Obiettivi Formativi

Fornire agli studenti conoscenze di base sulla dinamica del punto, dei sistemi di punti materiali e dei corpi rigidi, sulle proprietà meccaniche dei fluidi e sulla termodinamica. Fornire agli studenti conoscenze che stanno alla base dell’elettrostatica, della magnetostatica, delle proprietà dielettriche e magnetiche della materia, delle onde elettromagnetiche, ottica geometrica e ondulatoria. Acquisizione di metodologie, strumenti e abilità per contestualizzare e analizzare fenomeni fisici per rispondere a quesiti che richiedono l’uso di nozioni distribuite, associata a capacità espositiva e di sintesi. Capacità di problem solving a partire dagli argomenti sviluppati durante il corso. La metodologia didattica del corso intende promuovere l’integrazione delle conoscenze specifiche nell’ambito della fisica con le competenze e le abilità che attengono agli ambiti comunicativo, relazionale, realizzativo e manageriale. Autovalutazione del grado di conoscenza. Capacità, con autonomia di giudizio, nella formulazione di procedure e nella modellazione dei sistemi fisici studiati Capacità di sviluppare le capacità comunicative necessarie per rappresentare e discutere gli argomenti fondamentali della disciplina. Capacità di risolvere i problemi e di analizzare i limiti e la validità di approssimazioni.

Learning Goals

Provide students with basic knowledge about the dynamics of the material point, of systems of material points and of rigid bodies, mechanical properties of fluids, and thermodynamics. Provide students with knowledge that underlies the phenomena of electrostatics, magnetostatics, dielectric and magnetic properties of matter, electromagnetic wave, geometric and wave optics. Acquisition of methodologies, tools and skills aimed to contextualize and analyze phisical phenomena to answer questions that require the use of different concepts, that require the use of specific contents and of synthesis ability. Skills in problem solving, starting from the topics of the course. Ability to develop appropriate learning skills to allow them to independently investigate major issues, techniques and methods of discipline especially in the workplace in which they will operate. Self-assessment of degree of knowledge. Ability, with autonomy of judgement, in formulation of procedures as well as in modelling of the studied physical systems. Ability to develop the communication skills necessary for representing and discussing the fundamental arguments of the discipline. Ability to address problems and to analyse the limits and the validity of approximations.

Metodi didattici

Lezioni frontali ed esercitazioni in aula in cui si risolvono esercizi di varia complessità. Le lezioni frontali in aula saranno supportate da presentazioni PowerPoint che contengono anche immagini e video oltre che con l'ausilio di lavagna interattiva al fine di esplicare meglio gli argomenti trattati. Alle lezioni frontali saranno affiancate esercitazioni in aula nelle quali ogni studente individualmente eseguirà esercizi o simulazioni di prove pratiche trattate a lezione sotto la supervisione del docente al fine di sviluppare la capacità di impostare, analizzare e risolvere problemi con autonomia e senso critico.

Teaching Methods

Lectures and classroom exercises in which exercises of varying complexity are solved. The lectures in the classroom will be supported by PowerPoint presentations that also contain images and videos as well as with the aid of an interactive whiteboard in order to better explain the topics covered. The lectures will be accompanied by classroom exercises in which each student will individually perform exercises or simulations of practical tests treated in class under the supervision of the teacher in order to develop the ability to set up, analyze and solve problems independently and critically.

Prerequisiti

Elementi di trigonometria, algebra, geometria analitica e analisi matematica.

Prerequisites

Elements of trigonometry, algebra, analytical geometry and mathematical analysis.

Verifiche dell'apprendimento

L’esame consiste in una prova scritta seguita da una prova orale. Durante la prova scritta si chiede di eseguire lo svolgimento completo di tre esercizi. I problemi saranno di difficoltà confrontabile a quella degli esercizi affrontati durante il corso. Il tempo assegnato per la prova è di due ore. La valutazione della prova scritta è fatta in trentesimi. La prova scritta si ritiene superata se la valutazione complessiva non è inferiore a 16/30). Superata la prova scritta, essa ha validità per tutto l’anno accademico entro il quale dovrà essere sostenuta la prova orale. La prova orale è incentrata sugli argomenti trattati durante il corso. Essa ha il duplice scopo di verificare il livello di conoscenza e di comprensione dei contenuti del corso e di valutare l’autonomia di giudizio, la capacità di apprendimento, l’abilità comunicativa e proprietà di linguaggio scientifico e indi valutare le facoltà logico-deduttive acquisite dallo studente. Il voto finale è espresso in trentesimi e tiene conto della valutazione ottenuta durante la prova scritta e durante la prova orale. Durante le prove scritte è possibile utilizzare una calcolatrice.

