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MARCO GIBERTINI
Professore Associato
Dipartimento di Scienze Fisiche, Informatiche e Matematiche sede ex-Fisica
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Insegnamento: Fisica generale I A
Fisica (Offerta formativa 2024)
Obiettivi formativi
Conoscenza e capacità di comprensione
Il corso si propone di introdurre lo studente ai concetti fondamentali della meccanica classica del punto materiale e dei sistemi estesi e della termodinamica.
Capacità di applicare conoscenza e comprensione
Lo studente dovrebbe acquisire i metodi per la soluzione di problemi meccanici e termodinamici.
Autonomia di giudizio
Al termine del corso lo studente potrà sviluppare un approccio critico nell'affrontare temi di meccanica classica e di termodinamica.
Abilità comunicative
Il corso si propone di fornire agli studenti la terminologia appropriata per confrontarsi con altri su problemi di meccanica e di termodinamica.
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.
Programma del corso
L'insegnamento si svolge nel I semestre del I anno, per un totale di 72 ore di didattica frontale (9CFU) di cui di norma circa un terzo di esercitazioni numeriche. 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.
24 ore pari a 3CFU: Meccanica del punto materiale : Sistemi di riferimento, eventi, continuo spazio-temporale. Cinematica, velocità e accelerazione, moti uniformi, moti armonici, moto circolare. Algebra e analisi vettoriale. Moto in tre dimensioni. Principi della dinamica e soluzione di problemi elementari.
24 ore pari a 3CFU: Leggi delle forze; lavoro di una forza, teorema dell' energia cinetica; forze conservative ed energia potenziale. Forze non conservative: forza di attrito radente e viscosa. Dinamica dei sistemi di particelle: quantità di moto totale e prima equazione cardinale; centro di massa e sua equazione del moto; Urti elastici ed anelastici.
24 ore pari a 3CFU : Termodinamica: Sistemi e stati termodinamici. Equilibrio termodinamico. Irreversibilità. Interazione termica. Equilibrio termico e temperatura. Trasferimenti del calore. Primo principio della Termodinamica. Equivalenza calore - lavoro. Energia interna. Funzioni di stato. Formulazione differenziale del primo principio. Trasformazioni termodinamiche. Trasformazioni adiabatiche. Processi reversibili ed irreversibili. Capacità termica. Calori specifici. Trasformazioni di fase. Calori latenti. Termodinamica del gas perfetto. Leggi del gas perfetto. Equazione di stato. Energia interna. Entalpia. Cicli termodinamici. Cicli reversibili ed irreversibili. Rendimento di un ciclo. Cicli fondamentali. Secondo principio della Termodinamica. Enunciati di Clausius e di Kelvin. Teorema di Carnot. Termometro a gas. Temperatura termodinamica assoluta. Entropia e disuguaglianza di Clausius. Calcoli di variazioni entropiche in diverse trasformazioni. Cenni sul terzo principio della Termodinamica.
Metodi didattici
Lezioni frontali - Esercitazioni numeriche - attività di sostegno svolte da studenti della laurea magistrale o dottorato
Di norma le lezioni sono svolte 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, M. Nigro, C. Voci: "Fisica: vol I: Meccanica - Termodinamica" EdiSES
C. Mencuccini, V. Silvestrini:"Fisica : Meccanica e 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 e termodinamica per l'ammissione alla prova orale finale sulle parti teoriche svolte. Eventuali prove scritte intermedie. La prova orale prevede tipicamente 2 domande di meccanica e 1 di termodinamica e ha una durata standard di 1 ora. Il voto in trentesimi è comunicato immediatamente al singolo studente al termine della sua prova 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. Potrebbero essere svolte a distanza su una delle piattaforme rese disponibili dall'Ateneo, se necessario a causa dell'evoluzione della situazione di emergenza sanitaria COVID19.
Risultati attesi
Conoscenza e capacità di comprensione:
Tramite le lezioni lo studente avrà conoscenza
- degli elementi di calcolo vettoriale
- delle leggi della cinematica del punto materiale
- delle principali forze coinvolte in problemi di meccanica
- dei tre principi della dinamica
- 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
- dei tre principi della termodinamica
- dei principali cicli termici
- delle funzioni termodinamiche di stato (energia interna, entropia)
Tramite le esercitazioni numeriche al termine del corso lo studente avrà sviluppato la capacità di analizzare problemi di meccanica e termodinamica.
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 e termodinamica illustrati nelle esercitazioni numeriche svolte in aula. In particolare sarà in grado di
- scrivere le leggi orarie del moto uniforme, del moto uniformemente accelerato , del moto armonico e di calcolare la traiettoria di un moto nel piano che sia combinazione di moti elementari.
- Scrivere l’equazione del moto di un punto materiale in base alle forze applicate e risolverla nei casi illustrati a lezione
- scrivere l’energia cinetica o potenziale o totale a seconda del tipo di forze applicate
- di risolvere problemi di urto binario in una o due dimensioni
- di risolvere esercizi relativi a cicli termici
- di calcolare le variazioni di entropia
Autonomia di giudizio:
Grazie alla varietà di esempi di sistemi fisici nell'ambito della meccanica e della termodinamica 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.