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Anna FRANCHINI
Professore Associato
Dipartimento di Scienze Fisiche, Informatiche e Matematiche sede ex-Fisica
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Insegnamento: Fisica
Scienze strategiche (Offerta formativa 2023)
Obiettivi formativi
Conoscenza e capacità di comprensione
Il corso si propone di introdurre lo studente ai concetti fondamentali della meccanica dei corpi rigidi e dei sistemi di particelle e dell'elettromagnetismo classico.
Capacità di applicare conoscenza e comprensione
Lo studente dovrebbe acquisire i metodi per la soluzione di problemi di meccanica dei corpi rigidi e dei sistemi di particelle e di elettrostatica e magnetismo.
Autonomia di giudizio
Al termine del corso lo studente potrà sviluppare un approccio critico nell'affrontare temi di meccanica classica e di elettromagnetismo.
Abilità comunicative
Il corso si propone di fornire agli studenti la terminologia appropriata per confrontarsi con altri su problemi di meccanica e di elettromagnetismo.
Capacità di apprendimento
Il corso fornisce le basi per lo sviluppo della formazione professionale dello studente.
Per un ulteriore approfondimento degli obiettivi formativi, si rimanda alla lettura dei "Risultati di apprendimento attesi".
Prerequisiti
Conoscenze elementari di meccanica del punto materiale e elementi di calcolo analitico.
Programma del corso
Primo modulo: Pendolo semplice. Lavoro di una forza. Potenza. Il teorema delle forze vive. L'energia cinetica. Forze posizionali conservative e energia potenziale. Lavoro delle forze conservative. Teorema di conservazione della energia totale meccanica. Il lavoro delle forze dissipative. Le forze centrali. Moti centrali e costanza della velocità areale. Forza gravitazionale e suo campo. Linee di forza e di campo e superfici equipotenziali. Moti relativi tra riferimenti inerziali e non. Moti relativi (velocità e accelerazione). (15 ore) I sistemi di punti materiali. Il centro di massa. La quantità di moto totale del sistema. Prima Equazione Cardinale . Conservazione della quantità di moto. Seconda Equazione cardinale. Conservazione del momento angolare. Teoremi di Konig (enunciati). I fenomeni di urto. Urto completamente anelastico. Esempio del pendolo balistico. Urti perfettamente elastici unidimensionali. (6 ore)
Dinamica dei corpi rigidi. Centro di massa di un corpo rigido. Assi di rotazione principali e centrali. Momento di inerzia. Rotazione di corpi rigidi attorno ad assi fissi, o con punto fisso o libero in traslazione parallela a se stesso. Il giroscopio. Energia cinetica di rotazione dei corpi rigidi. Lavoro nelle rotazioni. Moti di puro rotolamento di un disco su un piano con attrito. Principi di statica dei corpi rigidi. Reazioni vincolari nei casi di vincoli lisci o scabri. (12 ore) Cenni di meccanica dei fluidi. I fluidi ideali. Idrostatica. Legge di Stevino. Principio di Pascal; torchio idraulico. Principio di Archimede; spinta idrostatica. Dinamica dei fluidi. Moto stazionario, tubo di flusso. Teorema di Bernoulli. Effetto Magnus. Portanza. (6 ore) Esercizi di riepilogo per la prova intermedia (6 ore)
Secondo modulo: Campo elettrico. Carica elettrica e sue proprietà. Isolanti e conduttori. Induzione elettrostatica. Legge di Coulomb. Il campo elettrico. Le linee del campo elettrico. Calcolo del campo elettrico per distribuzioni discrete e continue di carica. Dipolo elettrico. Legge di Gauss. Il flusso del campo elettrico. Applicazioni della legge di Gauss a distribuzioni continue di carica elettrica. Campo elettrico sulla superficie di un conduttore carico. Potenziale elettrico. Energia potenziale e potenziale elettrostatico. Potenziale del dipolo elettrico. Coordinate polari. Superfici equipotenziali. Moto di una particella carica in un campo elettrico. Capacità e dielettrici. Energia elettrostatica di un sistema di cariche. Il condensatore e sua capacità. Condensatori in serie e in parallelo. Condensatore con dielettrico. Polarizzazione nei dielettrici. Dipolo elettrico posto in un campo elettrico esterno. (13 ore) Corrente elettrica e resistenza. Intensità e densità della corrente elettrica. Velocità di deriva. Conduttori ohmici e legge di Ohm. Resistenza elettrica. Semiconduttori e superconduttori. Legge di Ohm microscopica. Modello di Drude. Effetto Joule. Potenza ed energia elettrica. Generatori di f.e.m. Resistori in serie e in parallelo. (13 ore) Magnetismo. Campo di induzione magnetica B e sue proprietà. La legge di Laplace. Forza di Lorentz. Forze magnetiche tra conduttori percorsi da corrente continua. Momento magnetico della spira piana. Dipoli magnetici: postulato di equivalenza di Ampere. Moto di cariche elettriche in un campo B uniforme e non. Esperimenti di Oersted e di Ampere. Legge di Biot-Savard. legge di Laplace e sua applicazione. Legge di Ampere. Campo B in solenoidi rettilinei e toroidali. Legge di Ampere-Maxwell con l'esempio del circuito RC. Campi H, B, M. Ciclo di isteresi. Induzione elettromagnetica e circuito LC. Forza elettromotrice indotta. Legge di Faraday-Neumann. Equazioni di Maxwell. (13 ore). Esercizi di riepilogo per l’esame (6 ore)
Metodi didattici
Lezioni frontali - Esercitazioni numeriche -
Le lezioni saranno di norma in presenza in aula, così come le esercitazioni numeriche. In caso di perdurante situazione di emergenza sanitaria COVID19 saranno svolte a distanza in modo asincrono (registrate) o sincrono (streaming).
