FISICA I F - O

Il contributo dell'insegnamento in relazione all'obiettivo del Corso di Studio si realizza attraverso l'acquisizione delle conoscenze e competenze riportate di seguito (Descrittori di Dublino):

• conoscere le principali grandezze fisiche e l'analisi dimensionale;
  
• conoscere i principi di conservazione utili nel programma del corso;
  
• conoscere gli aspetti teorico/pratici utili alla risoluzione dei problemi in fisica;
  
• saper utilizzare opportunamente le nozioni riguardanti le grandezze fisiche e l'analisi dimensionale;
  
• saper applicare il calcolo vettoriale alla risoluzione dei problemi fisici;
  
• saper risolvere problemi di cinematica, statica e dinamica del punto materiale e del corpo rigido;
  
• saper applicare le conoscenze di fluidostatica e fluidodinamica a problemi reali;
  
• saper applicare i concetti fondamentali di termodinamica, quali calore e rendimento di macchine termodinamiche.

Contributo dell’insegnamento agli obiettivi dell’agenda 2030 per lo sviluppo sostenibile

L’insegnamento contribuisce in modo indiretto e trasversale agli obiettivi dell’Agenda 2030 attraverso l’acquisizione di conoscenze scientifiche di base, strumenti quantitativi e capacità di analisi dei fenomeni fisici rilevanti per l’ingegneria

-SDG 4 – Istruzione di qualità (Targets 4.3 e 4.4 : formazione scientifica di base, sviluppo di competenze tecnico-scientifiche e capacità di apprendimento autonomo)

- SDG 5 – Parità di Genere

- SDG 10- Ridurre le disuguaglianze

Il corso consta di 42 ore (6 CFU) di lezioni teoriche e 45 h (3 CFU) di esercitazioni.

 L’insegnamento verrà erogato prevalentemente tramite l’utilizzo della lavagna. Per agevolare la comprensione di taluni argomenti specifici, e per approfondirne la conoscenza, verranno anche utilizzate slides e files multimediali. 

Viene privilegiato l'insegnamento in "cooperative learning" in cui l'aula diventa momento di confronto fra docente e studenti, e fra gli studenti stessi, con diverse occasioni di brainstorming sugli argomenti trattati e sulle loro applicazioni reali. 

Per la risoluzione in aula degli esercizi proposti dal docente e/o dagli studenti stessi, verrà utilizzato prevalentemente l’approccio metodologico del flipped-classroom, in cui gli studenti verranno chiamati direttamente in causa per risolvere gli esercizi, discutendo tutti insieme l’approccio scelto e il risultato ottenuto. 

Qualora l'insegnamento venisse impartito in modalità mista o a distanza potranno essere introdotte le necessarie variazioni rispetto a quanto dichiarato in precedenza, al fine di rispettare il programma previsto e riportato nel syllabus.

All’inizio delle attività didattiche è molto importante possedere le seguenti propedeuticità culturali: 

• abilità nel calcolo algebrico;
  
• conoscenza della trigonometria;
  
• conoscenza delle principali leggi geometriche;
  
• dimestichezza con il calcolo differenziale;
  
• dimestichezza con lo studio di funzioni matematiche.

1) Grandezze Fisiche

Le grandezze in Fisica; Unità di misura e Sistema Internazionale (SI); Grandezze fondamentali e grandezze derivate; Calcolo dimensionale; Errori di misura; Cifre significative; Notazione scientifica; Grandezze scalari e grandezze vettoriali; Sistemi di riferimento; Algebra dei vettori. 

2) Cinematica 

Vettore spostamento; Traiettoria; Velocità media e istantanea; Accelerazione media e istantanea; Legge oraria del moto; Moto rettilineo uniforme; Moto uniformemente accelerato e caduta dei gravi; Moto parabolico; Moto circolare uniforme

3) Dinamica: principi, grandezze e sistemi fondamentali 

Il concetto di forza e di inerzia; Quantità di moto; I tre principi della dinamica; Risultante delle forze: reazioni vincolari e condizione di equilibrio meccanico; Sistemi di riferimento inerziali e non inerziali; Esempi di forze: forza peso, forza di attrito radente, forza di attrito viscoso, forza centripeta, forza elastica e Legge di Hooke, Tensione di un filo; Lavoro di una forza; Potenza; Energia cinetica; Teorema dell’energia cinetica; Forze conservative e non conservative; Energia potenziale; Principio di conservazione dell’energia meccanica; Conservazione dell’energia e della quantità di moto negli urti elastici; Piano inclinato; Pendolo semplice. 

4) Dinamica: moti rotazionali e corpo rigido

Accelerazione angolare; Energia cinetica rotazionale; Momento torcente e momento di inerzia; Momento angolare e sua conservazione; Sistema di punti materiali; Centro di massa e coordinate del centro di massa; Forze interne e forze esterne; Definizione di corpo rigido e sue proprietà. Moto di un corpo rigido.  Rotazioni rigide attorno ad un'asse in un sistema di riferimento inerziale. Energia e lavoro rotazionali. Teorema di Huygens-Steiner. Moto di puro rotolamento. Conservazione dell'energia nel moto di un corpo rigido.

5) Meccanica dei fluidi 

Generalità sui fluidi; Pressione e densità; Fluidi ideali e fluidi reali; Viscosità; Fluidostatica: legge di Stevino, principio di Pascal, spinta di Archimede. Fluidodinamica: Linee di flusso e tubi di flusso, Regime stazionario, Moto laminare e turbolento, Portata e sua conservazione, Teorema di Bernoulli, Teorema di Torricelli. Moto in un fluido.

