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B003356 - FISICA
Principali informazioni
Lingua Insegnamento
Contenuto del corso
Libri di testo consigliati
Obiettivi Formativi
Prerequisiti
Metodi Didattici
Modalità di verifica apprendimento
Programma del corso
Anno Accademico 2012-13
Anno di corso
Primo Anno - Annualità singola
Dipartimento di Afferenza
Ingegneria dell'Informazione
Tipo insegnamento
Attività formativa monodisciplinare
Settore Scientifico disciplinare
FIS/01 - FISICA SPERIMENTALE
Crediti Formativi
12
Ore Didattica
108
Periodo didattico
17/09/2012 ⇒ 10/06/2013
Frequenza Obbligatoria
No
Tipo Valutazione
Voto Finale
Contenuto del corso
mostra
Programma del corso
mostra
Docenza
Lingua Insegnamento
Italiano
Contenuto del corso
Introduzione al metodo scientifico. Cinematica del punto. Dinamica del punto materiale. Dinamica dei sistemi. Dinamica del corpo rigido. Meccanica dei fluidi. Oscillazioni. Termodinamica. Campo e potenziale elettrostatici. Conduttori e Dielettrici. Corrente elettrica. Magnetostatica nel vuoto. Materiali magnetici. Campi variabili nel tempo. Equazioni di Maxwell. Onde elettromagnetiche, Introduzione ai concetti di fisica moderna.
Libri di testo consigliati (Cerca nel catalogo della biblioteca)
Parte I
P. Mazzoldi, M. Nigro, C. Voci
Elementi di Fisica - Meccanica e Termodinamica
Edises, Napoli ISBN: 8879592084
Parte II
P. Mazzoldi, M. Nigro, C. Voci
Elementi di Fisica - Elettromagnetismo e Onde
Edises, Napoli
Parte I e II
Mara Bruzzi, Esercizi svolti di fisica generale
Editrice Esculapio - Progetto Leonardo - Bologna
ISBN: 978-88-7488-247-2
appunti del corso
P. Mazzoldi, M. Nigro, C. Voci
Elementi di Fisica - Meccanica e Termodinamica
Edises, Napoli ISBN: 8879592084
Parte II
P. Mazzoldi, M. Nigro, C. Voci
Elementi di Fisica - Elettromagnetismo e Onde
Edises, Napoli
Parte I e II
Mara Bruzzi, Esercizi svolti di fisica generale
Editrice Esculapio - Progetto Leonardo - Bologna
ISBN: 978-88-7488-247-2
appunti del corso
Obiettivi Formativi
Il corso si propone di fare acquisire allo studente un metodo scientifico per lo studio e la schematizzazione di sistemi e fenomeni fisici. Vengono presentate e discusse nozioni di fisica di base concernenti meccanica, termodinamica, elettromagnetismo e di alcuni aspetti fondamentali della fisica moderna.
Capacita' acquisite:
1) Acquisizione di un metodo scientifico per lo studio e la schematizzazione di sistemi e fenomeni fisici.
2) Conoscenza delle nozioni fisiche di base concernenti meccanica, termodinamica, elettromagnetismo e di alcuni aspetti fondamentali di fisica moderna, secondo quanto indicato nel programma del corso.
3) Capacità di utilizzare correttamente tali nozioni e di eseguire le operazioni ed i calcoli relativi.
Capacita' acquisite:
1) Acquisizione di un metodo scientifico per lo studio e la schematizzazione di sistemi e fenomeni fisici.
2) Conoscenza delle nozioni fisiche di base concernenti meccanica, termodinamica, elettromagnetismo e di alcuni aspetti fondamentali di fisica moderna, secondo quanto indicato nel programma del corso.
3) Capacità di utilizzare correttamente tali nozioni e di eseguire le operazioni ed i calcoli relativi.
Prerequisiti
1) Nozioni di matematica secondo quanto previsto dai programmi ministeriali della scuola secondaria superiore.
