FISICA I A - E
Anno accademico 2026/2027 - Docente: FIORENZO VINCENZORisultati di apprendimento attesi
Il corso ha la finalità di fornire conoscenze qualitative e quantitative di base sugli argomenti della Meccanica Classica e della Termodinamica inclusi nella sezione "Contenuti del corso", nonché la capacità di sapere applicare il Metodo Scientifico alla risoluzione di problemi reali e concreti. In particolare, e con riferimento ai cosiddetti Descrittori di Dublino, il corso si propone di fornire le seguenti conoscenze e capacità.
Conoscenza e capacità di comprensione
Conoscenza dei principali aspetti fenomenologici relativi alla meccanica classica ed alla termodinamica e comprensione delle loro implicazioni fisiche e della loro descrizione matematica, al fine di maturare una capacità di riflettere su questioni di scienza che presenti dei tratti di originalità.
Capacità di applicare conoscenza e comprensione
Capacità di riconoscere le principali leggi fisiche che reggono un fenomeno in meccanica e in termodinamica, e di applicarle per risolvere problemi ed esercizi in ambiti diversi e a diversi livelli di complessità, e quindi di approssimazione, con l'uso di strumenti matematici appropriati.
Autonomia di giudizio
Capacità di stimare e calcolare l'ordine di grandezza delle variabili che descrivono un fenomeno fisico (in meccanica e in termodinamica). Capacità di discernere il livello di importanza di una legge fisica (assioma, principio di conservazione, legge universale, teorema, legge in forma globale/integrale o locale/differenziale e sua generalità, proprietà dei materiali, ecc.). Capacità di saper valutare il Modello Fisico ed il corrispondente Modello Matematico che meglio si applicano alla descrizione di un processo fisico e quindi alla soluzione di problemi quantitativi.
Abilità comunicative
Capacità di esporre concetti scientifici propri della Fisica ma anche, e più in generale, informazioni, idee, problemi e soluzioni con proprietà e non ambiguità di linguaggio, a diversi livelli e a diversi interlocutori, sia specialisti sia non specialisti.
Capacità di apprendimento
Capacità di apprendimento dei concetti scientifici propri della Fisica, necessari per intraprendere studi successivi con un alto grado di autonomia.
Modalità di svolgimento dell'insegnamento
L'attività didattica consiste di lezioni frontali ed esercitazioni, per un totale di 9 CFU, di cui 7 di lezioni frontali (49 ore) e 2 di esercitazioni (30 ore), affiancate da attività di tutoraggio (*). Le esercitazioni prevedono la risoluzione, sia guidata sia autonoma, di compiti ed esercizi. Durante ogni lezione le interazioni sono incoraggiate, lasciando spazio a domande, curiosità e commenti.
Qualora l'insegnamento venisse impartito in modalità mista o a distanza potranno essere introdotte le necessarie variazioni rispetto a quanto sopra dichiarato, al fine di rispettare il programma previsto e riportato nel presente syllabus.
(*) Se durante l'anno accademico sono disponibili tutor specialistici per il corso.
Prerequisiti richiesti
Sebbene non sia imposta ufficialmente nessuna propedeuticità, è estremamente utile una padronanza degli argomenti di matematica elementare (algebra, geometria, trigonometria, geometria analitica) e una conoscenza di quelli di analisi matematica (calcolo differenziale e integrale).
Per l'esposizione dei concetti fisici inclusi nel programma del corso si fa uso dei seguenti strumenti matematici: equazioni e sistemi di equazioni di 1° e di 2° grado, funzioni trigonometriche e loro proprietà, funzioni esponenziali e loro proprietà, funzioni logaritmiche e loro proprietà, equazioni di luoghi di punti nel piano e nello spazio, derivate e integrali di funzioni di una variabile, equazioni differenziali lineari a coefficienti costanti.
Per l'apprendimento, e/o il consolidamento, in autonomia delle conoscenze preliminari richieste possono risultare utili i corsi di matematica e di analisi matematica di base disponibili su piattaforme di e-learning quali ad esempio Federica Web Learning e Coursera for Campus, a cui gli studenti / le studentesse dell'Ateneo hanno accesso.
Frequenza lezioni
Seppur non obbligatoria, la frequenza delle lezioni è fortemente consigliata. È esperienza ormai acquisita che alcuni concetti spiegati in aula durante le lezioni, e analizzati in dettaglio nelle sessioni di domande e risposte con gli studenti / le studentesse, possono risultare di non immediata comprensione nel contesto di uno studio individuale condotto in autonomia. Inoltre, in base alle rilevazioni statistiche fatte negli anni passati, il tempo necessario per il superamento dell'esame finale e la votazione conseguita sono sensibilmente correlati con l'aver seguito o meno tutte le lezioni.
