L’insegnamento di Fisica ha un triplice scopo: (i) introdurre lo studente allo studio e all’applicazione del metodo sperimentale, che costituisce un fondamentale strumento di indagine non solo in Fisica, ma in ogni disciplina scientifica; (ii) insegnare i fondamentali della Meccanica e della Termodinamica, 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.

• Lo studente conosce le principali grandezze fisiche impiegate per rappresentare i fenomeni elementari della Meccanica e della Termodinamica, la loro definizione e le rispettive unità di misura.
• Lo studente conosce i principi fisici alla base dei fenomeni naturali negli ambiti menzionati, e mostra di aver compreso a fondo le leggi che li descrivono ed i limiti di tali descrizioni.
• Lo studente comprende i fenomeni fisici elementari, è in grado di descriverli quantitativamente e di modellizzarli mediante formalismo matematico.

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

• determinare le grandezze fisiche pertinenti alla descrizione di un fenomeno fisico negli ambiti della Meccanica e della Termodinamica, ponendo attenzione al loro carattere scalare o vettoriale, alle dimensioni fisiche e alle relative unità di misura;
• identificare le leggi fisiche adeguate alla descrizione quantitativa di un fenomeno, ponendo attenzione ai limiti di validità del modello utilizzato;
• risolvere le equazioni che governano semplici sistemi meccanici e termodinamici, analizzando criticamente i risultati ottenuti in relazione al loro significato fisico.

1. Introduzione allo studio della Fisica: Grandezze fisiche e loro misurazione. Dimensioni di una grandezza fisica. Sistema Internazionale. Grandezze scalari e vettoriali. Algebra dei vettori.

2. Cinematica del punto materiale: Punto materiale. Coordinate e sistemi di riferimento. Equazioni cartesiane del moto. Traiettoria, ascissa curvilinea. Legge oraria. Velocità scalare media ed istantanea. Vettore posizione e spostamento. Velocità vettoriale, rappresentazione intrinseca e cartesiana. Accelerazione vettoriale. Accelerazione normale e tangenziale. Esempi di moti del punto materiale. Velocità angolare vettoriale. Moto piano in coordinate polari.

3. Principi della Dinamica del punto materiale e forze: Sistemi di riferimento inerziali. Principi di Newton. Definizione di massa e forza. Misurazione dinamica di massa e forza. Principio di sovrapposizione degli effetti. Esempi di forze e studio del movimento (peso, tensione delle funi ideali, reazione vincolare di superfici lisce, attrito, forza elastica). Oscillatore armonico. Problema generale della dinamica e soluzione con condizioni iniziali. Quantità di moto. Momento di una forza e momento angolare.

4. Lavoro ed energia: Lavoro e potenza di una forza. Energia cinetica e teorema delle forze vive. Forze conservative e non conservative. Energia potenziale. Conservazione dell'energia meccanica. Esempi ed applicazioni.

5. Cinematica e Dinamica nei sistemi di riferimento non inerziali: Legge di trasformazione delle velocità e delle accelerazioni. Dinamica nei sistemi di riferimento non inerziali, forze apparenti. Principali effetti della rotazione terrestre.

6. Interazioni elementari fra masse e fra cariche elettriche: Proprietà dei campi di forze centrali (forza gravitazionale e forza elettrostatica). Potenziale. Linee di forza, superfici equipotenziali, gradiente. Moto di un punto materiale in un campo di forze centrali (moto dei pianeti e leggi di Kepler, modello classico dell'atomo di idrogeno). Forza di Lorentz (moto di una carica puntiforme in un campo magnetico).

7. Dinamica dei sistemi di punti materiali: Sistemi di particelle, forze interne ed esterne. Prima equazione cardinale della dinamica dei sistemi, conservazione della quantità di moto. Centro di massa e teorema del moto del centro di massa. Energia cinetica di un sistema, teorema di König. Teorema dell'energia cinetica e conservazione dell'energia per i sistemi di particelle. Seconda equazione cardinale della dinamica dei sistemi. Conservazione del momento angolare. Impulso di una forza e teorema dell'impulso. Fenomeni d'urto.