2) Capacità di utilizzare correttamente tali nozioni e di eseguire le operazioni ed i calcoli relativi.
2) Capacità di utilizzare correttamente tali nozioni e di eseguire le operazioni ed i calcoli relativi.
Metodi Didattici
Il corso prevede lezioni ed esercitazioni in aula.
Modalità di verifica apprendimento
L'esame si compone di prove scritte ed orali con le seguenti modalità.
Prova/e scritta/e
Prova scritta contenente esercizi sui temi trattati nel corso. Viene effettuata una prova scritta separata per la parte I ( Meccanica e termodinamica ) e la parte II (Elettromagnetismo e cenni di Fisica Moderna ). Il voto globale della prova scritta è dato dalla media dei due voti ottenuti in tali prove parziali. Ogni prova scritta è da ripetersi se il voto è inferiore a 18/30. In caso di prove scritte ripetute, il voto della prova è quello corrispondente all'ultimo compito scritto consegnato dallo studente.
Prova/e orale/i
In caso di prova scritta con risultato uguale o maggiore a 18/30 la prova orale è obbligatoria se il risultato del compito scritto corrisponde ad una votazione tra 18/30 e 20/30, è invece facoltativa da 21/30 a 30/30. E' possibile effettuare una prova orale globale comprendente tutto il programma del corso o effettuare una prova orale separata per la parte I ( Meccanica e termodinamica ) e per la parte II (Elettromagnetismo e cenni di Fisica Moderna ). In tal caso il voto finale della prova orale è dato dalla media dei due voti ottenuti in tali prove parziali.
Prova/e scritta/e
Prova scritta contenente esercizi sui temi trattati nel corso. Viene effettuata una prova scritta separata per la parte I ( Meccanica e termodinamica ) e la parte II (Elettromagnetismo e cenni di Fisica Moderna ). Il voto globale della prova scritta è dato dalla media dei due voti ottenuti in tali prove parziali. Ogni prova scritta è da ripetersi se il voto è inferiore a 18/30. In caso di prove scritte ripetute, il voto della prova è quello corrispondente all'ultimo compito scritto consegnato dallo studente.
Prova/e orale/i
In caso di prova scritta con risultato uguale o maggiore a 18/30 la prova orale è obbligatoria se il risultato del compito scritto corrisponde ad una votazione tra 18/30 e 20/30, è invece facoltativa da 21/30 a 30/30. E' possibile effettuare una prova orale globale comprendente tutto il programma del corso o effettuare una prova orale separata per la parte I ( Meccanica e termodinamica ) e per la parte II (Elettromagnetismo e cenni di Fisica Moderna ). In tal caso il voto finale della prova orale è dato dalla media dei due voti ottenuti in tali prove parziali.
Programma del corso
Programma del corso di Fisica
Corso di Laurea in Ingegneria Elettronica e delle Telecomunicazioni
Parte I Meccanica e Termodinamica (6 crediti)
Introduzione
Il metodo scientifico. Definizione operativa delle grandezze fisiche. Sistemi di unità di misura. Calcolo dimensionale. Grandezze scalari e vettoriali. Operazioni con i vettori: somma, differenza, prodotto scalare, prodotto vettoriale. Versori. Sistemi di riferimento cartesiani ortogonali e versori degli assi.
Cinematica del punto
Sistemi di riferimento. Legge oraria e traiettoria. Il vettore posizione. Il vettore velocità media ed istantanea. Il vettore accelerazione. Dall'accelerazione, alla velocità, alla legge oraria: il procedimento di integrazione. Moto rettilineo uniforme ed uniformemente accelerato. Traiettorie curvilinee. Ascissa curvilinea sulla traiettoria. Versore tangente e normale alla traiettoria. Moto circolare uniforme e non uniforme; vettore velocità angolare. Accelerazione tangenziale e centripeta nel moto circolare. Componenti intrinseche dell'accelerazione nel moto su una traiettoria qualunque. Raggio di curvatura della traiettoria. Accelerazione di gravità. Moto armonico. Il moto dei gravi in prossimità della superficie terrestre.