Contenuti del corso
CONCETTI INTRODUTTIVI
Grandezze fisiche e unità di misura. Il metodo scientifico. Il Sistema Internazionale (SI). Notazione scientifica. Questioni dimensionali. Grandezze fondamentali e grandezze derivate. Errori di misura e approssimazioni. Cifre significative. Approssimazioni di funzioni.
Scalari e vettori. Grandezze scalari e vettoriali. Invarianza e simmetria. Algebra dei vettori. Analisi vettoriale: derivate e integrali di vettori.
MECCANICA
Cinematica. Velocità, accelerazione e legge oraria del moto. Moto rettilineo uniforme e uniformemente accelerato. Moto verticale. Moto armonico semplice. Moto rettilineo smorzato esponenzialmente. Moto nel piano: velocità e accelerazione. Moto circolare. Moto parabolico. Moti nello spazio.
Dinamica del punto materiale. Principio d'inerzia e concetto di forza. Seconda e terza legge di Newton. Impulso e quantità di moto. Risultante delle forze: reazioni vincolari ed equilibrio. Esempi di forze: forza peso, forza di attrito radente, forza di attrito viscoso, forza centripeta, forza elastica. Piano inclinato. Pendolo semplice. Tensione dei fili. Sistemi di riferimento. Velocità e accelerazione relative. Sistemi di riferimento inerziali. Relatività di Galilei.
Lavoro, energia, momento angolare. Lavoro, potenza ed energia cinetica. Teorema dell'energia cinetica. Esempi di lavori compiuti da forze. Forze conservative ed energia potenziale. Forze non conservative. Principio di conservazione dell'energia meccanica. Relazione tra forza ed energia potenziale. Momento angolare. Momento di una forza. Forze centrali.
Gravitazione. Leggi di Keplero. La legge di Gravitazione Universale. Massa inerziale e massa gravitazionale. Campo gravitazionale ed energia potenziale gravitazionale.
Oscillazioni e onde. Proprietà dell'equazione differenziale dell'oscillatore armonico. Oscillatore armonico semplice: equazione del moto e sua soluzione. Moto di una massa collegata a una molla. Energia dell'oscillatore armonico semplice. Oscillatore armonico smorzato e forzato. Risonanza.
Dinamica dei sistemi di punti materiali. Sistemi di punti. Forze interne e forze esterne. Centro di massa e sue proprietà. Principio di conservazione della quantità di moto. Principio di conservazione del momento angolare. Teoremi di König. Teorema dell'energia cinetica. Urti.
Dinamica del corpo rigido. Definizione di corpo rigido e sue proprietà. Moto di un corpo rigido. Corpi continui, densità e posizione del centro di massa. Rotazioni rigide attorno a un asse in un sistema di riferimento inerziale. Energia e lavoro rotazionali. Momento d'inerzia. Teorema di Huygens-Steiner. Pendolo composto. Moto di puro rotolamento. Conservazione dell'energia nel moto di un corpo rigido. Attrito volvente.
TERMODINAMICA
Primo Principio della Termodinamica. Sistemi e stati termodinamici. Equilibrio termodinamico e Principio dell'Equilibrio Termico. Temperatura e termometri. Equivalenza di lavoro e calore: esperimenti di Joule. Primo Principio della Termodinamica. Energia interna. Trasformazioni termodinamiche. Lavoro e calore. Calorimetria. Cambiamenti di fase. Trasmissione del calore.
Gas ideali. Leggi del gas ideale. Equazione di stato del gas ideale. Trasformazioni di un gas. Lavoro. Calore specifico ed energia interna del gas ideale. Studio analitico di alcune trasformazioni. Trasformazioni cicliche. Ciclo di Carnot. Teoria cinetica dei gas. Equipartizione dell'energia.
Secondo Principio della Termodinamica. Enunciati del Secondo Principio della Termodinamica. Reversibilità e irreversibilità. Teorema di Carnot. Temperatura termodinamica assoluta. Teorema di Clausius. La funzione di stato entropia. Il principio di aumento dell'entropia dell'universo. Calcoli di variazioni di entropia. Entropia del gas ideale. Energia inutilizzabile.
Testi di riferimento
(1) Materiale didattico ed esercizi settimanali con soluzioni dettagliate, resi disponibili dal docente sulla piattaforma online d'Ateneo, https://elearning.unict.it/, nello spazio dedicato all'insegnamento.
(2) Mazzoldi P., Nigro M., Voci C., "Fisica I Vol. I - Meccanica e Termodinamica", EdiSES, III Edizione, 2023.
