragozzino, Principi di Fisica Edizione EdiSES J.Kane, M.Sternheim Fisica Biomedica Edizione EMSI

4 Laboratorio Il Laboratorio di Fisica fa parte integrante del corso di Fisica. Si svolge, a partire da metà novembre, il lunedì pomeriggio e consiste in esercizi su argomenti trattati nel corso di Fisica lezioni propedeutiche al Laboratorio di Fisica quattro semplici esperimenti di meccanica e ottica in Laboratorio. Ciascun esperimento richiederà circa due ore. Esercizi, lezioni propedeutiche e istruzioni sull uso della strumentazione di Laboratorio saranno messi a disposizione sotto forma elettronica. Le sperimentazioni si svolgeranno a Dicembre, nei Laboratori del Dipartimento di Fisica, Via P. Giuria 1, in gruppi di quattro persone. La frequenza al Laboratorio e obbligatoria. Il suo svolgimento dipende in parte dal numero di studenti Vi informerò con più precisione su nel mese di Novembre. I risultati delle esperienze saranno descritti in un rapporto che dovrà essere consegnato alla data dell esame scritto. Gli argomenti trattati nelle lezioni di Laboratorio e il rapporto contribuiranno al voto di esame.

5 Comunicazioni Informazioni sul corso sono disponibili sul sito Avvisi sugli appelli di esame sono disponibili sullo stesso sito. In aggiunta a queste informazioni ho messo a disposizione degli studenti un mio sito personale in cui appariranno tutti gli avvisi e le informazioni riguardanti il corso e, inoltre, tutte le diapositive elettroniche di lezioni ed esercitazioni. Sono a disposizione per ricevere individualmente gli studenti del corso, Lunedi dalle 16. dopo il Laboratorio e altrimenti, su richiesta richiesta Sono raggiungibile per all indirizzo: giuseppe.bosia@to.infn.it

6 Esami Gli esami del corso dell AA si terranno a partire dal mese di gennaio Ci saranno due appelli nella sessione invernale 8 Gennaio 2008 ore 9-12 Aula A Dipartimenti di Fisica 29 Gennaio 2008 ore 9-12 Aula A (?) Dipartimenti di Fisica due appelli nella sessione estiva 10 Luglio 2008 ore 9-12 Aula A Dipartimenti di Fisica 24 Luglio 2008 ore 9-12 Aula A Dipartimenti di Fisica un appello nel mese di Settembre per eventuali recuperi L esame consiste In una prova scritta obbligatoria su tre argomenti trattati nel corso. In una interrogazione orale. L esame orale e sostenuto su richiesta dello studente allo scopo di migliorare la propria votazione. Gli studenti che hanno seguito il corso con la Prof Alessio ((prima del ) o addirittura con il vecchio ordinamento, possono sostenere l esame con la docente del corso, che sara registrato de me sui nuovi registri.

7 Nozioni propedeutiche al corso Il corso richiede la conoscenza delle seguenti nozioni di matematica Nozioni di algebra lineare, elementi di geometria nel piano e nello spazio e trigonometria. Elementi di calcolo differenziale ed integrale a una e due variabili Elementi di calcolo vettoriale. al livello di insegnamento della scuola secondaria. Queste nozioni sono insegnate nel corso di Istituzioni di matematiche, che si svolge parallelamente al corso di Fisica, e che vi consiglio di seguire con molta attenzione, perché la matematica insegnata e necessaria per la comprensione di questo corso. Utilizzerò tuttavia le prime lezioni del corso per una breve introduzione di concetti di analisi matematica, che sono necessari per la comprensione dei fenomeni fisici studiati.

