L’insegnamento di Fisica Generale ha lo scopo di:

(i) introdurre lo studente allo studio della fisica classica con particolare enfasi agli aspetti propedeutici della materia in modo da formare una solida base di concetti fondamentali (forze, interazioni, attrito, energia, calore, ...) che saranno di fondamentale utilità allo studente per affrontare le materie degli anni successivi;

(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.

Al termine del percorso formativo di questo insegnamento, lo studente conosce gli aspetti fondamentali della fisica generale, sa applicare il metodo sperimentale e sa descrivere in modo quantitativo i fenomeni naturali.

Risultati di apprendimento dettagliati:

DD1) Conoscenza e comprensione

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;

- 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;

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

DD2) Capacità di applicare conoscenza e comprensione

Lo studente è in grado di applicare le conoscenze sopra elencate 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.

Meccanica 

1. Cinematica del punto materiale: grandezze fisiche e unità di misura. Leggi orarie e traiettoria. Velocità ed accelerazione. Definizione di ascissa curvilinea. Moti unidimensionali: moto uniforme, cinematica dei moti piani. Decomposizione intrinseca di velocità e accelerazione moto uniformemente accelerato. Analisi del moto parabolico e del moto circolare. Approfondimento su moto circolare uniforme.

2. Dinamica del punto materiale: Principi della dinamica. Cinematica dei moti relativi: moto traslatorio. Sistemi di riferimento inerziali. Definizione di massa e forza. Principio di sovrapposizione degli effetti. Esempi di forze: forza gravitazionale, forza elastica, tensione di una fune, reazione vincolare, forza di attrito statico e dinamico. Applicazioni dei principi della dinamica: moto di un corpo su un piano inclinato scabro. Moto armonico. Dinamica dei moti circolari. Esempi: pendolo classico e pendolo conico. Definizione di quantità di moto e di impulso di una forza. Teorema dell'impulso ed esempio di applicazione dello stesso.

3. Lavoro ed energia: Definizione di lavoro e potenza di una forza. Teorema delle forze vive. Campi di forze conservativi. Esempi di campi di forze conservativi: forza peso, forza elastica. Energia potenziale. Teorema dell'energia meccanica e principio di conservazione dell'energia meccanica. Esempio di forza non conservativa: forza d'attrito. Calcolo del lavoro della forza d'attrito. Teorema dell'energia meccanica in presenza di forze non conservative.

4. Cenni di gravitazione universale: Leggi di Keplero, Potenziale gravitazionale e calcolo della velocità di fuga di un satellite.

5. Dinamica dei sistemi di particelle: Definizione di centro di massa. Prima equazione cardinale della dinamica dei sistemi e conservazione della quantità di moto. Urti elastici ed anelastici e forze impulsive. Considerazioni sul moto del centro di massa.

Termodinamica  

1. Introduzione alla termodinamica: Definizione di sistema termodinamico e di coordinate termodinamiche. Principio zero della termodinamica, definizione di temperatura. Termometria. Calore. Definizione di energia interna.

2. Primo principio della termodinamica: Trasformazioni termodinamiche. Calore e calorimetria. Calore specifico e capacità termica. Cambiamenti di fase e calore latente. Gas ideali: legge di Boyle e leggi di Gay-Lussac. Numero di Avogadro, mole, volume molare. Equazione di stato dei gas perfetti. Trasformazioni di un gas. Lavoro esterno. Calore. Trasformazioni politropiche. Definizione di Entalpia.

3. Secondo principio della Termodinamica: Trasformazioni cicliche: Ciclo di Carnot. Ciclo Stirling. Ciclo frigorifero. Secondo principio della termodinamica. Enunciati di Kelvin e Clausius e dimostrazione della loro equivalenza.

4. Trasformazioni reversibili e irreversibili: Teorema di Carnot. Disuguaglianza di Clausius. Entropia. Principio di accrescimento dell' entropia. Calcolo dell'entropia per le varie trasformazioni.

L’insegnamento fa uso del formalismo matematico sviluppato nell’insegnamento di Analisi Matematica 1 + Complementi di Algebra Lineare.

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 e della Termodinamica;
• 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 può iniziare dalla discussione della prova scritta e mira all’accertamento del grado di comprensione degli argomenti previsti dal programma completo dell’insegnamento. Ha quindi gli stessi argomenti della prova scritta. L’esito della prova orale facoltativa può essere sia migliorativo che peggiorativo rispetto all’esito della prova scritta.

Alla prova orale possono accedere:

• gli studenti che hanno preso16 o 17 nella prova scritta. Con l'orale potranno peggiorare o confermare il risultato dello scritto e quindi non superare l'esame, oppure migliorare il voto fino ad un punteggio massimo di 20 (voto finale). Saranno indicati come CONV nella pubblicazione dei voti dello scritto. 
• gli studenti che hanno preso un voto >=18. Con l'orale potranno migliorare o peggiorare il voto dello scritto. Quindi potranno essere bocciati (esempio: non si risponde a nessuna domanda o si risponde molto male a tutte, ecc.), lasciare invariato il voto dello scritto o incrementare il voto dello scritto di un massimo di 5 punti.
• tutti gli studenti con voto al di sotto del 15 (compreso) non potranno accedere alla prova orale facoltativa e pertanto saranno rimandati. Potranno invece, ovviamente, visionare il compito.
• attenzione, se lo studente decide di sostenere l'orale, non può "ritirarsi" dall'orale mentre lo sta svolgendo. La decisione di sostenere l'orale facoltativo può avvenire prima della visione dello scirtto contattando il docente o anche al momento della visione dello scritto senza preavviso al docente.
• attenzione: la data degli orali è solitamente comunicata il giorno di pubblicazione delle valutazioni dello scritto. L'orale sarà svolto prima dell'appello successivo.

Testo di esercizi svolti