Obiettivi e contenuti del corso

Il corso di Fondamenti di Fisica Sperimentale ha un duplice scopo: (i) introdurre lo studente allo studio ed all’applicazione del metodo sperimentale, che costituisce un fondamentale strumento di indagine non solo in Fisica, ma in ogni disciplina scientifica; (ii) insegnare gli elementi fondamentali della Meccanica, della Termodinamica, dell’Elettrostatica e della Magnetostatica, mostrando l’universalità delle leggi della Fisica e la loro applicazione nell’interpretazione dei fenomeni naturali. Le esercitazioni di laboratorio sperimentale consistono nella effettuazione di esperimenti didattici relativi ad argomenti svolti teoricamente nel corso.

Descrizione degli argomenti trattati

Meccanica

Argomento 1. Cinematica e dinamica del punto: grandezze fisiche e unità di misura in meccanica, sistemi di riferimento, posizione, velocità e accelerazione, leggi della dinamica newtoniana, reazioni vincolari, attriti, moti relativi (cenni) e forze apparenti.

Argomento 2. Lavoro ed energia: lavoro di una forza, potenza, energia cinetica, energia potenziale, forze conservative e non conservative, conservazione dell’energia meccanica.

Argomento 3. Campo gravitazionale: forze centrali, leggi di Keplero e moto dei pianeti, interazione gravitazionale, energia potenziale gravitazionale, massa inerziale e gravitazionale.

Argomento 4. Moti oscillatori: oscillatore armonico semplice, pendolo, conservazione dell’energia per il moto armonico, oscillazioni smorzate, oscillazioni forzate con forzante sinusoidale, risonanza.

Argomento 5. Elementi di dinamica dei sistemi di punti e dei corpi rigidi: moto di sistemi di particelle, centro di massa, quantità di moto e sua conservazione, momento di una forza, momento angolare e sua conservazione, urti elastici e anelastici, moto di rotazione di un corpo rigido intorno ad un asse fisso, momento di inerzia.

Termodinamica

Argomento 6.Temperatura, calore e lavoro: sistemi e variabili termodinamiche, trasformazioni dei gas perfetti,lavoro e calore nelle trasformazioni termodinamiche, calore specifico e calore latente.

Argomento 7. Principi della termodinamica: energia interna e primo principio, macchine termiche e rendimento, ciclo di Carnot, secondo principio, temperatura termodinamica.  

Elettrostatica e magnetostatica

Argomento 8. Campo e potenziale elettrostatico: cariche elettriche, legge di Coulomb, campo elettrico e legge di Gauss, lavoro di una forza elettrica, potenziale elettrostatico, energia del campo elettrostatico, dipolo elettrico.

Argomento 9. Conduttori e dielettrici: proprietà dei conduttori in elettrostatica, schermo elettrostatico, capacità e condensatori, fenomenologia dei materiali dielettrici.

Argomento 10. Corrente elettrica nei conduttori: conduzione elettrica, modello classico della conduzione elettrica, legge di Ohm, resistenza elettrica, effetto Joule, forza elettromotrice.

Argomento 11. Campo magnetico e sorgenti del campo magnetico: evidenze sperimentali della forza magnetica, forza di Lorentz e moto delle particelle cariche in un campo magnetico, forza magnetica tra conduttori percorsi da corrente, il campo magnetico in relazione alle correnti, legge di Ampère, spire e dipoli magnetici, energia del campo magnetostatico.

Argomento 12. Fenomenologia dei materiali magnetici: magnetizzazione della materia, permeabilità e suscettività magnetica, materiali diamagnetici, paramagnetici, ferromagnetici.

Organizzazione del corso e modalità di verifica

Il corso è organizzato in lezioni ed esercitazioni. Sono previsti tre appelli d’esame, nelle date stabilite dal calendario di Scuola. L'esame consiste in una prova scritta e, su richiesta del docente o dello studente, in un colloquio orale. La prova scritta è selettiva; se non viene superata con valutazione sufficiente lo studente non supera l’esame.  Durante il corso sono inoltre previste due prove in itinere che, qualora superate con esito positivo, danno diritto all’esonero dalla prova scritta degli appelli d’esame.