8 Metodo della Fisica La fisica e una scienza iniziata con lo studio dei fenomeni naturali più elementari che si verificano in natura, che sono direttamente osservabili e che pertanto più colpiscono l interesse della gente, come il moto di un corpo che cade, la formazione delle onde del mare, il formarsi di un arcobaleno, lo scorrere di un fiume, la propagazione del calore da un corpo caldo ad un corpo freddo. Il motivo di questo interesse e spesso utilitaristico. Quando si osserva un fenomeno naturale e poi si capisce come funziona, si cerca in generale di utilizzarlo per scopi utili In generale per capire un fenomeno fisico, e necessario osservare attentamente il processo e compiere misure accurate dei parametri che caratterizzano il processo. verificare se ci sono dei comportamenti sistematici e ripetibili Individuare la dipendenza da fattori esterni misurabili ovvero individuare le leggi fisiche del fenomeno

9 Unita di misura Quando si effettuano delle misure e necessario stabilire, per ciascuna grandezza fisica misurata, termini di riferimento che siano noti ed accettati da tutti, a cui rapportare le misure fatte, in modo che i risultati di un esperimento possano essere trasferiti ed eventualmente verificati da altri in un modo univoco. Questi termini di riferimento, detti unità di misura, devono : 1) Essere facilmente accessibili e riproducibili 2) Non devono variare nel tempo La misura di una grandezza fisica si fa confrontandola con l unità di misura e riportando i rapporti numerici tra le due quantità. In Fisica dal 1960 viene usato il Sistema Internazionale che si basa 7 unità fondamentali metro, secondo, chilogrammo, kelvin, ampere, candela, mole Tutte le grandezze fisiche misurabili possono essere espresse in funzione delle unità fondamentali. Ad esempio la velocità si misura in, ms -1 l accelerazione in ms -2 ecc. Altre unità di misura possono essere derivate dalle unità di misura fondamentali e spesso individuate con nomi di persone. Ad esempio il Coulomb e l unità di carica elettrica ed e definito come la carica elettrica prodotta da 1A in un s.

10 Multipli e sottomultipli di unità di misura Dato in natura che si ha a che fare con grandezze fisiche con scale molto diverse si utilizza una terminologia di prefissi per rapidamente indicare multipli e sottomultipli dell unita fondamentale: pico- nano- micro- milli- kilo- mega- giga- tera

11 Unita fondamentali del Sistema Internazionale (MKS) Il metro : unita di misura della lunghezza; (simbolo :m) - spazio percorso nel vuoto dalla luce nel tempo t = 1/ c, dove e è il valore della velocità della luce nel vuoto, pari a m/s (errore relativo: una parte su un milione) il secondo: unità di tempo; (simbolo :s) - tempo pari a oscillazioni della radiazione emessa in una particolare transizione dall'isotopo del cesio 133 Cs; (errore relativo è (1 secondo in anni). Il chilogrammo: unità di massa: (simbolo : kg)- massa del prototipo di platino-iridio conservato a Sèvres (dal 1901) (errore relativo 10-8 ). Il riferimento atomico a cui si tende è la massa dell'isotopo del carbonio 12 C. Il kelvin: unità di temperatura : (simbolo : K) pari a 1/ della temperatura termodinamica del punto triplo dell'acqua, misurata con un termometro a ciclo di Carnot (errore relativo 10-6 ). l'ampere: unità di intensità di corrente elettrica (simbolo : A) corrente elettrica costante che percorrendo due fili conduttori paralleli distanti un metro tra oro e posti nel vuoto causa tra di essi una forza di 2 IO -7 newton per metro (errore relativo I0-8 ). la candela, unità di intensità luminosa : (simbolo : cd) intensità luminosa emessa da una sorgente di radiazione monocromatica di frequenza Hz, la cui intensità energetica nell'unità di angolo solido e di 1/683 W/sr (errore relativo IO -2 ). la mole, unità di quantità di materia: (simbolo : mol), quantità di materia pari al numero di Avogadro ( ) (errore relativo 10~ 8 ).

12 Modello matematico del fenomeno fisico Effettuate le misure, e in generale utile creare un modello matematico del fenomeno, che stabilisca delle relazioni tra le cause e gli effetti, che descriva matematicamente le forze in gioco e le loro conseguenze sul corpo in esame, e che (e soprattutto) permetta di predire il la dinamica del fenomeno anche in condizioni non direttamente osservabili. Lo studio della fisica ha stimolato molto lo sviluppo di metodi matematici, anche perché spesso si e trovato che i formalismi utilizzati per studiare un fenomeno sono utilizzabili anche per altri Recentemente l uso di calcolatori potenti e di metodi di calcolo numerico avanzati e possibile studiare con metodi di simulazione sistemi anche molto complessi, come insiemi di molti corpi, interazioni di altissima energia, fisica di strutture atomiche e molecolari di grandi dimensioni