Dinamica del punto materiale
Definizione di forza. Principio di inerzia. Sistemi di riferimento inerziali. Secondo principio della dinamica. Massa inerziale. Terzo principio della dinamica. Il problema fondamentale della dinamica: dalle forze al moto. Moto sotto l'azione di una forza costante. Forze vincolari. Forse di attrito. Moto di un punto materiale vincolato. Forza di attrito statico e dinamico. Forze elastiche. Moto di un punto soggetto a forze elastiche. Il pendolo semplice. Sistemi di riferimento in moto relativo: relazione fra velocità ed accelerazioni misurate nei due sistemi di riferimento. Sistemi di riferimento non inerziali nello studio della dinamica di un punto materiale. Impulso e quantità di moto. Teorema dell'impulso. Lavoro di una forza: definizione ed unità di misura. Teorema delle forze vive, energia cinetica. Energia potenziale. Conservazione dell'energia meccanica. Forze non conservative. La potenza. Oscillatore armonico, oscillatore armonico smorzato da una forza viscosa.
Dinamica dei sistemi e dei corpi rigidi
Sistemi di punti materiali. Forze interne ed esterne. Definizione di centro di massa. Prima equazione cardinale della dinamica dei sistemi. Teorema del moto del centro di massa. Conservazione della quantità di moto. Momento angolare. Momento di una forza. Coppia di forze. Momento di una coppia. Centro di un sistema di forze parallele. Baricentro. Seconda equazione cardinale della dinamica dei sistemi. Conservazione del momento angolare. Energia cinetica e potenziale di un sistema di punti materiali. Sistema di riferimento del centro di massa. Teoremi di König. Teorema dell'energia cinetica per un sistema di punti materiali. Conservazione dell'energia per i sistemi di punti materiali. Urti elastici ed anelastici. Corpo esteso. Momento di inerzia. Statica del corpo rigido. Moto di un corpo rigido. Teorema di Huygens-Steiner. Energia cinetica di un corpo rigido in rotazione attorno ad un asse fisso. Pendolo composto. Moto di puro rotolamento. Impulso angolare. Momento dell'impulso.
Meccanica dei fluidi
Fluidi ideali e reali. Densità. Forze di volume e di superficie. Pressione: definizione ed unità di misura. Fluidi in equilibrio. Legge di Stevino. Barometro a mercurio e pressione atmosferica. Legge di Pascal. Legge di Archimede. Dinamica di un fluido ideale. Moti stazionari. Linee di corrente e linee di flusso. Portata. Legge della costanza della portata. Teorema di Bernoulli e sue applicazioni. Viscosità e legge di Poiseuille.
Termodinamica
Sistemi termodinamici, ambiente, universo. Variabili di stato intensive ed estensive. Equilibrio termodinamico. Principio zero della termodinamica. Definizione della temperatura, termometri. Scale di temperatura. Sistemi adiabatici. Esperienze di Joule: lavoro, calore, energia interna: primo principio della termodinamica. Capacità termica e calori specifici. Calori latenti. Trasmissione del calore. Trasformazioni termodinamiche reversibili ed irreversibili. Equazione di stato dei gas ideali. Energia interna di un gas perfetto. Relazione di Mayer fra i calori specifici a volume e pressione costante di un gas perfetto. Trasformazioni isobara, isocora, isoterma, adiabatica del gas ideale. Trasformazioni cicliche. Ciclo di Carnot. Cicli frigoriferi. Gas reali: equazione di stato di Van der Waals, diagrammi pV e pT. Teoria cinetica dei gas. Equipartizione dell'energia. Secondo principio della termodinamica: enunciati di Clausius e Kelvin-Planck e loro equivalenza. Teorema di Carnot. Teorema di Clausius. Entropia. Il principio dell'aumento dell'entropia. Entropia del gas ideale. Calcoli di variazioni di entropia.