Il corso è erogato in lingua italiana.
Testi di riferimento
FISICA – volume unico - Giancoli – Ult. Edz. CEA
Ulteriori materiali didattici saranno disponibili sulla piattaforma moodle.unimore.it
Verifica dell'apprendimento
La verifica dell'apprendimento avviene tramite una prova scritta relativa a tutto il programma del corso, che può essere suddivisa in due prove parziali, relative al primo e al secondo modulo. La durata media della prova scritta è di due o tre periodi. In caso di prove parziali, il voto finale è la media dei voti delle due prove. Il voto è espresso in trentesimi. Conoscenza basilare degli argomenti e capacità parziale di applicare la conoscenza necessaria per ottenere il voto minimo (18/30). Conoscenza piena di tutti gli argomenti e capacità ottima di applicare la conoscenza per ottenere il voto massimo (30/30 e lode). La graduazione dei voti intermedi è fatta in base al raggiungimento dei risultati di apprendimento attesi, compresi quelli trasversali, dimostrata nelle prove scritte tramite le giustificazioni delle soluzioni dei problemi proposti.
Risultati attesi
Conoscenza e capacità di comprensione: Tramite le lezioni lo studente avrà conoscenza
- del lavoro di una forza e delle forme di energia (cinetica e potenziale)
- dei principi di conservazione della energia, della quantità di moto e del momento angolare
- delle equazioni cardinali alla base dello studio dei sistemi di particelle
- delle leggi riguardanti gli urti binari elastici ed anelastici
- del momento di inerzia dei corpi rigidi
- dei moti di rotazione attorno ad una asse fisso
- del campo elettrico e del potenziale elettrico
- della resistenza elettrica e della capacità di un condensatore
- del campo di induzione magnetica e della magnetizzazione
- del momento magnetico di una spira percorsa da corrente
- delle proprietà dei principali tipi di circuiti elettrici
Tramite le esercitazioni numeriche al termine del corso lo studente avrà sviluppato la capacità di analizzare problemi di meccanica dei corpi rigidi, dei sistemi di punti materiali e di elettrostatica e di magnetismo.
Capacità di applicare conoscenza e comprensione:
Attraverso le prove scritte intermedie e/o finali lo studente avrà sviluppato la capacità di applicare i metodi di analisi dei problemi di meccanica dei corpi rigidi, dei sistemi di particelle e di elettromagnetismo illustrati nelle esercitazioni numeriche svolte in aula.
Autonomia di giudizio:
Grazie alla varietà di esempi di sistemi fisici nell'ambito della meccanica dei corpi rigidi, dei sistemi di particelle e di elettromagnetismo illustrati , al termine dell'insegnamento lo studente avrà migliorato le proprie capacità di la capacità di scegliere autonomamente le metodiche di analisi dei problemi appropriate per le classi di sistemi affrontati nel corso e di valutare criticamente i risultati ottenuti.
Abilità comunicative:
Il colloquio finale permette di esprimere i concetti appresi con linguaggio fisico appropriato e sostenere una discussione in merito agli argomenti trattati.
Capacità di apprendimento:
Le attività descritte, in particolare le esercitazioni, consentono di acquisire gli strumenti metodologici indispensabili per potere autonomamente provvedere ad un adeguato aggiornamento ed approfondimento, che permetta allo studente di affrontare anche problemi nuovi e di approfondire in modo autonomo alcuni aspetti collaterali degli argomenti proposti nel corso