Obiettivi Formativi

Fornire e discutere i concetti del metodo scientifico e della fisica di base con particolare enfasi sulle nozioni che costituiscono i fondamenti delle discipline ingegneristiche. Sviluppare le capacità di comprendere, formulare e risolvere problemi scientifici.

Learning Goals

Introducing and discussing the basic concepts of the scientific method and of the physical sciences, with a particular emphasis on the ideas at the basis of the engineering disciplines. Developing comprehension, formalization and solving abilities for scientific problems.

Metodi didattici

Lezioni ed esercitazioni in aula

Teaching Methods

Lectures and classroom exercises

Prerequisiti

Conoscenze di base di fisica, matematica e chimica al livello della scuola media superiore.

Prerequisites

Basic high-school physics, mathematics and chemistry.

Verifiche dell'apprendimento

Verifiche periodiche in itinere con quiz a risposta multipla e/o prove scritte alla fine del corso. Colloqui orali finali.

Assessment

Multiple choice quizzes in term-time or, after the term-time written test. Oral exam.

Programma del Corso

1.Grandezze fondamentali e derivate, dimensioni, unità di misura, il S.I. Il metodo scientifico. 2. Cinematica del punto. Velocità. Accelerazione. Moto in più dimensioni. Curve orarie e traiettoria. Moto di un proiettile. Moto circolare uniforme. 3. Le leggi della dinamica. Prima legge. Seconda legge. Peso. Legge di Hooke. Dinamometro. Reazioni vincolari. Cenni su elasticità, plasticità, carico di rottura. Terza Legge. Attrito statico e dinamico. Oscillatore armonico. Resistenza del mezzo. Centro di massa. 4. Lavoro di una forza. Teorema del lavoro e dell'energia cinetica. Potenza. Lavoro di una forza elastica. Oscillatore armonico smorzato. Grave in mezzo viscoso. 5. Energia. Forze conservative. Teorema di conservazione dell'energia meccanica. Energia potenziale. Linee di forza. Curve di livello. Forza come gradiente dell'energia potenziale. Dissipazione. 6. Quantità di moto. Forza e variazione della quantità di moto per particelle e per sistemi. Conservazione della quantità di moto. Problemi di urto. Razzi. Equazione dei razzi. 7. Moti rotatori e momento angolare. Momento d'inerzia. Momento di una forza. Leggi cardinali della dinamica dei sistemi. 8. Gravitazione. Leggi di Keplero. Misura di G (bilancia di Cavendish). Energia potenziale gravitazionale. Velocità di fuga. Altezza massima di un proiettile. Campo gravitazionale. Il problema di Keplero. Equazione di Binet. Orbite circolari, ellittiche, paraboliche e iperboliche. 9. Idrodinamica. Pressione. Modulo di bulk. Leggi di Stevin, Pascal, Archimede. Esperienza di Torricelli. Portata. Legge di conservazione della portata. Equazione di Bernoulli. Legge di Torricelli. Viscosità. Legge di Poiseuille. Regimi laminare, turbolento e di transizione. Numero di Reynolds. 10. Termodinamica. Principio zero. Temperatura. Termometri e scale termometriche (Celsius, Kelvin e Faranheit). Gas ideali. Teoria cinetica. Calorimetri. Primo Principio. Trasformazioni termodinamiche. Macchine termiche. Ciclo di Carnot. Secondo Principio. Entropia. 11. Elettrostatica. Carica elettrica. Legge di Coulomb. Legge di Gauss. Campo e potenziale elettrico. Capacità. Dielettrici. Correnti elettriche e legge di Ohm. Induzione elettrostatica. Dipolo elettrico e polarizzazione. 12. Elettromagnetismo. Dipolo magnetico e campo magnetico. Legge di circuitazione e teorema di equivalenza di Ampère. Magnetizzazione. Induzione elettromagnetica. Legge di Faraday-Neumann. Corrente alternata. Corrente di spostamento e onde elettromagnetiche. Equazione delle onde elettromagnetiche. Rifrazione, dispersione ed assorbimento. Interferenza. Diffrazione.

Course Syllabus

1. Fundamental and derived quantities, dimensionality, units of measurement, SI. The scientific method. 2. Kinematics. Velocity. Acceleration. Motion in multiple dimensions. Position-time and velocity-time graphs, trajectory. Projectile motion. Uniform circular motion. 3. The laws of dynamics. First Law. Second Law. Weight. Hooke's law. Dynamometer. Reaction forces. Outline of elasticity, plasticity, tensile strength. Third Law. Static and dynamic friction. Harmonic oscillator. Resistance of the medium. Center of mass. 4. Work of a force. Theorem of work and kinetic energy. Power. Work of a spring force. Damped harmonic oscillator. Grave in viscous medium. 5. Energy. Conservative forces. Theorem of conservation of mechanical energy. Potential energy. Lines of force. Level curves. Force as the gradient of the potential energy. Dissipation. 6. Momentum. Force and variation of the quantity of motion for particles and systems. Conservation of momentum. Scattering. Rockets. Equation of rockets. 7. Rotations and angular momentum. Moment of inertia. Torque. Cardinal laws of the dynamics of systems. 8. Gravitation. Kepler's laws. Measure of G (balance of Cavendish). Gravitational potential energy. Escape velocity. Maximum height of a projectile. Gravitational field. Kepler's problem. Binet equation. Circular, elliptic, parabolic and hyperbolic orbits. 9. Hydrodynamics. Pressure. Bulk modulus. Laws of Stevin, Pascal, Archimedes. Torricelli's experiment. Mass and volume fluxes. Bernoulli equation. Torricelli's Law. Viscosity. Poiseuille's law. Laminar, turbulent and transition regimes. Reynolds numbers. 10. Thermodynamics. Zero Principle. Temperature. Thermometers and temperature scales (Celsius, Kelvin and Faranheit). Ideal gases. Kinetic theory. Calorimeters. First Principle. Thermodynamic processes. Heat engines. Carnot cycle. Second Principle. Entropy. 11. Electrostatic. Electric charge. Coulomb's law. Gauss law. Electric field and potential. Capacity. Dielectrics. Electrical currents and Ohm's law. Electrostatic induction. Electric dipole and polarization. 12. Electromagnetism. Magnetic dipole, and magnetic field. Circuital laws and Ampere's equivalence theorem. Magnetization. Electromagnetic induction. Faraday-Neumann law. Alternating current. Displacement current and electromagnetic waves. Electro-magnetic wave equation. Refraction, dispersion and absorption. Interference. Diffraction.