II Parte - Elettromagnetismo e Onde (6 crediti)
Elettrostatica
Forza di Coulomb, campo elettrostatico E , linee di forza del campo elettrostatico, moto di una particella carica in un campo elettrico uniforme, distribuzioni continue di cariche, energia elettrostatica, potenziale elettrostatico, dipolo elettrico. Flusso del campo elettrostatico, legge di Gauss, applicazione della legge di Gauss. Isolanti e conduttori, induzione elettrostatica, teorema di Coulomb, potenziale di un conduttore carico. Capacità, condensatori piani, cilindrici e sferici, collegamento di condensatori, energia immagazzinata nel condensatore.
Materiali Dielettrici
Vettore polarizzazione P, il vettore spostamento D, densità superficiale e volumetrica di carica di polarizzazione, legge di Gauss per i dielettrici, dielettrici lineari, costante dielettrica relativa, suscettività dielettrica, condensatori con dielettrico.
Corrente elettrica stazionaria
Intensità di corrente elettrica, vettore densità di corrente, equazione di continuità, leggi di Ohm, resistività e conducibilità elettrica, resistenza, Forza elettromotrice, resistori in serie e parallelo, leggi di Kirchhoff. Legge di Joule. Un modello per la conduzione elettrica Cenni alla conduzione elettrica nei solidi. Circuiti RC.
Magnetostatica nel vuoto
Definizione e proprietà del campo magnetico, Forza magnetica agente su un conduttore percorso da corrente. Coppia magnetica su una spira. Moto di una particella carica in un campo magnetico. Effetto Hall. Campo magnetico generato da circuiti percorsi da corrente, campo magnetico prodotto da solenoide rettilineo infinito, legge di Biot-Savart. Legge di Ampere. Flusso del campo magnetico, legge di Gauss per il magnetismo. Forze magnetiche tra fili percorsi da corrente
Materiali magnetici
Permeabilità magnetica, suscettività magnetica, materiali dia- e paramagnetici, vettore magnetizzazione M, vettore H, materiali ferromagnetici.
Campi variabili nel tempo
La legge dell'induzione elettromagnetica di Faraday-Neumann. Legge di Lenz. Forza elettromotrice indotta e campo elettrico. Esempi: alternatore, correnti di Foucault. Coefficienti di auto induzione L e di mutua induzione M. Esempi: calcolo di L e M per circuiti semplici. Circuiti RL. Energia magnetica. Legge di Ampere-Maxwell. Equazioni di Mawell. Equazione d'onda, velocità di propagazione, vettor d'onda e lunghezza d'onda. Onde elettromagnetiche piane. Energia e quantità di moto delle onde elettromagnetiche. Spettro delle onde elettromagnetiche. Fenomeni di interferenza : l'esperimento di Young. Diffrazione di Fraunhofer ad una fenditura rettilinea.
Proprietà corpuscolari e ondulatorie della radiazione e della materia
Radiazione termica. Corpo nero. Legge di Planck. Effetto fotoelettrico. Modello di Bohr dell'atomo di idrogeno. Fotoni e onde elettromagnetiche. Onde materiali, relazione di de Broglie. Principio di indeterminazione di Heisenberg.
Corso di Laurea in Ingegneria Elettronica e delle Telecomunicazioni
Parte I Meccanica e Termodinamica (6 crediti)
Introduzione
Il metodo scientifico. Definizione operativa delle grandezze fisiche. Sistemi di unità di misura. Calcolo dimensionale. Grandezze scalari e vettoriali. Operazioni con i vettori: somma, differenza, prodotto scalare, prodotto vettoriale. Versori. Sistemi di riferimento cartesiani ortogonali e versori degli assi.