Assessment

The exam consists of a written test followed by an oral test. During the written test, students are asked to perform the complete development of three exercises. The topics and the level of the exercises correspond to the program delivered. The time allotted for the written test is two hours. The evaluation of the written test is scored out of thirty. The written test is considered passed if the overall evaluation is not less than 16/30. Once the written test has been passed, it is valid for the entire academic year within which the oral exam must be taken. The oral exam focuses on the topics covered during the course. It has the dual purpose of verifying the level of knowledge and understanding of the course contents and to evaluate the autonomy of judgment, the learning ability, the communicative ability and properties of scientific language and then evaluate the logical-deductive faculties acquired by the student. The final grade is expressed out of thirty and takes into account the evaluation obtained during the written exam and during the oral exam. During the written exams, it is permitted to use a calculator.

Programma del Corso

INTRODUZIONE: Grandezze fisiche. Unità di misura ed equazioni dimensionali. Cinematica del punto materiale: Legge oraria del moto di un punto materiale. Moto rettilineo uniforme. Velocità ed accelerazione media ed istantanea. Caduta verticale di un corpo. Moto armonico. CINEMATICA E DINAMICA DEL PUNTO MATERIALE: Vettori. Moto con accelerazione costante. Moto dei proiettili, - Moto circolare, velocità angolare, accelerazione angolare, tangenziale e centripeta. Principio di inerzia. Leggi di Newton. Impulso e quantità di moto. Teorema dell'impulso. Risultante delle forze applicate ad un punto materiale. Equilibrio e reazioni vincolari. Forza peso. Forze d'attrito ed elastiche. LAVORO ED ENERGIA: Lavoro, potenza, teorema dell'energia cinetica. Forze conservative. Energia potenziale. Conservazione dell'energia meccanica. Momento angolare e momento della forza.Teorema del momento angolare. DINAMICA DEI SISTEMI E DEL CORPO RIGIDO: Sistemi di punti, forze interne ed esterne. Centro di massa, teorema del moto del centro di massa. Conservazione del momento angolare. Corpo rigido. Momento angolare rispetto al centro di massa e momento d'inerzia. Pendolo fisico. Equilibrio statico di un corpo rigido. Elasticità e frattura dei materiali. Legge di Hooke. Trazione, compressione, flessione, taglio, torsione. Elasticità dei tessuti biologici. URTI: Impulso, conservazione della quantità di moto e del momento della quantità di moto. Urto elastico e completamente anelastico. MECCANICA DEI FLUIDI: Statica dei fluidi, legge di Stevino, principio di Archimede. Equazione di continuità. Equazione di Bernoulli. Applicazioni in ambito biomedico. TERMODINAMICA: Calore e temperatura. Sistemi termodinamici. Capacità termica, calori specifici, calore latente. Trasformazioni termodinamiche. Primo principio della termodinamica. Legge dei gas perfetti. Ciclo di Carnot. Rendimento di una macchina termica. Secondo principio della termodinamica. ELETTROSTATICA: Carica elettrica. Legge di Coulomb. Campo elettrostatico. Teorema di Gauss. Lavoro della forza elettrica Potenziale elettrostatico. Dipolo elettrico. Circuitazione del campo elettrico. Campo elettrostatico e distribuzioni di carica nei conduttori. Teorema di Coulomb. Induzione elettrostatica. Condensatore elettrostatico. Sistemi di condensatori in serie e in parallelo. Energia del campo elettrostatico. Interpretazione microscopica della polarizzazione elettrica. CORRENTE ELETTRICA STAZIONARIA: Corrente elettrica. Densità di corrente ed equazione di continuità della corrente. Resistenza elettrica e legge di Ohm. Legge di Joule. Forza elettromotrice. Circuiti elettrici. FENOMENI MAGNETICI STAZIONARI: Forza di Lorentz e vettore induzione magnetica. Momento magnetico di una spira percorso da corrente. Campo magnetico prodotto da una corrente. Leggi di Biot e Savart. Campo magnetico generato da una spira e da un solenoide. Teorema della circuitazione di Ampere. Legge di Gauss per il campo magnetico. Proprietà macroscopiche dei materiali dia- para- e ferro- magnetici. CAMPI ELETTRICI E MAGNETICI VARIABILI NEL TEMPO: Induzione elettromagnetica. Legge di Faraday-Neumann. Legge di Lenz. Autoinduzione magnetica. Forza elettromotrice autoindotta. Elettromagnetismo nelle equazioni di Maxwell. ONDE ELETTROMAGNETICHE ED OTTICA: Equazioni delle onde. Spettro, energia ed intensità delle onde elettromagnetiche. Vettore di Poynting. Propagazione della luce: riflessione e rifrazione. Riflessione totale. Fibre ottiche. Dispersione.