Scheda dell'editore: www.edises.it/universitario/mazzoldi-nigro-voci-fisica-vol-i-meccanica-e-termodinamica-iii-ed-3690.html| Autore | Titolo | Editore | Anno | ISBN |
|---|---|---|---|---|
| Mazzoldi P., Nigro M., Voci C. | Fisica I Vol. I - Meccanica e Termodinamica | EdiSES | 2023 | 9788836230679 |
Programmazione del corso
| Argomenti | Riferimenti testi | |
|---|---|---|
| 1 | Grandezze fisiche, Unità di misura, Scalari, Vettori (8 ore, di cui 3 di esercitazioni) | Materiale didattico fornito dal docente. Per approfondimenti: testo di riferimento (Appendice B, Appendice C) |
| 2 | Cinematica (12 ore, di cui 5 di esercitazioni) | Materiale didattico fornito dal docente. Per approfondimenti: testo di riferimento (Capitoli 1 e 3) |
| 3 | Dinamica del punto materiale (10 ore, di cui 4 di esercitazioni) | Materiale didattico fornito dal docente. Per approfondimenti: testo di riferimento (Capitolo 2) |
| 4 | Lavoro ed energia (8 ore, di cui 3 di esercitazioni) | Materiale didattico fornito dal docente. Per approfondimenti: testo di riferimento (Capitolo 2) |
| 5 | Gravitazione (1,5 ore, di cui 0,5 di esercitazioni) | Materiale didattico fornito dal docente. Per approfondimenti: testo di riferimento (Capitolo 6) |
| 6 | Oscillazioni e onde (1,5 ore, di cui 0,5 di esercitazioni) | Materiale didattico fornito dal docente. Per approfondimenti: testo di riferimento (Capitolo 4) |
| 7 | Dinamica dei sistemi di punti materiali (8 ore, di cui 3 di esercitazioni) | Materiale didattico fornito dal docente. Per approfondimenti: testo di riferimento (Capitolo 5) |
| 8 | Dinamica del corpo rigido (8 ore, di cui 3 di esercitazioni) | Materiale didattico fornito dal docente. Per approfondimenti: testo di riferimento (Capitolo 7) |
| 9 | Primo principio della termodinamica (8 ore, di cui 3 di esercitazioni) | Materiale didattico fornito dal docente. Per approfondimenti: testo di riferimento (Capitolo 13) |
| 10 | Gas ideali (6 ore, di cui 2 di esercitazioni) | Materiale didattico fornito dal docente. Per approfondimenti: testo di riferimento (Capitolo 14) |
| 11 | Secondo principio della termodinamica (8 ore, di cui 3 di esercitazioni) | Materiale didattico fornito dal docente. Per approfondimenti: testo di riferimento (Capitolo 15) |
Verifica dell'apprendimento
Modalità di verifica dell'apprendimento
La valutazione si compone di una verifica scritta seguita da una prova orale. Sono previste due possibili modalità di valutazione, descritte di seguito.
1. Prove scritte in itinere + prova orale
Modalità disponibile solo per studenti / studentesse in corso.
Prove scritte in itinere
Sono previste due prove scritte in itinere, non obbligatorie, della durata di 1 ora ciascuna: la prima calendarizzata durante la pausa didattica del secondo semestre, la seconda dopo la fine del corso. Possono sostenerle solo gli studenti / le studentesse in corso.
La prima prova consiste nella risoluzione di 2 problemi di Meccanica, relativi agli argomenti del programma svolti prima della pausa didattica del secondo semestre. La seconda consiste nella risoluzione di 1 problema di Meccanica, relativo agli argomenti svolti dopo la pausa didattica, e di 1 problema di Termodinamica.
Alla risoluzione di ogni problema è assegnato un punteggio compreso tra 0/30 e 7,5/30 in relazione (1) alla completezza della descrizione del modello fisico e di quello matematico utilizzati per la risoluzione, (2) alla correttezza della trattazione matematica e (3) alla correttezza del risultato, sia dal punto di vista numerico sia da quello dimensionale.
Se il punteggio globale conseguito nelle due prove in itinere è pari o superiore a 18/30, è possibile sostenere direttamente la prova orale in uno degli appelli della Seconda o della Terza sessione di esami per studenti / studentesse in corso. Se il punteggio globale è inferiore a 18/30, si è sconsigliati/e dal sostenere la prova orale; essere sconsigliati/e non equivale tuttavia a un divieto formale, e la prova orale va comunque sostenuta in uno degli appelli della Seconda o della Terza sessione.
Prova orale
La prova orale, della durata di circa 30 minuti, consiste nella trattazione di almeno tre distinti argomenti del programma, di cui il primo a scelta dell'allievo/a.
Durante la prova orale sarà valutata la capacità di esporre in modo chiaro, sicuro e logico il significato fisico e le implicazioni fisiche di un dato fenomeno; questo include l'uso di equazioni matematiche, soffermandosi sulla definizione di tutte le quantità coinvolte e fornendo possibilmente spunti che vadano oltre quanto affrontato in aula, a dimostrazione di un lavoro di riflessione e di uno studio autonomi. Saranno inoltre valutate la capacità di sintesi e la capacità di creare connessioni fra i diversi argomenti del programma. Sarà infine valutato il grado di familiarità con le dimostrazioni matematiche di teoremi e risultati importanti inclusi nel programma, insieme alla capacità di fornire valutazioni numeriche dell'ordine di grandezza delle grandezze fisiche coinvolte in un dato fenomeno.
