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Anna FRANCHINI

Professore Associato
Dipartimento di Scienze Fisiche, Informatiche e Matematiche sede ex-Fisica

Insegnamento: Fisica generale I B

Fisica (D.M. 270/04) (Offerta formativa 2023)

Obiettivi formativi

Conoscenza e capacità di comprensione
Il corso si propone di introdurre lo studente ai concetti fondamentali della meccanica classica del moto in campo centrale, del moto del corpo rigido, della relatività ristretta e delle proprietà dei fluidi.

Capacità di applicare conoscenza e comprensione
Lo studente dovrebbe acquisire i metodi per la soluzione di problemi relativi al moto in campo centrale, al moto dei corpi rigidi e dei fluidi e di relatività ristretta.

Autonomia di giudizio
Al termine del corso lo studente potrà sviluppare un approccio critico nell'affrontare temi di meccanica dinamica dei corpi estesi e dei mezzi continui e di relatività ristretta.

Abilità comunicative
Il corso si propone di fornire agli studenti la terminologia appropriata per confrontarsi con altri su problemi di fisica dei mezzi continui e dei corpi rigidi e di relatività ristretta.

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

Si suppone che lo studente abbia familiarità con le nozioni matematiche di base e abbia seguito un corso elementare di fisica nelle scuole secondarie e possieda le conoscenze di meccanica del punto materiale a livello universitario.

Programma del corso

L'insegnamento si svolge nel II semestre del I anno, per un totale di 72 ore di didattica frontale (9CFU).
La scansione dei contenuti in termini di ore è da intendere come puramente indicativa. Essa può infatti subire modifiche nel corso dell’insegnamento alla luce dei riscontri e della partecipazione degli studenti.

20 ore pari a 2,5 CFU: Moto in campo centrale : forze centrali, moto in campo kepleriano, leggi del moto dei pianeti, studio del moto dei due corpi.

20 ore pari a 2,5 CFU : Approfondimenti di Meccanica dei sistemi e studio dei corpi estesi:
momento delle forze; momento angolare totale e seconda equazione cardinale; condizioni di equilibrio; rotazione e momento di inerzia; teoremi di Koenig.

16 ore pari a 2CFU: Relatività ristretta:
Principio di relatività, trasformazioni di Lorentz; quadrintervalli; dinamica relativistica; equivalenza massa-energia.

16 ore pari a 2 CFU: Fluidi: Condizioni di equilibrio statico di un fluido ideale. Legge di Stevino. Principio di Pascal. Forza di galleggiamento. Statica dei fluidi in sistemi non inerziali. Fluidi ideali in movimento. Cenni di descrizione euleriana e lagrangiana. Teorema di Bernoulli e sue applicazioni. Moto laminare e Moto vorticoso. Tensione superficiale.

Metodi didattici

Lezioni frontali - Esercitazioni numeriche - attività di sostegno svolte da studenti della laurea magistrale o dottorato

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) o con una alternanza fra presenza e distanza e le esercitazioni numeriche verranno svolte in presenza a piccoli gruppi o a distanza in streaming.

Modalità per studenti lavoratori: Gli studenti lavoratori che non possono frequentare regolarmente le lezioni devono comunicarlo al docente per definire le attività di supporto specifiche.

La frequenza non è obbligatoria, ma fortemente consigliata. Il corso è erogato in lingua italiana.
Tutte le informazioni tecniche e organizzative sull'insegnamento, nonché il materiale didattico, saranno caricati su piattaforma moodle.unimore.it.

Orario di ricevimento: lunedi 15-17 o in altro giorno/orario su appuntamento via e-mail.
Ricevimento in presenza nell'edificio di Fisica , ufficio al 4 piano o ricevimento da remoto su piattaforma web.

Testi di riferimento

E' fornito materiale didattico preparato dal docente sulla piattaforma moodle.unimore.it sia per la parte di teoria che per la parte di esercitazioni numeriche.

Testi consigliati per approfondimenti ed esercitazioni supplementari:
P. Mazzoldi, R. Nigro e R. Voci "Fisica Vol.1 - Meccanica - Termodinamica", EdiSES.
C. Mencuccini, R. Silvestrini "Fisica: Meccanica - Termodinamica", Ed. CEA.
M. Villa , A. Uguzzoni "Esercizi di Fisica: Meccanica- Come risolvere i problemi", Ed. CEA

Verifica dell'apprendimento

Prova scritta con soluzione di problemi di meccanica dei corpi rigidi e moto in campo centrale per l'ammissione alla prova orale finale sulla parte di teoria sul moto in campo centrale, corpi rigidi , relatività ristretta e fluidi. Eventuali prove scritte intermedie.
La prova orale prevede tipicamente 3 domande e ha una durata standard di 1 ora. Il voto in trentesimi è comunicato immediatamente al singolo studente al termine del suo esame orale.
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 durante la prova orale.
Le prove scritte e orali saranno svolte di norma in presenza. Se necessario saranno svolte a distanza su una delle piattaforme rese disponibili dall'Ateneo, in base all'evoluzione della situazione di emergenza sanitaria COVID19.

Risultati attesi

Conoscenza e capacità di comprensione:
Tramite le lezioni lo studente avrà conoscenza
- delle proprietà del moto di un corpo sotto l’azione di una forza centrale ( con esempi specifici sul caso kepleriano e armonico)
- delle tre leggi di Keplero del moto dei pianeti
- della energia potenziale efficace e suo uso per la classificazione delle orbite
- delle leggi del moto di pura traslazione, pura rotazione e rototraslazione di un corpo rigido
- del momento di inerzia di un corpo rigido e del suo legame con il momento angolare
- delle condizioni di moto di puro rotolamento di un corpo rigido
- degli urti con corpi rigidi liberi e vincolati
- del moto di precessione (moto della trottola)
- del concetto di simultaneità in relatività ristretta
- della contrazione delle lunghezze e dilatazione dei tempi
- del concetto di quadri-intervallo e del suo uso nella classificazione della tipologia di eventi
- delle leggi di trasformazione delle coordinate spazio-temporali (trasformazioni di Lorenz) e delle leggi di composizione delle velocità
- delle leggi della fluidostatica
- del teorema di Bernoulli
- delle proprietà del fluido ideale e del fluido reale viscoso

Tramite le esercitazioni numeriche al termine del corso lo studente avrà sviluppato la capacità di analizzare problemi di moto in campo centrale e del moto del corpo rigido.

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 moto in campo centrale, meccanica dei corpi rigidi, relatività ristretta e fluidi illustrati nelle esercitazioni numeriche svolte in aula. In particolare sarà in grado di
- determinare la traiettoria del moto in un campo centrale da considerazioni energetiche, calcolare il periodo e i parametri delle traiettorie ellittiche.
- Calcolare momenti di inerzia e centri di massa di corpi estesi compositi
- Studiare il moto rotazione di un corpo esteso rigido libero o vincolato in base alle forze applicate
- Studiare il moto di puro rotolamento in base alle forze e momenti applicati
- di risolvere problemi di urto binario fra un corpo puntiforme e un corpo rigido sia nel caso libero che vincolato
- di risolvere esercizi semplici relativi alla dilatazione dei tempi e contrazione delle lunghezze
- di risolvere esercizi che richiedano l’applicazione delle leggi della fluidostatica e del teorema di Bernoulli
Autonomia di giudizio:
- Grazie alla varietà di esempi di sistemi fisici nell'ambito del moto in campo centrale, meccanica dei corpi rigidi, della relatività ristretta e dei fluidi, 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.