Insegnamento FISICA
| Nome del corso di laurea | Ingegneria civile e ambientale |
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| Codice insegnamento | A002070 |
| Curriculum | Comune a tutti i curricula |
| Docente responsabile | Alessandro Rossi |
| Docenti |
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| Ore |
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| CFU | 12 |
| Regolamento | Coorte 2021 |
| Erogato | Erogato nel 2021/22 |
| Erogato altro regolamento | |
| Attività | Base |
| Ambito | Fisica e chimica |
| Settore | FIS/01 |
| Anno | 1 |
| Periodo | Annuale |
| Tipo insegnamento | Obbligatorio (Required) |
| Tipo attività | Attività formativa monodisciplinare |
| Lingua insegnamento | Italiano |
| Contenuti | Grandezze fisiche, misure ed errori. Modelli approssimati e limiti. Meccanica del punto e dei sistemi di punti. Meccanica dei corpi rigidi. Elementi di statica del corpo rigido. Campi di forze. Energia e lavoro. Oscillatore armonico. Gravitazione. Principi di conservazione. Forza elettrostatica. Campo elettrostatico. Lavoro elettrico. Potenziale elettrostatico. La legge di Gauss. Conduttori. Dielettrici. Energia elettrostatica. Corrente elettrica. Campo magnetico. Forza magnetica. Sorgenti del campo magnetico. Legge di Ampere. Proprietà magnetiche della materia. Campi elettrici e magnetici variabili nel tempo. |
| Testi di riferimento | Elementi di Fisica, Mazzoldi, Nigro, Voci Elementi di Fisica II, Elettromagnetismo e Onde. Mazzoldi-Nigro-Voci. |
| Obiettivi formativi | Al termine del corso lo studente dovrà aver acquisito (Descrittore di Dublino 1) le principali conoscenze di base della meccanica del punto, dei sistemi di punti e del corpo rigido, e aver assimilato i fondamenti della gravitazione universale. Lo studente dovrà possedere conoscenze approfondite sui principi di conservazione in fisica, sui campi di forze e loro specifiche proprietà e sui modelli elementari di trattazione dei sistemi meccanici complessi. Verranno inoltre fornite agli studenti le basi per la comprensione dei principi fondamentali dell'elettromagnetismo e della loro sintesi nelle equazioni di Maxwell a partire dalla osservazione dei fenomeni elettromagnetici naturali. In questo ambito le principali conoscenze acquisite riguarderanno: - Forza elettrostatica. Campo elettrostatico - Lavoro elettrico. Potenziale elettrostatico - La legge di Gauss - Conduttori. Dielettrici. Energia elettrostatica - Corrente elettrica - Campo magnetico. Forza magnetica - Sorgenti del campo magnetico. Legge di Ampere. Proprietà magnetiche della materia - Campi elettrici e magnetici variabili nel tempo. Dall'insieme di queste conoscenze, le principali abilità acquisite (capacità di applicare le conoscenze acquisite, Descrittore di Dublino 2, e di adottare con autonomia di giudizio l’opportuno approccio, Descrittore di Dublino 3) consisteranno nella capacita' di modellizzare fenomeni fisici anche complessi, abilità nell'esecuzione di esercizi e problemi e capacità di sviluppare autonomamente semplici dimostrazioni basate sull'estensione e l'applicazione delle conoscenze acquisite. |
| Prerequisiti | Per affrontare con successo lo studio del corso di Fisica e comprendere più agevolmente gli argomenti trattati è indispensabile una conoscenza solida della matematica di base (equazioni di vario grado, disequazioni, sistemi di equazioni), della trigonometria, della geometria elementare e della geometria analitica (studio di funzioni, etc.). E' richiesta inoltre la conoscenza dei vettori e delle operazioni tra vettori. Per una comprensione più approfondita dei primi argomenti di cinematica trattati nel corso è utile la conoscenza delle tecniche elementari di integrazione e derivazione. Tali conoscenze diventano indispensabili con l'avanzamento del corso anche se la trattazione in parallelo nel Corso di Analisi Matematica dovrebbe aiutare lo studente. La conoscenza di tutte le tecniche matematiche elencate e la capacità di saperle applicare in modo efficace sono prerequisiti indispensabili per seguire il corso con profitto. |
