Ing Ind - Inf (1 liv.)(ord. 270) - MI (365) INGEGNERIA MATEMATICA
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083024 - FISICA SPERIMENTALE I
Obiettivi dell'insegnamento
Il corso di Fisica Sperimentale I tratta la meccanica elementare, con particolare attenzione ai concetti di forza e energia (dinamica del punto materiale, dei sistemi di particelle e del corpo rigido, cenni di meccanica dei fluidi) e della termodinamica.
L’insegnamento 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 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.
Risultati di apprendimento attesi
Lo studente conosce le principali grandezze fisiche impiegate per rappresentare i fenomeni elementari negli ambiti della Meccanica e della Termodinamica, la loro definizione e le rispettive unità di misura nel Sistema Internazionale.
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.
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:
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;
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.
Argomenti trattati
1. - INTRODUZIONE ALLO STUDIO DELLA FISICA
Grandezze fisiche e loro misura: dimensioni, unità di misura, Sistema Internazionale.
2. - CINEMATICA DEL PUNTO MATERIALE Sistemi di riferimento; moto in una dimensione; caduta libera dei gravi; moti periodici moto armonico e moto circolare uniforme; moto relativo.
3. - DINAMICA DEL PUNTO MATERIALE Principio d’inerzia e 2° principio; quantità di moto e massa; 3° principio. Interazioni fondamentali. Esempi: forza peso, reazioni vincolari, forze d’attrito, forze elastiche, forze centrali, forze inerziali. Momento angolare e della forza.
4. - LAVORO ED ENERGIA Lavoro; potenza; teorema dell’energia cinetica; forze conservative ed energia potenziale.
5. - MOTI OSCILLATORI Oscillatore armonico libero, smorzato e forzato; risonanza; composizione di moti armonici.
6. – DINAMICA DEI SISTEMI DI PUNTI MATERIALI Dinamica dei sistemi di particelle. Forze impulsive e urti.
7. – GRAVITAZIONE Moto dei pianeti e leggi di Keplero; legge della gravitazione di Newton; energia potenziale; discussione delle orbite; rappresentazione di campi scalari e vettoriali.
8. - ELEMENTI DI DINAMICA DEL CORPO RIGIDO Moto di rotazione di un corpo rigido attorno a un asse; moto di rotolamento senza strisciamento
9. – COMPLEMENTI DI MECCANICA Stati della materia. Elasticità. Densità. Pressione. Elementi di meccanica dei fluidi.
10. – TEORIA CINETICA DEI GAS I gas perfetti.
11. – TERMODINAMICA Elementi di termologia. Trasformazioni termodinamiche. Lavoro e quantità di calore, equivalenza Joule-caloria. Primo principio della termodinamica. Trasformazioni reversibili e irreversibili. Ciclo di Carnot e macchine termiche. Secondo principio della termodinamica. Entropia.
Prerequisiti
E' richiesta la conoscenza della matematica elementare (algebra, trigonometria, geometria piana, studio di funzioni semplici mediante rappresentazione grafica, derivate e integrali). Le necessarie nozioni di calcolo vettoriale saranno richiamate brevemente durante il corso.
Modalità di valutazione
MODALITA' di VALUTAZIONE
La verifica della preparazione avviene mediante esame che potrà essere sostenuto in uno degli appelli o prove in itinere 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 tre (nelle prove in itinere) o quattro (negli appelli) 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 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, 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.
Come scritto precedentemente la prova scritta può essere sostenuta mediante prove in itinere e appelli:
A) Le prove in itinere sono due (la prima prevista durante la sospensione delle lezioni a metà del corso, la secondo alla fine del corso). La prima prova in itinere è aperta a tutti gli studenti iscritti al corso, anche ripetenti, senza debiti formativi (sono esclusi gli studenti con debiti formativi di tipo OFA TOT). Sono ammessi alla seconda prova in itinere solo gli studenti che hanno ricevuto una valutazione SUFFICIENTE nella prima prova in itinere. Entrambe le prove in itinere sono costitute da un esame SCRITTO, che comprende sia esercizi che domande di teoria.
B) Sono previsti quattro appelli d'esame. L'appello consiste di una prova scritta riguardante l'intero programma del corso e comprende sia domande di teoria, sia esercizi.
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