2. Prova scritta preliminare di fine corso + prova orale
Modalità standard, disponibile per qualunque studente / studentessa.
Prova scritta preliminare
Consiste nella risoluzione, giustificata e commentata in maniera chiara, di 2 problemi di Meccanica e di 2 problemi di Termodinamica, nel tempo massimo di 2 ore.
Solo negli appelli della Seconda e della Terza sessione di esami, gli studenti / le studentesse in corso possono, se lo desiderano, suddividere tale prova in due prove scritte preliminari intermedie:
- la prima consiste nella risoluzione, giustificata e commentata in maniera chiara, di 2 problemi di Meccanica, nel tempo massimo di 1 ora;
- la seconda consiste nella risoluzione, giustificata e commentata in maniera chiara, di 2 problemi di Termodinamica, nel tempo massimo di 1 ora.
All'inizio della prova scritta preliminare l'allievo/a deve informare il docente se intende avvalersi di tale possibilità.
Alla risoluzione di ogni problema è assegnato un punteggio compreso tra 0/30 e 7,5/30, secondo i medesimi criteri indicati per le prove in itinere. Chi ottiene un punteggio inferiore a 18/30 nella prova preliminare, o complessivamente nelle due prove preliminari intermedie, è sconsigliato/a dal sostenere la prova orale; essere sconsigliati/e non equivale tuttavia a un divieto formale.
La prova scritta preliminare deve essere sostenuta nell'ambito dello stesso appello in cui si intende sostenere la prova orale. Nel caso delle prove preliminari intermedie, solo la seconda deve essere sostenuta nell'ambito dello stesso appello della prova orale; tale appello deve comunque appartenere alla Seconda o alla Terza sessione di esami per studenti / studentesse in corso.
Prova orale
La prova orale, della durata di circa 30 minuti, consiste nella trattazione di almeno tre distinti argomenti del programma, di cui il primo a scelta dell'allievo/a.
Durante la prova orale sarà valutata la capacità di esporre in modo chiaro, sicuro e logico il significato fisico e le implicazioni fisiche di un dato fenomeno; questo include l'uso di equazioni matematiche, soffermandosi sulla definizione di tutte le quantità coinvolte e fornendo possibilmente spunti che vadano oltre quanto affrontato in aula, a dimostrazione di un lavoro di riflessione e di uno studio autonomi. Saranno inoltre valutate la capacità di sintesi e la capacità di creare connessioni fra i diversi argomenti del programma. Sarà infine valutato il grado di familiarità con le dimostrazioni matematiche di teoremi e risultati importanti inclusi nel programma, insieme alla capacità di fornire valutazioni numeriche dell'ordine di grandezza delle grandezze fisiche coinvolte in un dato fenomeno.
Date degli esami
Si controllino le seguenti pagine web:
https://studenti.smartedu.unict.it/
https://www.dieei.unict.it/corsi/l-8-inf/esami
Si ricorda che è obbligatoria la prenotazione agli esami tramite la piattaforma Smart_Edu (https://studenti.smartedu.unict.it/). Senza prenotazione non si potrà accedere agli esami.
Informazioni per studenti / studentesse con disabilità e/o DSA
A garanzia di pari opportunità e nel rispetto delle leggi vigenti, gli studenti / le studentesse interessati/e possono chiedere un colloquio personale in modo da programmare eventuali misure compensative e/o dispensative, in base agli obiettivi didattici ed alle specifiche esigenze. È possibile rivolgersi anche al docente referente CInAP (Centro per l'Integrazione Attiva e Partecipata — Servizi per le Disabilità e/o i DSA) del proprio Dipartimento (https://www.cinap.unict.it/content/referenti), prof.ssa Antonella Di Stefano.
Informazioni aggiuntive
La verifica dell'apprendimento potrà essere effettuata anche per via telematica, qualora le condizioni lo dovessero richiedere.
Esempi di domande e/o esercizi frequenti
Verifica scritta. I problemi di meccanica e termodinamica, sia delle prove scritte in itinere sia delle prove scritte preliminari di fine corso, sono molto simili a quelli proposti nelle esercitazioni settimanali nell'arco del semestre. Prima di ciascuna prova scritta in itinere, un'esercitazione sarà dedicata a svolgere in aula una simulazione della prova.
Prova orale. La prova orale consiste nell'esposizione di un argomento a scelta, a cui fanno seguito due domande su argomenti distinti tratti dal programma (si veda la sezione "Contenuti del corso" per una lista dettagliata degli argomenti).