FISICA
Anno accademico e docente
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- English course description
- Anno accademico
- 2022/2023
- Docente
- LUCA TOMASSETTI
- Crediti formativi
- 9
- Periodo didattico
- Secondo Semestre
- SSD
- FIS/01
Obiettivi formativi
- Il corso di Fisica comprende sia lezioni frontali, che si svolgono in aula, che attività di laboratorio. L'obiettivo delle lezioni frontali è quello di far sviluppare allo studente una buona conoscenza dei fenomeni e delle leggi fisiche, presentando allo studente i vari concetti sia dal punto di vista teorico che dal punto di vista pratico, contestualizzandoli in ambiti di interesse per il corso di laurea in Scienze Biologiche. In questo modo, i contenuti del corso possono costituire una base culturale utile per la prosecuzione dello studio nellambito delle scienze biologiche.
L'attività di laboratorio è strutturata in modo tale da far acquisire allo studente dimestichezza nell'uso della strumentazione idonea a rilevare le grandezze fisiche di base e da fargli toccare con mano le dirette conseguenze delle leggi fisiche studiate in aula. Le esercitazioni di laboratorio sono precedute da lezioni teoriche che hanno come obiettivo quello di fornire allo studente le conoscenze basilari relative all'applicazione dei metodi di analisi dati e di gestione degli errori sperimentali.
Le conoscenze acquisite dallo studente saranno:
- conoscenza della cinematica del punto materiale, relativa a moti di tipo rettilineo e circolare;
- conoscenza delle leggi della dinamica e delle leggi delle forze (forza gravitazionale, reazione vincolare, forza elastica, forza dattrito, forza centripeta);
- conoscenza delle modalità di calcolo del lavoro di una forza, per forze conservative e non conservative, e dellenergia meccanica di un sistema;
- conoscenza della statica e della cinematica dei fluidi ideali, delleffetto della tensione superficiale e delle forze di adesione, della cinematica dei fluidi reali;
- conoscenza del primo e secondo principo della termodinamica, delle macchine termiche ideali e reali e del loro rendimento, della definizione e del significato di entropia;
- conoscenza del campo elettrico e del potenziale elettrostatico, delle proprietà statiche e non dei corpi conduttori carichi e dei condensatori;
- conoscenza della legge di Ohm e delle leggi di Kirchhoff;
- conoscenza del campo magnetico e della relazione tra campi magnetici e correnti elettriche;
- conoscenza dellottica geometrica, del comportamento di diottri e lenti;
- conoscenza dei principali metodi per lanalisi dei dati, per grandezze misurate in modo diretto ed in modo indiretto, e per la verifica di ipotesi di tipo fisico.
Le capacità acquisite dallo studente saranno:
- capacità di utilizzare una terminologia ed un linguaggio adatto alla descrizione ed alla analisi di fenomeni di tipo fisico;
- capacità di applicare le conoscenze acquisite durante il corso per la descrizione, comprensione e spiegazione di fenomeni di tipo fisico;
- capacità di determinare in modo sperimentale il valore e lincertezza di una grandezza di tipo fisico e di verificare delle ipotesi di tipo fisico;
- capacità di stilare una relazione di tipo scientifico per esporre e discutere lattività sperimentale svolta. Prerequisiti
- Non ci sono corsi propedeutici a quello di Fisica, sono però necessarie alcune conoscenze elementari di algebra, di trigonometria, di calcolo differenziale e integrale.
Contenuti del corso
- Nella prima parte del corso (circa 18 ore) vengono presentate la cinematica e la dinamica del punto materiale, e questa sezione comprende anche i concetti di lavoro ed energia meccanica. Nello specifico, in questa parte vengono sviluppati i seguenti argomenti: metodo scientifico; unità di misura e sistemi di riferimento; moti in una dimensione, moti rettilinei uniformi ed uniformemente accelerati; moti in più dimensioni: moto parabolico e moto circolare uniforme; principi della dinamica; studio di alcuni moti notevoli; lavoro, energia cinetica, energie potenziali, energia meccanica.
Nella seconda parte del corso (10 ore) vengono presentate le proprietà dei fluidi, in particolare dei liquidi. Questa seconda parte è anche propedeutica allo svolgimento delle esercitazioni di laboratorio, in quanto molte delle esperienze didattiche sono basate sulle proprietà dei liquidi. Nello specifico, in questa parte vengono sviluppati i seguenti argomenti: caratteristiche dei fluidi; statica dei fluidi: legge di Stevino, spinta di Archimede, Principio di Pascal, principio dei vasi comunicanti; cinematica e dinamica dei fluidi ideali: equazione di continuità, teorema di Bernoulli; dinamica dei fluidi reali: viscosità, moto laminare, forza di Stokes, sedimentazione, centrifughe; fenomeni molecolari: tensione superficiale, fenomeni di capillarità.