Cinematica del punto
Sistemi di riferimento. Legge oraria e traiettoria. Il vettore posizione. Il vettore velocità media ed istantanea. Il vettore accelerazione. Dall'accelerazione, alla velocità, alla legge oraria: il procedimento di integrazione. Moto rettilineo uniforme ed uniformemente accelerato. Traiettorie curvilinee. Ascissa curvilinea sulla traiettoria. Versore tangente e normale alla traiettoria. Moto circolare uniforme e non uniforme; vettore velocità angolare. Accelerazione tangenziale e centripeta nel moto circolare. Componenti intrinseche dell'accelerazione nel moto su una traiettoria qualunque. Raggio di curvatura della traiettoria. Accelerazione di gravità. Moto armonico. Il moto dei gravi in prossimità della superficie terrestre.
Dinamica del punto materiale
Definizione di forza. Principio di inerzia. Sistemi di riferimento inerziali. Secondo principio della dinamica. Massa inerziale. Terzo principio della dinamica. Il problema fondamentale della dinamica: dalle forze al moto. Moto sotto l'azione di una forza costante. Forze vincolari. Forse di attrito. Moto di un punto materiale vincolato. Forza di attrito statico e dinamico. Forze elastiche. Moto di un punto soggetto a forze elastiche. Il pendolo semplice. Sistemi di riferimento in moto relativo: relazione fra velocità ed accelerazioni misurate nei due sistemi di riferimento. Sistemi di riferimento non inerziali nello studio della dinamica di un punto materiale. Impulso e quantità di moto. Teorema dell'impulso. Lavoro di una forza: definizione ed unità di misura. Teorema delle forze vive, energia cinetica. Energia potenziale. Conservazione dell'energia meccanica. Forze non conservative. La potenza. Oscillatore armonico, oscillatore armonico smorzato da una forza viscosa.
Dinamica dei sistemi e dei corpi rigidi
Sistemi di punti materiali. Forze interne ed esterne. Definizione di centro di massa. Prima equazione cardinale della dinamica dei sistemi. Teorema del moto del centro di massa. Conservazione della quantità di moto. Momento angolare. Momento di una forza. Coppia di forze. Momento di una coppia. Centro di un sistema di forze parallele. Baricentro. Seconda equazione cardinale della dinamica dei sistemi. Conservazione del momento angolare. Energia cinetica e potenziale di un sistema di punti materiali. Sistema di riferimento del centro di massa. Teoremi di König. Teorema dell'energia cinetica per un sistema di punti materiali. Conservazione dell'energia per i sistemi di punti materiali. Urti elastici ed anelastici. Corpo esteso. Momento di inerzia. Statica del corpo rigido. Moto di un corpo rigido. Teorema di Huygens-Steiner. Energia cinetica di un corpo rigido in rotazione attorno ad un asse fisso. Pendolo composto. Moto di puro rotolamento. Impulso angolare. Momento dell'impulso.
Meccanica dei fluidi
Fluidi ideali e reali. Densità. Forze di volume e di superficie. Pressione: definizione ed unità di misura. Fluidi in equilibrio. Legge di Stevino. Barometro a mercurio e pressione atmosferica. Legge di Pascal. Legge di Archimede. Dinamica di un fluido ideale. Moti stazionari. Linee di corrente e linee di flusso. Portata. Legge della costanza della portata. Teorema di Bernoulli e sue applicazioni. Viscosità e legge di Poiseuille.
