Obiettivi Formativi

Conoscenze di base di fisica classica e di elementi di fisica moderna. Capacità di utilizzare modelli e di leggi fisiche per descrivere fenomeni e risolvere problemi. Si vogliono proporre all’attenzione degli studenti aspetti della fisica che sono rilevanti per le scienze e tecnologie informatiche, accanto ad esempi in cui l’informatica è di supporto allo studio della fisica.

Learning Goals

Knowledge of the fundamental principles of physics, together with elements of modern physics. Ability to use models and physical laws to describe phenomena and solve problems. The attention of the students will be drawn on some aspects of physics that are relevant for information sciences and technologies. Moreover, examples where computer science is supportive of the study of physics will be proposed.

Metodi didattici

Lezioni frontali con esercitazioni

Teaching Methods

Lectures and tutorials

Prerequisiti

Conoscenze di Matematica quali: metodi di risoluzione di equazioni di I e II grado; nozioni di trigonometria; elementi di calcolo differenziale ed integrale.

Prerequisites

Ability to solve linear equations and quadratic equations; knowledge of basic concepts in geometry, trigonometry, differential calculus and integral calculus.

Verifiche dell'apprendimento

Esame orale. La valutazione si basa su un colloquio sugli argomenti del corso. Può essere richiesto di presentare un argomento, di dimostrare teoremi o risultati importanti inclusi nel programma, di risolvere esercizi e rispondere a quiz.

Assessment

Oral test.The assessment is based on an interview on the course topics. It may be required to present a topic, to demonstrate theorems or important results included in the program, to solve exercises and answer tests.

Programma del Corso

------------------------------------------------------------ Modulo: A000859 - PHYSICS - MOD. A ------------------------------------------------------------ -GRANDEZZE FISICHE: Campioni di lunghezza, massa e tempo. Analisi dimensionale. Stime e calcoli di ordine di grandezza. -MOTO IN UNA DIMENSIONE: Cinematica del punto materiale. Posizione, spostamento, velocità. Moto uniforme. Accelerazione. Moto uniformemente accelerato. Caduta dei gravi. Moto oscillatorio unidimensionale. -MOTO IN DUE DIMENSIONI: Cinematica del punto materiale nel piano. Descrizione del moto tramite vettori. Moto dei proiettili. Moto circolare. Accelerazione tangenziale, accelerazione centripeta. Moto circolare uniforme. Moti relativi. Legge di composizione delle velocità. Sistemi inerziali. -FORZE E LEGGI DI NEWTON: Leggi di Newton per la dinamica del punto materiale. Esempi di applicazione. Moto di un corpo lungo un piano inclinato. Macchina di Atwood. Forze di attrito. Moto di un corpo su un piano inclinato con attrito: determinazione sperimentale del coefficiente di attrito statico e del coefficiente di attrito dinamico. La seconda legge di Newton applicate al moto circolare. Moto in sistemi di riferimento accelerati: forze apparenti. Moto in presenza di attrito proporzionale alla velocità. -LAVORO ED ENERGIA: Lavoro di una forza costante. Lavoro di una forza variabile. Teorema dell’energia cinetica. Definizione e proprietà delle forze conservative. Energia potenziale. Conservazione dell’energia meccanica totale. Studio dell’oscillatore armonico: forze ed equazione del moto; energia. Moto del pendolo semplice. Lavoro delle forze non conservative e variazione di energia meccanica totale. Potenza. -MOMENTO LINEARE E COLLISIONI: Quantità di moto di un punto materiale. La seconda legge di Newton espressa tramite la quantità di moto. Conservazione della quantità di moto. Impulso di una forza e teorema dell’impulso. Urti in una dimensione. Urti elastici, anelastici e completamente anelastici. -MOTO ROTAZIONALE DI CORPI RIGIDI E MOMENTO ANGOLARE: Sistemi di punti materiali. Centro di massa. Moto del centro di massa. La seconda legge di Newton per un sistema di punti materiali. Rotazione di corpi rigidi. Momento angolare. Momento di una forza. Corpo rigido sotto l'azione di un momento risultante. Momento d'inerzia. Energia cinetica di rotazione. -GRAVITAZIONE UNIVERSALE: Legge di gravitazione universale di Newton. Campo gravitazionale. Energia potenziale gravitazionale. -TERMODINAMICA: Temperatura. Scale di temperatura. Dilatazione termica di solidi e liquidi. Calore specifico e calore latente. Conduzione termica. Convezione. Irraggiamento. ------------------------------------------------------------ Modulo: A000860 - PHYSICS - MOD. B ------------------------------------------------------------ - FORZE ELETTRICHE: Forze elettriche. Legge di Coulomb. Campo elettrico. Campo elettrico generato da una distribuzione di cariche. Linee di campo. Potenziale elettrico e differenza di potenziale. Potenziale ed energia potenziale dovuti a cariche puntiformi. Potenziale dovuto a distribuzioni continue di carica. Calcolo del campo elettrico a partire dal potenziale. - FLUSSO DEL CAMPO ELETTRICO: Teorema di Gauss ed esempi di applicazione a varie distribuzioni di carica. Conduttori in equilibrio elettrostatico. Capacità. Energia immagazzinata in un condensatore. Condensatori con dielettrici. - CORRENTE ELETTRICA: Resistenza. Conducibilità. Potenza elettrica. Circuiti in corrente continua. Le leggi di Kirchhoff per I circuiti. Circuiti RC. - FORZE E CAMPI MAGNETICI: Il campo magnetico della Terra. Legge di Gauss per il campo magnetico. Moto di una particella carica in un campo magnetico uniforme. Forza magnetica su un conduttore percorso da corrente. Momento meccanico su una spira percorsa da corrente in un campo magnetico uniforme. Effetto Hall. La legge di Biot-Savart. Legge di Ampère. Campo magnetico di un solenoide. - INDUZIONE ELETTROMAGNETICA: Legge di Faraday dell’induzione elettromagnetica. Legge di Lenz. Generatori. Autoinduzione e induttanza. Circuiti RL. Oscillazioni nei circuiti LC. Circuito RLC. - CIRCUITI IN CORRENTE ALTERNATA: Risonanza in un circuito RLC serie. Potenza nei circuiti in corrente alternata. Corrente di spostamento e legge di Ampère generalizzata. - ONDE ELETTROMAGNETICHE: Equazioni di Maxwell. Onde elettromagnetiche piane. Lo spettro della radiazione elettromagnetica. Polarizzazione. Riflessione e rifrazione. - OTTICA: La natura della luce e le leggi dell’ottica geometrica. Formazione delle immagini. Ottica ondulatoria. - ELEMENTI DI FISICA MODERNA: Radiazione di corpo nero. Spettri atomici dei gas. Comportamento corpuscolare della luce: l’effetto fotoelettrico. Comportamento ondulatorio delle particelle.

