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Mauro FERRARIO
Professore Ordinario
Dipartimento di Scienze Fisiche, Informatiche e Matematiche sede ex-Fisica
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Insegnamento: Fisica
Scienze biologiche (Offerta formativa 2022)
Obiettivi formativi
Il corso ha lo scopo di introdurre i concetti elementari della fisica classica, rilevanti per le applicazioni di interesse biologico. Gli studenti vengono introdotti al metodo sperimentale e al Sistema Internazionale di unità di misura, apprendono a formulare modelli e a utilizzare la matematica elementare per risolvere problemi ed esercizi concettuali e numerici.
Prerequisiti
Nessun requisito formale. Si suppone che lo studente abbia inizialmente familiarità con le nozioni di base di algebra, geometria e trigonometria e acquisisca nel primo semestre le nozioni di base del calcolo differenziale e integrale.
Programma del corso
Il corso ha durata annuale ed è strutturato in tre periodi distinti di lezione. Nel primo semestre per complessivi 3 CFU corrispondenti a 24 ore di lezione saranno introdotti e illustrati gli argomenti di meccanica classica e fisica dei fluidi:
- Cinematica del moto in una e piu' dimensioni. Moto relativo. Moti uniformemente accelerati, moti periodici e moto armonico [4 ore];
- Forze e leggi classiche del moto: dinamica e statica. Forze fondamentali, forze su oggetti macroscopici, attrito e forze vincolari [4 ore];
- Lavoro e energia cinetica, forze conservative e energia potenziale. Conservazione e dissipazione energia [4 ore];
- Momento delle forze e condizioni di equilibrio statico, accelerazione angolare e moto rotazionale [4 ore];
- Conservazione della quantita' di moto e del momento angolare [2 ore];
- Pressione, statica e dinamica nei fluidi ideali [ 3 ore];
- Flusso laminare e viscosità nei fluidi reali [3 ore].
All'inizio del secondo semestre complessive 16 ore [2 CFU] di esercitazione saranno dedicate alla discussione e risoluzione in dettaglio di esercizi sugli argomenti introdotti nel primo semestre.
Infine con complessive 24 ore [3 CFU] di lezione saranno illustrati i seguenti argomenti:
- Liquidi, Tensione superficiale, capillarità [2 ore];
- Elementi di Termodinamica [4 ore]
- Ottica geometrica. Riflessione, rifrazione e riflessione totale. Sistemi di specchi e lenti sottili [3 ore];
- Oscillazioni e risonanza. Propagazione di onde e onde stazionarie [2 ore];
- Interferenza e diffrazione di onde. Onde sonore, effetto Doppler [3 ore];
- Campi e potenziali elettrici. Conduttori e isolanti, dielettrici. Condensatori [2 ore];
- Correnti elettriche, circuiti elementari [2 ore];
- Campi magnetici, forza di Lorentz e induzione magnetica [2 ore];
- Equazioni di Maxwell. Onde elettromagnetiche e loro proprietà. Spettro della radiazione elettromagnetica [2 ore];
- Strumenti ottici. Dispersione e polarizzazione della luce. Diffrazione e potere risolutivo [2 ore].
Metodi didattici
Lezioni frontali alla lavagna con il possibile utilizzo di supporti multimediali. Il corso prevede lezioni teoriche sugli argomenti elencati ed esercitazioni dedicate alla soluzione di semplici problemi ed esercizi. La frequenza non è obbligatoria ma fortemente consigliata. Tutte le informazioni tecniche e organizzative e il materiale didattico saranno disponibili su piattaforma informatica di e-learning. In base all'evoluzione dell'emergenza sanitaria COVID-19 verranno valutate le modalità di erogazione in presenza. Sarà eventualmente garantita l'erogazione sincrona a distanza delle lezioni/esercitazioni.
Testi di riferimento
Un testo a scelta tra:
James S. Walker, Fondamenti di Fisica, Sesta Edizione, Pearson
Alan Giambattista, Fisica generale: Principi e applicazioni, 3/e, McGraw Hill
Verifica dell'apprendimento
L’esame si articola in una prova scritta e una successiva prova orale. La prova scritta, della durata di 2 ore, è costituita dalla risoluzione di 4 esercizi numerici su argomenti di Meccanica Classica e Fisica dei Fluidi. Il superamento della prova scritta, con una valutazione minima di 16/30, dà accesso alla prova orale, consistente di norma in tre domande su argomenti distinti della seconda parte del programma. Il voto finale è la media delle valutazioni della prova scritta e di quella orale.
In base all'evoluzione dell'emergenza sanitaria COVID-19 verranno valutate modalità di erogazione a distanza.
Risultati attesi
Al termine del corso lo studente avrà acquisito e/o sviluppato
1. Conoscenza e capacità di comprensione:
conoscenza dei concetti fondamentali di spazio, tempo, grandezze fisiche scalari e vettoriali
conoscenza del sistema di unità di misura internazionale
conoscenza dei concetti di massa e carica elettrica
conoscenza dei concetti di forza e quantità di moto, coppia e momento angolare, lavoro e energia
comprensione delle interazioni fondamentali della fisica classica.
conoscenza dei concetti di densità, pressione e flusso di un campo vettoriale.
2. Conoscenza e capacità di comprensione applicate:
capacità di riconoscere la dimensionalità delle grandezze fisiche e le relative unità di misura, operando le opportune trasformazioni
capacità di risolvere semplici problemi di meccanica classica e fisica dei fluidi
capacità di utilizzare i principi fisici per descrivere quantitativamente fenomeni riconducibili alla fisica classica.
3. Autonomia di giudizio:
capacità di valutazione necessarie per affrontare criticamente problemi modellizzabili tramite la fisica classica.
4. Abilità comunicative:
capacità di relazionare sugli argomenti trattati nel corso utilizzando un adeguato linguaggio tecnico e il formalismo matematico in modo quantitativo.
5. Capacità di apprendimento:
capacità di approfondire e apprendere, in modo autonomo, approcci di fisica classica applicati a fenomeni di interesse per i sistemi biologici.