6) Termodinamica

Sistemi termodinamici e loro proprietà; Variabili termodinamiche ed equazioni di stato; Equilibrio termodinamico; Temperatura, equilibrio termico, principio zero della Termodinamica e scale termometriche; Dilatazione lineare e volumica; Calore; Capacità termica e calore specifico; Trasformazioni di fase e calore latente; Energia interna di un sistema termodinamico; Il lavoro in termodinamica; Primo principio della Termodinamica;  Generalità sulle trasformazioni termodinamiche; Gas perfetti e gas reali; Equazione di stato dei gas ideali; Calori specifici molari dei gas ideali e relazione di Mayer; Trasformazioni isobare, isocore, isoterme e adiabatiche di un gas ideale; Variazione di energia interna di un gas ideale;  Cicli termodinamici; Il ciclo di Carnot; Macchine termiche e rendimento; Rendimento di una macchina di Carnot; Macchine frigorifere e coefficiente di prestazione; Secondo principio della Termodinamica; Terzo principio della Termodinamica; Teorema di Carnot; Disuguaglianza di Clausius; Entropia; Reversibilità e irreversibilità; Cenni sull’interpretazione statistica dell’entropia; Principio di aumento dell’entropia e secondo principio della Termodinamica; Variazione di entropia nelle trasformazioni reversibili e irreversibili di un gas ideale

Il materiale fornito dal docente non sostituisce il libro di testo. Un buon manuale di Fisica I è fondamentale per il consolidamento dell'apprendimento.

Si suggeriscono i seguenti testi:

1.    D.C. Giancoli, “Fisica 1, Meccanica – Onde – Termodinamica”, casa editrice Ambrosiana; 

2.    L. Duò, P. Taroni, “Fisica, Meccanica e Termodinamica”, casa editrice EdiSES;

3.    Halliday, Resnick,  “Fondamenti di fisica, Meccanica – Onde - Termodinamica”, Casa editrice Ambrosiana;

4.    G. Cantatore, G. Vannini, L. Vitale, “Fisica 1, Meccanica e Termodinamica”, casa editrice McGrawHill;

5.    M. Zani, L. Duò, P. Taroni, “Esercizi di Fisica, Meccanica e Termodinamica”, casa editrice EdiSES.

L'esame consiste in una prova scritta + prova orale. Il voto finale terrà conto di entrambe le prove sostenute dai candidati. 

Ciascun studente può partecipare ai soli appelli per cui riesce ad effettuare la prenotazione.

Gli esiti dello scritto e le date dell'esame orale saranno comunicati per ciascun appello mediante avviso sulla piattaforma Smart EDU GOMP. 

Informazioni per studenti con disabilità e/o DSA: a garanzia di pari opportunità e nel rispetto delle leggi vigenti, gli studenti interessati possono chiedere un colloquio personale col docente in modo da programmare eventuali misure compensative e/o dispensative, in base agli obiettivi didattici ed alle specifiche esigenze. E' possibile rivolgersi anche al docente referente CInAP (Centro per l’integrazione Attiva e Partecipata - Servizi per le Disabilità e/o i DSA) del Dipartimento, prof. A Pagano.

La verifica dell’apprendimento potrà essere effettuata anche per via telematica, qualora le condizioni lo dovessero richiedere.

Modalità esame scritto:

La prova scritta consiste nella risoluzione di 4 esercizi sui seguenti argomenti: cinematica, dinamica traslazionale e rotazionale, fluidostatica e fluidodinamica, termodinamica

Alla risoluzione di ogni problema sarà assegnato un punteggio compreso tra 0/30 e 7.5/30 sulla base dei seguenti criteri: chiarezza, rigore, correttezza formale e numerica nello svolgimento dell’esercizio

Il superamento della prova scritta con una votazione minima di 18/30 permette l'accesso alla prova orale.

Eccezionali richieste di ammissione all’esame orale da parte degli studenti che abbiano conseguito nella prova scritta una valutazione insufficiente, ma comunque non inferiore a 15/30, potranno essere prese in considerazione, previa verifica, mediante un colloquio preliminare, del possesso di adeguate conoscenze di base

Modalità esame orale:

In caso di superamento della prova scritta, la prova orale si terrà, di norma, entro una/due settimane dalla prova orale, ed in ogni caso ENTRO e NON OLTRE la fine dell'appello d’esami in cui lo studente ha sostenuto lo scritto. Pertanto, si suggerisce caldamente di presentarsi allo scritto solo dopo aver già acquisito una buona preparazione della materia per sostenere anche l’orale. Infatti, in caso di esito negativo nella prova orale, lo studente dovrà ripetere l'esame scritto.

Saranno elementi di valutazione della prova orale: la pertinenza delle risposte rispetto alle domande formulate, la qualità dei contenuti, la capacità di collegamento con altri temi oggetto del programma, la capacità di fornire esempi, la proprietà di linguaggio tecnico e la capacità espressiva complessiva. 

Gli esercizi e le domande riguarderanno TUTTI gli argomenti trattati nel corso.

A titolo puramente illustrativo, si riportano di seguito alcuni esempi di domande: 

- Discutere i tre principi della dinamica;

- Discutere dei principi di conservazione dell'energia meccanica, della quantità di moto e del momento angolare;

- Descrivere il moto del pendolo semplice, del sistema massa molla e di un corpo rigido.

- Discutere il concetto di lavoro in meccanica e in termodinamica;

- Discutere la legge di Archimede;

- Ricavare l'equazione di Bernoulli per un fluido ideale;

- Trattare i principi della termodinamica con le dovute applicazioni;

- Discutere le trasformazioni di un gas ideale e i cicli termodinamici;

- Discutere le macchine termiche e il loro rendimento;

- Enunciare e discutere il secondo principio della termodinamica;