Course Syllabus

INTRODUCTION: Physical quantities. Units of measurement and dimensional equations. Kinematics of the material point: Hourly law of the motion of a material point. Uniform rectilinear motion. Average and instantaneous speed and acceleration. Vertical fall of a body. Harmonic motion. KINEMATICS AND DYNAMICS OF THE MATERIAL POINT: Vectors. Motion with constant acceleration. Projectile motion, Circular motion, angular velocity, angular, tangential and centripetal acceleration. Principle of inertia. Newton's laws. Pulse and momentum. Impulse theorem. Resultant of the forces applied to a material point. Equilibrium and constraint reactions. Strength weight. Frictional and elastic forces. WORK AND ENERGY: Work, power, kinetic energy theorem. Conservative forces. Potential energy. Conservation of mechanical energy. Angular momentum and moment of force. Angular momentum theorem. SYSTEMS AND RIGID BODY DYNAMICS: Point systems, internal and external forces. Center of mass, theorem of motion of the center of mass. Conservation of angular momentum. Rigid body. Angular moment with respect to the center of mass and moment of inertia. Physical pendulum. Static equilibrium of a rigid body. Elasticity and fracture of materials. Hooke's law. Traction, compression, bending, shear, torsion. Elasticity of biological tissues. SHOCKS: Impulse, conservation of momentum and momentum of momentum. Elastic and completely inelastic collision. MECHANICS OF FLUIDS: Statics of fluids, Stevin's law, Archimedes' principle. Continuity equation. Bernoulli equation. Applications in the biomedical field. THERMODYNAMICS: Heat and temperature. Thermodynamic systems. Thermal capacity, specific heat, latent heat. Thermodynamic transformations. First law of thermodynamics. Ideal gas law. Carnot cycle. Efficiency of a thermal machine. Second law of thermodynamics. ELECTROSTATIC: Electric charge. Coulomb's law. Electrostatic field. Gauss theorem. Work of the electric force. Electrostatic potential. Electric dipole. Circulation of the electric field. Electrostatic field and charge distributions in conductors. Coulomb's theorem. Electrostatic induction. Electrostatic capacitor. Capacitor systems in series and in parallel. Energy of the electrostatic field. Microscopic interpretation of the electric polarization. STATIONARY ELECTRIC CURRENT: Electric current. Current density and continuity equation of current. Electric resistance and Ohm's law. Joule's law. Electromotive force. Electric circuits. STATIONARY MAGNETIC PHENOMENA: Lorentz force and magnetic induction vector. Magnetic moment of a coil through which a current flows. Magnetic field produced by a current. Laws of Biot and Savart. Magnetic field generated by a coil and a solenoid. Ampere's circulation theorem. Gauss's law for the magnetic field. Macroscopic properties of dia-para- and ferro-magnetic materials. TIME VARIABLE ELECTRIC AND MAGNETIC FIELDS: Electromagnetic induction. Faraday-Neumann law. Lenz's law. Magnetic self-induction. Self-induced electromotive force. Electromagnetism in Maxwell's equations. ELECTROMAGNETIC WAVES AND OPTICS: Wave equations. Spectrum, energy and intensity of electromagnetic waves. Poynting vector. Propagation of light: reflection and refraction. Total reflection. Optical fibers. Dispersion.