Obiettivi Formativi

Al termine del corso lo studente dovrà conoscere gli aspetti essenziali, sia matematici che sperimentali, del metodo proprio della fisica e i contenuti fondamentali della fisica classica. Dovrà inoltre conoscere alcuni concetti essenziali della fisica quantistica e dovrà essere in grado di risolvere semplici problemi.

Learning Goals

At the end of the course the student should know the essential aspects, both mathematical and experimental, of the methods of Physics and the fundamental contents of classical Physics. The student should also know some basic concepts of quantum Physics and should be able to solve simple problems.

Metodi didattici

Lezioni frontali Esperienze di laboratorio

Teaching Methods

Lectures Practicals and experiments in laboratory

Prerequisiti

Fondamenti di Matematica, conoscenze di Algebra, Geometria, trigonometria, calcolo vettoriale, calcolo infinitesimale.

Prerequisites

Fundamentals of Mathematics, knowledge of algebra, geometry, trigonometry, vector calculus, infinitesimal calculus.

Verifiche dell'apprendimento

La verifica dei risultati di apprendimento è affidata a due test in itinere, ad una prova di laboratorio finale che viene sorteggiata e ad un esame orale finale. Nei due test in itinere, attraverso una serie di domande e quesiti relativi ai punti cruciali del programma, si tende ad accertare la sufficiente conoscenza e capacità di comprensione acquisita dal candidato, la chiarezza ed efficacia dell’esposizione, con particolare riferimento all’uso appropriato di termini tecnici, la capacità di approntare specifiche esperienze di laboratorio e la correttezza nelle procedure di analisi dei dati. Se lo studente dimostra di avere acquisito tale sufficienza nei test in itinere, si passa alla prova di laboratorio e al colloquio orale, dove il livello di verifica viene approfondito sia con riferimento ai risvolti dei singoli argomenti trattati, sia per quanto attiene i collegamenti sistematici tra di essi.

Assessment

The assessment of learning outcomes is performed by two tests during the course, a final laboratory test and a final oral exam. In the two tests during the course, through a series of questions and queries on the crucial points of the program, one seeks to determine weather a sufficient knowledge and understanding has been acquired by the candidate, the clarity and effectiveness of his exposure, with special reference to the appropriate use in technical terms, his ability to prepare specific laboratory experience and to apply the correct procedures for data analysis. If the student proves to have acquired that one passes the laboratory test and oral examination, where the level of verification is tested with reference to the implications of individual topics, both in terms of the systematic links between of them.

Programma del Corso

Il metodo della Fisica: leggi empiriche e modelli. La Fisica e la sua relazione con le altre discipline. Introduzione alle tecniche di elaborazione. Modelli. Grandezze e definizioni operative. Dimensioni di una grandezza. Unità di misura, coerenza. Grandezze fondamentali e grandezze derivate. Equazioni dimensionali. Analisi dimensionale. Notazione scientifica. Sistemi di unità di misura. Il Sistema Internazionale (SI). Confronto con gli altri sistemi. Cambiamento del sistema di unità di misura. Unità di misura fuori dal sistema SI. Grandezze e costanti fisiche di uso frequente espresse in unità di misura fuori dal Sistema SI. Misure dirette e indirette. Errori nelle misure. Errori casuali, errori sistematici. Propagazione degli errori. Rappresentazione dei dati di un campione di misure. Istogrammi di distribuzione. Errore di una misura diretta. Errore massimi ed errore quadratico medio. Varianza. Adattamento di una relazione funzionale ai dati sperimentali. Metodo grafico. Segnali: loro rilevazione e trattamento. Segnali analogici e digitali. Parametrizzazione. La trasformata di Fourier. Banda passante. Rapporto segnale-rumore. Campionamento. Strumenti di misura e loro caratteristiche. Adattamento di una relazione funzionale ai dati sperimentali. Metodo dei minimi quadrati. Retta dei minimi quadrati. Errori dei parametri della retta dei minimi quadrati. Errore standard della stima. Retta dei minimi quadrati passante per l’origine. Retta dei minimi quadrati pesati. Adattamento di una curva qualsiasi ai dati sperimentali. Ricerca della forma di una dipendenza funzionale. Coefficiente di correlazione lineare. Cinematica traslazionale e rotazionale – Forza, massa e sistemi di riferimento: le leggi della dinamica – Lavoro ed energia – Sistemi conservativi: energia potenziale e conservazione dell’energia; sistemi di punti materiali: centro di massa, quantità di moto, urti, moto oscillatorio e ondulatorio, meccanica dei fluidi, fluidodinamica. Temperatura e variabili macroscopiche, teoria cinetica dei gas; calore, lavoro ed energia interna: primo principio della termodinamica; trasformazioni termodinamiche del gas perfetto; secondo principio della termodinamica: macchine termiche, entropia e trasformazioni irreversibili. Elettromagnetismo ed Ottica Carica elettrica e legge di Coulomb – Campo elettrico e teorema di Gauss – Potenziale elettrico ed energia elettrostatica – Corrente elettrica: legge di Ohm e circuiti in corrente continua – Campo magnetico e teorema di Ampère – Induzione elettromagnetica e legge di Faraday – Equazioni di Maxwell ed onde elettromagnetiche - Natura e proprietà della luce - Ottica geometrica: riflessione, rifrazione, dispersione – Ottica ondulatoria: interferenza, diffrazione, polarizzazione - Risoluzione di strumenti ottici.

Course Syllabus

The method of Physics: empirical laws and models. Physics and its relationship with other disciplines. Introduction to processing techniques. Models. Variables and operational definitions. Dimensions of a physical quantity. Units, consistency. Fundamental quantities and derived quantities. Dimensional equations. Dimensional analysis. Scientific notation. Systems of measurement. The International System (SI). Comparison with other systems. Change the system of measurement units. Units of measurement outside the SI system. Quantities and physical constants frequently expressed in units outside the SI system. Direct and indirect measures. Errors in the measurements. Random errors, systematic errors. Propagation of errors. Data representation of measures. Histograms of distribution. Errors of a direct measurement. Maximum error and mean square error. Variance. Adaptation of a functional relationship to experimental data. Graphic method. Signals: their detection and treatment. Analog and digital signals. Parameterization. The Fourier transform. Bandwidth. Signal to noise ratio. Sampling. Measuring instruments and their characteristics. Adaptation of a functional relationship to experimental data. Method of least squares. The least squares line. Errors of the parameters of the straight line of least squares. Standard error of the estimate. The least squares line through the origin. The least squares line weighed. Adaptation of any curve to experimental data. Search the shape of a functional dependency. Linear correlation coefficient. Translational and rotational kinematics - Force, mass and reference systems: the laws of motion - Work and Energy - Conservative systems: potential energy and conservation of energy, systems of particles: center of mass, momentum, collisions, oscillatory motion and undulating, fluid mechanics, fluid dynamics. Temperature and macroscopic variables, kinetic theory of gases, heat, work and internal energy: first law of thermodynamics, thermodynamic processes of perfect gas, the second law of thermodynamics: heat engines, entropy and irreversible transformations. Electromagnetism and Optics Electric charge and Coulomb's Law - Electric field and Gauss - Electric potential and electrostatic energy - Electricity: Ohm's Law and DC circuits - Magnetic field and Ampere's theorem - Electromagnetic induction and Faraday's Law - Equation Maxwell's electromagnetic waves - Nature and properties of light - Geometrical optics: reflection, refraction, dispersion - Wave optics: interference, diffraction, polarization - Resolution of optical instruments.