• 081386 - FONDAMENTI DI FISICA SPERIMENTALE I (INTEGR.)

L’insegnamento di Fondamenti di Fisica Sperimentale ha lo scopo di:

(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;

(iii) insegnare allo studente come esprimere in forma quantitativa, trattabile con adeguato formalismo matematico, le evidenze sperimentali di un fenomeno fisico.

1. Lo studente conosce le principali grandezze fisiche impiegate per rappresentare i fenomeni elementari negli ambiti della Meccanica, della Termodinamica, dell’Elettrostatica e della Magnetostatica, la loro definizione e le rispettive unità di misura nel Sistema Internazionale;

2. lo studente conosce i principi fisici alla base dei fenomeni menzionati e mostra di aver compreso a fondo le leggi sperimentali che li descrivono ed i limiti di tali descrizioni;

3. lo studente comprende i legami che sussistono tra le grandezze fisiche che descrivono un fenomeno naturale e sa rappresentarli mediante formalismo matematico.

Lo studente è capace di applicare le conoscenze di base sopra descritte per:

1. determinare le grandezze fisiche pertinenti alla descrizione di un fenomeno fisico negli ambiti della Meccanica, della Termodinamica, dell’Elettrostatica e della Magnetostatica, ponendo attenzione al loro carattere scalare o vettoriale, alle dimensioni fisiche e alle relative unità di misura;

2. identificare le leggi fisiche adeguate alla descrizione quantitativa di un fenomeno, ponendo attenzione ai limiti di validità del modello utilizzato;

3. determinare l’evoluzione del fenomeno fisico su scala spaziale e/o temporale risolvendo le equazioni che lo governano ed analizzando criticamente i risultati ottenuti in relazione al loro significato fisico.

Meccanica

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.

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

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

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

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, urti elastici e anelastici, momento di una forza, momento angolare e sua conservazione, momento di inerzia, statica del corpo rigido.

Termodinamica

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

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

Elettrostatica e magnetostatica

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.

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

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

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.

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

L’insegnamento fa uso del formalismo matematico sviluppato nell’insegnamento di Analisi e Geometria 1.

La verifica della preparazione avviene mediante esame che potrà essere sostenuto in uno degli appelli stabiliti dal calendario di Scuola.
L'esame consiste in una prova scritta e, su richiesta del docente o dello studente, in una prova orale facoltativa. La prova scritta è selettiva: se non viene superata lo studente non supera l’esame.

La prova scritta consiste nella soluzione di quattro quesiti, che possono avere sia carattere numerico che teorico, volti ad accertare:
- la comprensione dei principi fisici alla base dei fenomeni naturali negli ambiti della Meccanica, della Termodinamica, dell’Elettrostatica e della Magnetostatica; la comprensione delle leggi sperimentali che li descrivono e dei limiti di tali descrizioni;
- la capacità nel determinare le grandezze fisiche pertinenti alla descrizione di un fenomeno fisico negli ambiti menzionati, nel ricavare le relazioni tra di esse e nel porre attenzione all’analisi dimensionale delle relazioni ottenute, alla natura scalare o vettoriale delle grandezze coinvolte ed ai limiti di validità del modello utilizzato;
- la capacità nel determinare l’evoluzione del fenomeno su scala spaziale e/o temporale risolvendo le equazioni che lo governano ed analizzando criticamente i risultati ottenuti in relazione al loro significato fisico;
- la capacità di ragionamento critico di fronte ad un problema di carattere fisico e la capacità di organizzarne la soluzione in modo lineare, logico ed efficace.

L’eventuale prova orale inizia dalla discussione della prova scritta e mira all’accertamento del grado di comprensione degli argomenti previsti dal programma completo dell’insegnamento. L’esito della prova orale facoltativa può essere sia migliorativo che peggiorativo rispetto all’esito della prova scritta.

Sono inoltre previste due prove in itinere scritte; l’accesso alla seconda prova in itinere è consentito indipendentemente dall’esito della prima prova.
L’esito complessivo delle prove viene determinato come media dei voti conseguiti nelle due prove, pesata sul numero di crediti corrispondenti agli argomenti oggetto di valutazione in ciascuna prova.
Qualora l’insieme delle due prove abbia valutazione sufficiente, lo studente ottiene l’esonero dai successivi appelli d’esame e la facoltà di registrare il voto così conseguito. Su richiesta del docente o dello studente, l’esito delle prove in itinere può essere integrato da una prova orale facoltativa secondo le modalità già indicate.

Nel caso di rifiuto del voto conseguito nelle prove in itinere oppure del non raggiungimento di un voto complessivo sufficiente, lo studente dovrà sostenere l’esame in uno dei successivi appelli ordinari. In tal caso gli esiti, anche parziali, delle prove in itinere precedentemente sostenute non saranno in alcun modo considerati ai fini della valutazione dello studente.