8. Elementi di Dinamica del corpo rigido: Equazioni cardinali della dinamica del corpo rigido. Momento d'inerzia. Moto traslatorio, moto di rotazione di un corpo rigido attorno a un asse fisso, rotolamento.

9. Meccanica dei fluidi: Densità e pressione. Equazione della statica dei fluidi perfetti. Legge di Stevino, principio di Archimede. Cenni di dinamica dei fluidi.

10. Introduzione alla Termodinamica: Sistemi e grandezze termodinamiche, variabili di stato. Equilibrio termico, principio zero della termodinamica. Definizione di temperatura, termometro a gas ideale. Equazione di stato del gas ideale.

11. Primo Principio della Termodinamica: Trasformazioni termodinamiche. Calore e lavoro termodinamico, calori specifici, calori latenti. Basi sperimentali ed enunciato, energia interna. Calori specifici ed energia interna dei gas ideali, relazione di Mayer. Trasformazioni adiabatiche e politropiche dei gas ideali. Interpretazione microscopica del primo principio.

12. Secondo Principio della Termodinamica: Basi sperimentali, trasformazioni reversibili ed irreversibili. Macchine termiche e frigorifere. Enunciati di Kelvin e di Clausius e loro equivalenza. Macchina di Carnot, teorema di Carnot. Temperatura termodinamica. Disuguaglianza di Clausius. Entropia, principio di accrescimento dell'entropia, reversibilità ed irreversibilità. Entropia di alcuni sistemi termodinamici ed applicazione alle macchine termiche.

13. Teoria cinetica dei gas: Modello di gas ideale. Interpretazione cinetica della pressione e della temperatura del gas ideale. Distribuzione maxwelliana delle velocità. Interpretazione microscopica dell'energia interna dei gas ideali mono- e poliatomici. Legge di equipartizione dell'energia. Calori specifici. Gas di Van der Waals: equazione di stato e descrizione microscopica.

L’insegnamento fa uso del formalismo matematico sviluppato nell’insegnamento di Analisi Matematica 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. Il docente si riserva la possibilità di effettuare un eventuale colloquio integrativo per definire l'esito dell'esame.

La prova scritta è selettiva: se non viene superata con valutazione sufficiente (voto pari o superiore al 18) lo studente non supera l’esame e non può accedere alla eventuale prova orale.

L’esito della prova scritta viene reso noto allo studente attraverso i canali informatici dell’Ateneo.

Nel caso di valutazione sufficiente, durante il periodo di pubblicazione del voto lo studente può, attraverso gli stessi canali informatici, rifiutare il voto conseguito. Trascorso il periodo di pubblicazione senza che lo studente abbia manifestato le sue intenzioni, si procederà a registrare il voto conseguito nella prova scritta.

La prova scritta consiste nella soluzione di quesiti (con risposta in forma aperta), 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 e della Termodinamica; 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 ed ai limiti di validità del modello utilizzato;
• la capacità di risolvere le equazioni che governano semplici sistemi meccanici e termodinamici, selezionando i risultati ottenuti in relazione al loro significato fisico;
• la capacità di ragionamento critico di fronte ad un problema;
• la capacità di organizzare in modo lineare, logico ed efficace la risposta ad un quesito tecnico-scientifico.

Sono inoltre previste due prove in itinere scritte, che si svolgono rispettivamente al termine del primo e del secondo emisemestre in cui si tiene l’insegnamento. L’esito complessivo delle due 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. Non sono previste prove parziali di recupero, tuttavia in alternativa alla seconda prova in itinere sarà possibile sostenere una prova completa su tutto il programma, da svolgersi secondo le modalità di un appello d'esame.

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. In tal caso gli esiti, anche parziali, delle prove in itinere precedentemente sostenute non saranno considerati ai fini della valutazione dello studente.

in alternativa al Focardi

in alternativa/aggiunta all'altro eserciziario