| Metodi didattici | Il corso è organizzato in lezioni frontali. Sono previste 96 ore di lezioni frontali (72 per Fisica I e 24 per Fisica II). Ogni lezione consiste tipicamente in 30 minuti di spiegazioni e 15 minuti di esercitazione con soluzione di problemi e quesiti e applicazioni. Al termine di ogni ciclo di lezioni tematicamente coerenti sono previste esercitazioni in aula svolte dal docente e consistenti in soluzione di problemi. Le ore dedicate alle esercitazioni sono aggiuntive rispetto a quelle dedicate alle lezioni frontali. Sono inoltre effettuate quattro prove scritte in itinere per valutazione e auto-valutazione. |
| Altre informazioni | Frequenza non obbligatoria anche se fortemente consigliata. |
| Modalità di verifica dell'apprendimento | La valutazione del livello di apprendimento dello studente è effettuata in modo costante durante il corso. Vengono infatti somministrate agli studenti 4 prove scritte "in itinere" da effettuarsi al termine di 4 specifici cicli di lezioni tematicamente coerenti. La finalità è la verifica parziale del livello di apprendimento raggiunto dallo studente sui temi del ciclo specifico offrendo, al tempo stesso, allo studente uno strumento di auto-valutazione rispetto al proprio grado di preparazione. E' possibile effettuare tutte le 4 prove, indipendentemente dal risultato conseguito in ognuna, o sostenerne un numero a piacere. Ogni prova in itinere, anche se limitata come contenuti allo specifico ciclo tematico, simula nella struttura la prima prova scritta oggetto dell'esame e consiste nella soluzione di 4 problemi a risposta aperta da affrontare dedicando non più di 30 minuti alla soluzione di un singolo problema. Gli studenti che abbiano riportato una valutazione positiva (>18/30) in 3 su 4 prove in itinere possono, se lo desiderano, essere esonerati dallo svolgimento della prima prova scritta finale (P1). La verifica dell'apprendimento (esame) prevede il superamento di due prove scritte obbligatorie, la prima (P1) che prevede la soluzione di 4 problemi a risposta aperta da svolgere complessivamente in 2 ore, e la seconda (P2) consistente nello sviluppo di un elaborato scritto articolato in 3 temi su argomenti riguardanti l'intero corso e comprendenti anche semplici dimostrazioni di teoria. La durata della seconda prova scritta è complessivamente di 1,5 ore. Lo studente è ammesso alla seconda prova scritta (P2) solo previo superamento della prima (P1). La prove P1 e P2 possono essere svolte in sequenza nella stessa seduta d'esame. Lo studente che, per effetto della valutazione in-itinere sia stato esonerato dalla prova scritta finale P1, può sostenerla nuovamente o accedere direttamente alla prova scritta P2. Le prove P1 e P2 hanno lo scopo di verificare: i) la capacità di comprensione delle problematiche proposte durante il corso, ii) la capacità di applicare correttamente le conoscenze teoriche (descrittore di Dublino 2), iii) l'abilità di formulare in autonomia di giudizio osservazioni appropriate sulle possibili alternative modellistiche (descrittore di Dublino 3), iv) l'abilità di comunicare in modo efficace e pertinente in forma scritta (descrittore di Dublino 4). Il voto (in trentesimi) è una media pesata dei voti ottenuti in P1 e in P2, con pesi nel rapporto 3/2, e rappresenta il risultato conseguito dallo studente sul corso di Fisica. Per informazioni sui servizi di supporto agli studenti con disabilità e/o DSA visita la pagina http://www.unipg.it/disabilita-e-dsa |
