Obiettivi Formativi

L'insegnamento ha lo scopo di introdurre le principali grandezze di tipo meccanico ed elettromagnetico, inquadrandole nel contesto delle leggi della fisica, allo scopo di fornire agli studenti i concetti e gli strumenti di base che risulteranno necessari nell'approcciarsi alla comprensione, l'elaborazione e la risoluzione di problemi tipici dell'ambito ingegneristico.

Learning Goals

The aim of the course is to give the students the basic concepts of physics and to develop in them the understanding of processing and solutions to problems typical of professional areas. To give students adequate methods of study, description and scientific investigation. To develop the ability to independently apply the theoretical knowledge and to set up, analyze and solve theoretical problems.

Metodi didattici

Lezione orale frontale ed esercitazioni per la risoluzione di problemi tipo.

Teaching Methods

Oral lessons and resolution of exercises and applications to problems for engineering.

Prerequisiti

È richiesta la conoscenza di elementi di matematica di base.

Prerequisites

Knowledge of the basic elements of elementary mathematics.

Verifiche dell'apprendimento

Verifiche in itinere scritte contenenti sia esercizi sia domande di teoria e colloqui orali da effettuarsi nel corso di svolgimento dell'attività didattica. Esame orale finale con valutazione delle verifiche in itinere effettuate durante il corso, o con valutazione di una prova scritta ed orale sui contenuti del programma.

Assessment

Tests in progress with written and oral examinations during the lesson period. Final oral examination also with evaluation of ongoing tests and written exercises

Programma del Corso

Grandezze fisiche fondamentali e derivate - Sistema Internazionale di unità di misura - Analisi dimensionale - Conversione delle unità di misura. Cinematica: moto in una dimensione. Grandezze scalari e grandezze vettoriali. Moto in due dimensioni: componenti tangenziale e centripeta dell'accelerazione in un moto piano - moto rettilineo, moto circolare, moto oscillatorio. Moti relativi: leggi di trasformazione delle velocità e delle accelerazioni. Dinamica del punto: Principi della dinamica. Forza - quantità di moto - sistemi di riferimento inerziali e non inerziali - moto in sistemi di riferimento accelerati - moto in presenza di reazioni vincolari, attrito statico e dinamico, forza gravitazionale, forze elastiche, forze centrali. Oscillatore armonico pendolo semplice - oscillazioni smorzate - oscillazioni smorzate e forzate - risonanza. Lavoro ed Energia: teorema dell'energia cinetica - forze conservative calcolo dellenergia potenziale - conservazione dell'energia meccanica. Gravitazione leggi di Keplero. Meccanica dei sistemi materiali: sistemi di vettori - momento di un vettore - coppie -baricentro - densità - centro di massa di una distribuzione discreta o continua di materia - leggi del centro di massa - impulso, forze impulsive - urti elastici ed anelastici - velocità ed accelerazione angolare - momento di una forza - momento della quantità di moto - energia cinetica traslazionale e rotazionale - equazioni della dinamica dei sistemi. Corpo rigido - momento d'inerzia - equazioni della statica e della dinamica del corpo rigido - moto traslazionale, rotazionale e roto-traslazionale - pendolo fisico. Campi scalari e vettoriali- gradiente - divergenza - rotore - circuitazione e flusso di un campo vettoriale - teorema di Gauss - teorema di Stokes - campi conservativi e solenoidali. Elettrostatica: carica e densità di carica - legge di Coulomb - campo e potenziale elettrostatico - legge di Gauss - integrale di linea del campo elettrostatico - flusso del campo elettrostatico -equazioni del campo eettrostatico - campo e potenziale di un dipolo elettrico - energia di un sistema di cariche - conduttori in equilibrio elettrostatico - capacità e dielettrici - polarizzazione - spostamento elettrico - condensatori - corrente e densità di corrente elettrica - corrente di polarizzazione - legge di Ohm in forma microscopica e in forma integrale - effetto Joule - forza elettromotrice - I e II legge di Kirchhoff. Magnetostatica: forza di Lorentz - campo induzione magnetica - integrale di linea del campo induzione magnetica - flusso del campo induzione magnetica - legge di Biot e Savart - teorema di Ampere - I e II legge di Laplace - equazioni della magnetostatica - coefficiente di auto e mutua induzione - solenoidi - induttori - vettore di magnetizzazione e campo magnetico - spire percorse da corrente e dipoli magnetici forze tra circuti percorsi da corrente. Transitori nei circuiti RC, RL ed RLC. Induzione elettromagnetica: legge di Faraday-Newman-Lenz. Correnti elettriche alternate: regime sinuisoidale - fasori e vettori rotanti - legge di Ohm in alternata - impedenza - circuiti in corrente alternata - risonanza RLC serie. Equazioni di Maxwell in forma integrale e differenziale - campo elettromagnetico - equazione delle onde - vettore di Poynting - onde piane. Ottica: approssimazione di Gauss dell'ottica geometrica - leggi di Snell-Cartesio - specchi diottro - principio di Huygens - interferenza - diffrazione.

Course Syllabus

Fundamental physical quantities - International System of units - dimensional analysis - conversion of units - kinematic description of motion: motion in one dimension. Scalar and vector quantities. Motion in two dimensions: tangential and centripetal components of the acceleration - linear motion, circular motion, oscillating motion. Relative motions: transformations laws of velocity and acceleration. Newton's laws. Force - linear momentum - inertial and non-inertial reference systems - motion in accelerated reference systems - static and dynamic friction - gravitational force - elastic force - central force. Harmonic oscillator - simple pendulum - damped oscillations - forced damped oscillations - resonance. Work and Energy - the work-energy theorem - conservative force - potential energy - conservation of mechanical energy. Systems of particles: systems of applied vectors - momentum of a vector - torque - center of gravity - center of mass of a discrete or continuous distribution of matter - density - motion of the center of mass - impulse - elastic and inelastic collisions - angular velocity and acceleration - angular momentum - translational and rotational kinetic energy - moment of a force - equations of system dynamics -conservation of angular momentum. Rigid body - moment of inertia - equations of rigid body statics and dynamics rigid body physical pendulum. Scalar and vector fields: gradient divergence - curl - line integral and flow of a vector field - Gauss theorem - Stokes theorem - conservative and solenoidal vector fields. Electrostatics: charge and charge density - Coulombs law - electrostatic field and electrostatic potential - Gauss law - equations of the electrostatic field - line integral of the electrostatic field - flux of the electrostatic field - electric dipole - conductors in electrostatic equilibrium - capacitance and dielectrics - polarization - electric displacement - relative dielectric constant - capacitors current and current density - polarization current - Ohms law - Joules effect - Kirchhoffs laws. Static magnetic fields: Lorentz force - magnetic induction - line integral of the static magnetic field - flux of the static magnetic field - Biot and Savart law - Amperes theorem - I and II Laplaces law - equations of the static magnetic field - self and mutual induction - coils - inductors - magnetization - force between current-carrying conductors. RC, RL and LCR transient. Electromagnetic induction: Faraday-Newmann-Lenz law. Sinusoidal alternating current: fasors and rotating vectors - Ohms law - a.c. circuits - resonance in RLC series circuit. Maxwell equations - electromagnetic field - wave equation - Poynting vector - plane waves. Optics: Descartes-Gauss approximation of geometrical optics - Snells laws Huygens principle - mirrors - diopter - interference - diffraction.