Obiettivi Formativi

Al termine della prima parte del corso, lo studente possiederà conoscenze di base della meccanica del punto materiale e dei corpi rigidi, del moto ondoso, della statica e dinamica dei fluidi, nonché conoscenze di calorimetria e termodinamica che gli consentiranno di risolvere problemi inerenti le finalità del corso di laurea. La seconda parte del corso fornirà allo studente le conoscenze di base sul campo elettromagnetico, i circuiti elettrici in corrente continua ed alternata e le varie applicazioni, le onde elettromagnetiche e l’ottica. Inoltre verranno fornite le conoscenze necessarie sulla struttura interna della materia, a livello atomico, nucleare e subnucleare, le relative interazioni ed i fenomeni connessi, quali il decadimento radioattivo e l’interazione fra la radiazione e la materia. Verranno poi introdotti i principali rivelatori di particelle, il loro principio di funzionamento e le loro applicazioni. In particolare, lo studio della radioattività ambientale verrà integrato dalla valutazione delle sorgenti di rischio e delle possibili vie di ritorno all’uomo della radiazione, il possibile danno biologico ed i principali metodi di dosimetria e radioprotezione.

Learning Goals

At the end of the first part of the course, the students will possess basic knowledge of the mechanics of a material point and rigid body movement, wave motion, statics and dynamics of fluids, as well as knowledge of calorimetry and thermodynamics that will enable them to solve problems concerning the aims of the degree course. The second part of the course will provide the student with the basic knowledge about electromagnetic field, DC and AC electric circuits and their applications, electromagnetic waves and optics. Furthermore particular attention will be paid to the structure of matter, at atomic, nuclear and subnuclear level, and to fundamental interactions and related phenomena, as radioactive decay and radiation – matter interactions. Principal radiation detectors will be described. In particular, environmental radioactivity will be studied, by discussing the risk source and the biological effects of radiations, and principal methods of dosimetry and radioprotection.

Metodi didattici

Lezioni frontali ed esercitazioni in aula

Teaching Methods

Lectures

Prerequisiti

Conoscenze di base di matematica

Prerequisites

Basic knowledge of mathematics

Verifiche dell'apprendimento

Colloquio orale

Assessment

Oral exam

Programma del Corso

Grandezze fisiche, campioni e unità di misura, sistemi di unità di misura, precisione e cifre significative, analisi dimensionale. Cinematica del punto materiale in una dimensione, moto rettilineo uniforme, moto uniformemente accelerato. I vettori, addizione e prodotto tra vettori, leggi vettoriali in Fisica. Moto in due e tre dimensioni, moto circolare uniforme, moti relativi. Le forze e le leggi di Newton, peso e massa. Dinamica di una particella, leggi di forza, forze di attrito, sistemi non inerziali e forze fittizie. Lavoro ed energia, energia cinetica e teorema lavoro energia, potenza. Forze conservative, energia potenziale, sistemi conservativi, conservazione dell’energia. Centro di massa, moto del centro di massa, quantità di moto, conservazione della quantità di moto. Urti in una e più dimensioni, impulso e quantità di moto. Moto rotatorio e varabili cinematiche rotazionali. Dinamica rotazionale, momento d'inerzia, momento delle forze. Momento angolare, conservazione del momento angolare. Condizioni di equilibrio per un corpo rigido, centro di gravità, cenni di teoria dell’elasticità. Statica dei fluidi, principio di Pascal, spinta di Archimede, Fluidi in movimento, equazione di Bernoulli, tensione superficiale, viscosità. Oscillatore armonico, energia del O A, pendolo semplice, moto armonico smorzato e forzato, risonanza. La legge di gravitazione universale, l'energia potenziale gravitazionale, il moto dei pianeti, le leggi di Keplero. Classificazione delle onde,velocità di fase, potenza ed intensità del moto ondulatorio, principio di sovrapposizione, interferenza,velocità del suono, potenza delle onde sonore, decibel, battimenti, effetto Doppler. Temperatura e termometri, principio zero, dilatazione termica, Gas perfetti, Gas reali e cambiamenti di fase, tensione di vapore e umidità. Calore ed Energia, energia interna, calore specifico, calorimetria, calore latente, trasmissione del calore. I principi della termodinamica, le macchine termiche, frigoriferi e pompe di calore Entropia e secondo principio. Carica elettrica e campo elettrico; potenziale elettrico; corrente elettrica; circuiti DC; magnetismo; induzione elettromagnetica e leggi di Faraday; onde elettromagnetiche; ottica geometrica; natura ondulatoria della luce; introduzione alla meccanica quantistica e primi modelli atomici; meccanica quantistica degli atomi; molecole e solidi;scoperta del nucleo atomico; cenni di relatività speciale; radioattività; produzione di energia; interazione radiazione-materia; rivelatori di particelle; cenni di fisica delle particelle elementari; concetti di dosimetria; elementi di radioprotezione.

Course Syllabus

Physical quantities, samples and measurement units, systems of units of measurement, precision, and significant digits, dimensional analysis. Kinematics of a particle in one dimension, uniform motion, uniformly accelerated motion. The vectors, addition and product of vectors, vector laws in physics. Motion in two and three dimensions, uniform circular motion, relative motion. Forces and Newton's laws, weight and mass. Dynamics of a particle, force laws, friction forces, fictitious forces and non-inertial systems. Work and energy, kinetic energy and work energy theorem, power. Conservative forces, potential energy, conservative systems, energy conservation. Center of mass, motion of the center of mass, momentum, conservation of momentum. Shocks in one and more dimensions, impulse and momentum. Rotational motion and rotational kinematics variables. Rotational dynamics, moment of inertia, moment of forces. Angular momentum, conservation of angular momentum. Equilibrium conditions for a rigid body, center of gravity, elements of the theory of elasticity. Statics of fluids, Pascal's principle, buoyancy, fluids in motion, Bernoulli equation, surface tension, viscosity. Harmonic oscillator, energy of the harmonic oscillator, simple pendulum, damped harmonic motion and forced resonance. The law of universal gravitation, gravitational potential energy, the motion of the planets, Kepler's laws. Classification of waves, phase velocity, power and intensity of wave motion, superposition, interference, speed of sound, power of sound waves, decibels, beats, Doppler effect. Temperature and thermometers, zero principle, thermal expansion, ideal gases, real gases and phase changes, vapor pressure and humidity. Heat and energy, internal energy, specific heat, calorimetry, latent heat, heat transmission. The principles of thermodynamics, thermal machines, refrigerators and heat pumps Entropy and the second law. Electric charge and electric field; electric potential; electric current; DC circuits; magnetism; electromagnetic induction and Faraday’s Law; electromagnetic waves; geometric optics; wavely nature of light; introduction to quantum mechanics and early models of the atom; quantum mechanics of atoms; molecole and solids; discovery of the atomic nucleus; special relativity; radioactivity; energy production; radiation – matter interaction; particle detectors; elementary particles; dosimetry; radioprotection.