Course Syllabus

------------------------------------------------------------ Modulo: A000859 - PHYSICS - MOD. A ------------------------------------------------------------ -PHYSICAL QUANTITIES: Standards of length, mass and time. Dimensional analysis. Estimates and order-of-magnitude calculations. -MOTION IN ONE DIMENSION: Position and displacement. Velocity. Analysis model: particle with constant velocity. Acceleration. Motion with constant acceleration. Freely falling objects. Oscillatory motion. -MOTION IN TWO DIMENSIONS: position, velocity and acceleration. Vector description of motion in two dimensions. Projectile motion. Particle in uniform circular motion. Non-uniform circular motion: tangential and radial acceleration. Relative velocity and relative acceleration. Inertial frames. -FORCES AND NEWTON’S LAWS: some applications of Newton’s law. Motion of a body sliding over an inclined plane. The Atwood machine. Friction between solid surfaces. Experimental determination of the friction coefficient. Newton’s second law applied to the circular motion. Motion in accelerating reference frames: fictitious forces. Motion in a fluid medium: resistive force proportional to object velocity. -WORK AND ENERGY: Work done by a constant force. Work done by a varying force. The work-kinetic energy theorem. Conservative forces. Potential energy. Conservation of energy. A mass-spring system: forces and equation of motion. Energy of the simple harmonic oscillator. The simple pendulum. Work of non-conservative forces and change in mechanical energy of a system. Power. -LINEAR MOMENTUM AND COLLISIONS: Linear momentum. Newton’s second law in terms of linear momentum. The principle of conservation of linear momentum. The impulse of a force. The impulse-momentum theorem. Collisions in one-dimension. Elastic collisions. Inelastic collisions. Perfectly inelastic collisions. -ROTATIONAL MOTION OF RIGID BODIES AND ANGULAR MOMENTUM: Multiparticle systems. The center of mass. Translational motion of the center of mass. Newton’s second law for particle systems. Rotational motion of rigid bodies. Angular momentum. Torque. Newton’s second law for rotation, and moments of inertia. Rotational kinetic energy. -UNIVERSAL GRAVITATION: Newton’s law of universal gravitation. The gravitational field. Gravitational potential energy. -THERMODYNAMICS: Heat and temperature. Thermal expansion of liquids and solids. Temperature scales. Specific and latent heats. Thermal conduction. Convection. Radiation. ------------------------------------------------------------ Modulo: A000860 - PHYSICS - MOD. B ------------------------------------------------------------ - ELECTRIC FORCES: Coulomb’s law. The electric field. Electric field of a charge distribution. Electric field lines. Electric potential and potential difference. Electric potential due to point charges. Electric potential due to continuous charge distributions. Calculating the electric field from the electric potential. - ELECTRIC FLUX: Gauss’s law. Application of Gauss’s law to various charge distributions. Conductors in electrostatic equilibrium. Capacitance. Energy stored in a capacitor. Capacitors with dielectrics. - ELECTRIC CURRENT: Resistance. Conductivity. Electric power. DC current circuits. Kirchhoff’s rules. RC circuits. - MAGNETIC FIELS AND FORCES: The magnetic field of Earth. Gauss’s law in magnetism. Motion of a charged particle in a uniform magnetic field. Magnetic force acting on a current-currying conductor. Torque on a current loop in a uniform magnetic field. The Hall effect. The Biot-Savart law. Ampère’s law. The magnetic field of a solenoid. - ELECTROMAGNETIC INDUCTION: Faraday’s law of induction. Lenz’s law. Generators. Self-induction and inductance. RL circuits. Oscillations in LC circuits. The RLC circuit. - ALTERNATING CURRENT CIRCUITS: Resonance in a series RLC circuit. Power in an AC circuit. Displacement current and the general form of Ampère’s law. - ELECTROMAGNETIC WAVES: Maxwell’s equations. Plane electromagnetic waves. The spectrum of electromagnetic waves. Polarization. Reflection and refraction. - OPTICS: The nature of light and the principles of ray optics. Image formation. Wave optics. - ELEMENTS OF MODERN PHYSICS: Elements of modern physics. Blackbody radiation. Atomic spectra of gases. Particle-like behaviour of light: the photoelectric effect. Wave-like behaviour of particles.