Nella terza parte del corso (20 ore) vengono presentati il campo elettrico ed il campo magnetico, oltre che i fenomeni legati alla circolazione di corrente elettrica all'interno dei conduttori e l'ottica. Questi argomenti sono anche propedeutici allo svolgimento delle esercitazioni di laboratorio. Nello specifico, in questa parte vengono sviluppati i seguenti argomenti: legge di Coulomb; campo elettrico; potenziale elettrostatico; teorema di Gauss; conduttori, sistemi di conduttori carichi; condensatori; circuiti elettrici, leggi di Ohm e leggi di Kirchhoff; carica e scarica di un condensatore; campo magnetico; legame tra campo magnetico e correnti elettriche; relazioni tra campo elettrico e campo magnetico, onde elettromagnetiche; ottica geometrica; riflessione, rifrazione; legge di Snell; diottri e lenti; equazione delle lenti sottili.
Nella quarta parte del corso (8 ore) vengono presentati i concetti principali di termodinamica, nello specifico: scala centigrada e calorimetro; capacità termica e calore specifico; significato microscopico della temperatura; transizioni di fase; primo principio della termodinamica; macchine termiche; rendimento; ciclo di Carnot; teorema di Carnot; secondo principio della termodinamica; entropia.
Queste quattro parti completano i 7 CFU di lezioni frontali; la versione dettagliata del programma è disponibile alla voce Informazioni utili -> Programmi del corso disponibile nel menù di sinistra. L'ultima parte del corso (16 ore) corrisponde agli addizionali 2 CFU e comprende sia le lezioni utili alla presentazione degli argomenti di laboratorio ed alla spiegazione dei metodi di analisi dei dati che lo svolgimento delle esercitazioni di laboratorio. Nello specifico, gli argomenti trattati in questa sezione sono: la misura, misure di tipo diretto; incertezze di misura: errori casuali ed errori sistematici, precisione ed accuratezza; media, scarto quadratico medio, incertezza della media; distribuzione degli errori casuali, distribuzione gaussiana; calcolo dell'incertezza di misura nel caso di misure indirette; modalità per la verifica di una ipotesi: il caso della correlazione lineare; estrapolazione lineare; metodo dei minimi quadrati; coefficiente di correlazione lineare; test del chi quadrato. Metodi didattici
- Il corso è strutturato in lezioni teoriche frontali e esercitazioni guidate nel laboratorio di fisica. Sono previste 72 ore complessive di didattica (9 CFU). Le lezioni si svolgono settimanalmente in aula e lesposizione viene svolta alla lavagna in modo tale da tenere un ritmo di esposizione tale da permettere agli studenti di seguire agevolmente la lezione. L'insieme delle nozioni di fisica è stato impostato enfatizzando il metodo scientifico, ossia evidenziando, oltre alle varie leggi, anche la loro interpretazione mediante modelli e la relativa verifica sperimentale.
Le basilari leggi di fisica sono state presentate in modo essenziale discutendo i loro limiti di validità e le possibili interconnessioni tra esse. Per quanto riguarda le attività di laboratorio, gli studenti vengono divisi in gruppi e svolgono lesercitazione suddivisi in coppie.
Al corso è assegnato un tutor che è disponibile a chiarire i dubbi degli studenti legati ai vari argomenti del corso; il tutor propone anche degli esercizi/domande agli studenti, esercizi che sono utili in vista del superamento della prova scritta e che vengono svolti dal tutor con la collaborazione degli studenti stessi, in modo tale che gli studenti possano valutare la propria preparazione. Modalità di verifica dell'apprendimento
- L'obiettivo della prova d'esame è quello di verificare il livello di conoscenza ed approfondimento degli argomenti del programma del corso e la capacità di ragionamento sviluppata dallo studente. L'esame consiste in un elaborato scritto composto da domande a risposta multipla e domande aperte. La valutazione è espressa in trentesimi (voto minimo 18).
Le domande vertono sui vari argomenti del corso, e sono strutturate in modo tale da valutare sia se lo studente abbia assimilato gli argomenti del corso sia la sua capacità di ragionamento. Testi di riferimento
- Fondamenti di Fisica, VI edizione, Serway & Jewett, EdiSES
Fondamenti di Fisica 6/Ed., James S. Walker, Pearson
Fisica con fisica moderna (terza edizione), Douglas C. Giancoli - Ed. Ambrosiana, Milano
Altri testi da concordare con il docente