| Programma esteso | Introduzione alla rappresentazione dei dati sperimentali. Valor medio. Indeterminazione della misura. Deviazione dalla media. Deviazione media e deviazione quadratica media. Errori e propagazione degli errori. Grandezze fisiche, definizione operativa. Sistemi di riferimento. Punto materiale: validità delle approssimazioni. Cinematica del punto: moto rettilineo, velocità ed accelerazione nel moto rettilineo. Moto nel piano, posizione, velocità ed accelerazione. Moti relativi e invarianza galileiana. Applicazioni ed esercizi. Dinamica del punto: principio d'inerzia, concetto di forza e sua definizione operativa. Leggi di Newton. Quantità di moto e impulso. Classificazione delle forze. Forza peso, reazioni vincolari, forza di attrito radente, forza elastica, tensione dei fili. Il ruolo della forza centripeta. Forze apparenti. Piano inclinato. Applicazioni. Lavoro di una forza: esempi di calcolo per la forza peso, la forza elastica, la forza d'attrito radente. Campi di forze. Forze conservative. Energia potenziale. Energia cinetica. Energia meccanica e conservazione dell'energia meccanica. Teorema del lavoro e dell'energia cinetica. Oscillatore armonico e pendolo semplice. Energia dell'oscillatore armonico. Momento di una forza rispetto ad un polo. Momento della quantità di moto. Meccanica dei sistemi di punti: forze interne e forze esterne, centro di massa. Quantità di moto e conservazione della quantità di moto: esempi ed applicazioni. Momento angolare e momento di una forza. Teorema del momento angolare. Conservazione del momento angolare. Sistema di riferimento del centro di massa. Teorema di Koenig. Urti tra punti materiali: urto elastico, urto completamente anelastico. Dinamica del corpo rigido: definizione e proprietà. Moto di un corpo rigido. Rotazioni rigide attorno ad un asse fisso. Momento d'inerzia. Teorema di Huygens-Steiner. Pendolo composto. Moto di puro rotolamento. Statica dei corpi rigidi. La gravitazione universale: leggi di Keplero, legge di Newton. Campo gravitazionale. Energia potenziale gravitazionale. Teorema di Gauss. Cariche elettriche. Struttura elettrica della materia, materiali isolanti e conduttori. La legge di Coulomb. Il Campo elettrostatico prodotto da distribuzioni discrete o continue di cariche. Linee di forza del campo elettrostatico. Moto di una carica in un campo elettrostatico. Lavoro della forza elettrica. Potenziale elettrostatico. Energia potenziale elettrostatica. Campo come gradiente del potenziale. Superfici equipotenziali. Rotore del campo elettrostatico. Dipolo elettrico: forza e momento torcente su un dipolo elettrico. Flusso del campo elettrostatico, legge di Gauss e sue applicazioni. Divergenza del campo elettrostatico. Conduttori in equilibrio. Schermo elettrostatico. Condensatori. Collegamento di condensatori. Energia del campo elettrostatico. Polarizzazione elettrica, dielettrici e costante dielettrica. Equazioni generali della elettrostatica in presenza di dielettrici. Conduzione elettrica. Corrente elettrica stazionaria. Legge di Ohm. Modello classico della conduzione. Resistori in serie e in parallelo. Forza elettromotrice. Legge di Ohm generalizzata. Carica e scarica di un condensatore. Corrente di spostamento. Leggi di Kirchhoff. Interazione magnetica e campo magnetico. Elettricità e magnetismo. Forza magnetica su una carica in moto e su un conduttore percorso da corrente. Momenti meccanici su circuiti piani. Effetto Hall. Moto di particelle cariche in un campo magnetico. Campo magnetico prodotto da circuiti percorsi da corrente. Azioni elettrodinamiche tra fili percorsi da corrente. Legge di Ampère. Proprietà magnetiche della materia. Magnetizzazione e correnti amperiane. Legge di Gauss per il campo magnetico. Equazioni della magnetostatica in presenza di mezzi magnetizzati. Induzione elettromagnetica, forza elettromotrice indotta, legge di Faraday e sue applicazioni. Autoinduzione e mutua induzione. Legge di Ampère-Maxwell. Le equazioni di Maxwell in forma differenziale. |