Termodinamica
Sistemi termodinamici, ambiente, universo. Variabili di stato intensive ed estensive. Equilibrio termodinamico. Principio zero della termodinamica. Definizione della temperatura, termometri. Scale di temperatura. Sistemi adiabatici. Esperienze di Joule: lavoro, calore, energia interna: primo principio della termodinamica. Capacità termica e calori specifici. Calori latenti. Trasmissione del calore. Trasformazioni termodinamiche reversibili ed irreversibili. Equazione di stato dei gas ideali. Energia interna di un gas perfetto. Relazione di Mayer fra i calori specifici a volume e pressione costante di un gas perfetto. Trasformazioni isobara, isocora, isoterma, adiabatica del gas ideale. Trasformazioni cicliche. Ciclo di Carnot. Cicli frigoriferi. Gas reali: equazione di stato di Van der Waals, diagrammi pV e pT. Teoria cinetica dei gas. Equipartizione dell'energia. Secondo principio della termodinamica: enunciati di Clausius e Kelvin-Planck e loro equivalenza. Teorema di Carnot. Teorema di Clausius. Entropia. Il principio dell'aumento dell'entropia. Entropia del gas ideale. Calcoli di variazioni di entropia.
II Parte - Elettromagnetismo e Onde (6 crediti)
Elettrostatica
Forza di Coulomb, campo elettrostatico E , linee di forza del campo elettrostatico, moto di una particella carica in un campo elettrico uniforme, distribuzioni continue di cariche, energia elettrostatica, potenziale elettrostatico, dipolo elettrico. Flusso del campo elettrostatico, legge di Gauss, applicazione della legge di Gauss. Isolanti e conduttori, induzione elettrostatica, teorema di Coulomb, potenziale di un conduttore carico. Capacità, condensatori piani, cilindrici e sferici, collegamento di condensatori, energia immagazzinata nel condensatore.
Materiali Dielettrici
Vettore polarizzazione P, il vettore spostamento D, densità superficiale e volumetrica di carica di polarizzazione, legge di Gauss per i dielettrici, dielettrici lineari, costante dielettrica relativa, suscettività dielettrica, condensatori con dielettrico.
Corrente elettrica stazionaria
Intensità di corrente elettrica, vettore densità di corrente, equazione di continuità, leggi di Ohm, resistività e conducibilità elettrica, resistenza, Forza elettromotrice, resistori in serie e parallelo, leggi di Kirchhoff. Legge di Joule. Un modello per la conduzione elettrica Cenni alla conduzione elettrica nei solidi. Circuiti RC.
Magnetostatica nel vuoto
Definizione e proprietà del campo magnetico, Forza magnetica agente su un conduttore percorso da corrente. Coppia magnetica su una spira. Moto di una particella carica in un campo magnetico. Effetto Hall. Campo magnetico generato da circuiti percorsi da corrente, campo magnetico prodotto da solenoide rettilineo infinito, legge di Biot-Savart. Legge di Ampere. Flusso del campo magnetico, legge di Gauss per il magnetismo. Forze magnetiche tra fili percorsi da corrente
Materiali magnetici
Permeabilità magnetica, suscettività magnetica, materiali dia- e paramagnetici, vettore magnetizzazione M, vettore H, materiali ferromagnetici.
Campi variabili nel tempo
La legge dell'induzione elettromagnetica di Faraday-Neumann. Legge di Lenz. Forza elettromotrice indotta e campo elettrico. Esempi: alternatore, correnti di Foucault. Coefficienti di auto induzione L e di mutua induzione M. Esempi: calcolo di L e M per circuiti semplici. Circuiti RL. Energia magnetica. Legge di Ampere-Maxwell. Equazioni di Mawell. Equazione d'onda, velocità di propagazione, vettor d'onda e lunghezza d'onda. Onde elettromagnetiche piane. Energia e quantità di moto delle onde elettromagnetiche. Spettro delle onde elettromagnetiche. Fenomeni di interferenza : l'esperimento di Young. Diffrazione di Fraunhofer ad una fenditura rettilinea.
Proprietà corpuscolari e ondulatorie della radiazione e della materia
Radiazione termica. Corpo nero. Legge di Planck. Effetto fotoelettrico. Modello di Bohr dell'atomo di idrogeno. Fotoni e onde elettromagnetiche. Onde materiali, relazione di de Broglie. Principio di indeterminazione di Heisenberg.