Fisica
A.A. 2024/2025
Obiettivi formativi
L'insegnamento si propone di fornire le conoscenze di base di Fisica propedeutiche per le discipline professionalizzanti delle scienze agrarie.
Più in generale, scopo della Fisica è di capire in modo più approfondito il mondo in cui viviamo.
La Fisica studia le leggi fondamentali della Natura che, semplicemente, sono le leggi che giustificano tutti i fenomeni fisici nell'universo: c'è quindi un particolare fascino nel vedere la complessità della nostra realtà quotidiana commisurata con l'interezza e varietà dell'intero universo.
Ovviamente, queste leggi sono espresse in termini di equazioni matematiche, per cui è richiesta una solida preparazione di base della Matematica.
Viene adottata la metodologia del "Problem solving", che significa andare oltre la lettura passiva, per interagire con la Fisica sviluppando e risolvendo problemi.
Più in generale, scopo della Fisica è di capire in modo più approfondito il mondo in cui viviamo.
La Fisica studia le leggi fondamentali della Natura che, semplicemente, sono le leggi che giustificano tutti i fenomeni fisici nell'universo: c'è quindi un particolare fascino nel vedere la complessità della nostra realtà quotidiana commisurata con l'interezza e varietà dell'intero universo.
Ovviamente, queste leggi sono espresse in termini di equazioni matematiche, per cui è richiesta una solida preparazione di base della Matematica.
Viene adottata la metodologia del "Problem solving", che significa andare oltre la lettura passiva, per interagire con la Fisica sviluppando e risolvendo problemi.
Risultati apprendimento attesi
Lo studente acquisisce le conoscenze necessarie per affrontare e risolvere in modo rigoroso semplici problemi di fisica applicati alle diverse discipline di studio e, in seguito, nei casi cui lo Studente sarà coinvolto direttamente dopo l'inserimento nel mondo lavorativo.
Lo Studente saprà:
· Saper comprendere con attenzione la problematica che deve affrontare
· Saper visualizzare il problema con schemi e disegni personalizzati
· Scegliere la strategia di risoluzione del problema
· Identificare le metodologie ed equazioni appropriate per risolverlo
· Risolvere le equazioni e sviluppare i calcoli
· Verificare i risultati: sono sensati, sono numericamente ragionevoli?
Lo Studente saprà:
· Saper comprendere con attenzione la problematica che deve affrontare
· Saper visualizzare il problema con schemi e disegni personalizzati
· Scegliere la strategia di risoluzione del problema
· Identificare le metodologie ed equazioni appropriate per risolverlo
· Risolvere le equazioni e sviluppare i calcoli
· Verificare i risultati: sono sensati, sono numericamente ragionevoli?
Periodo: Secondo semestre
Modalità di valutazione: Esame
Giudizio di valutazione: voto verbalizzato in trentesimi
Corso singolo
Questo insegnamento può essere seguito come corso singolo.
Programma e organizzazione didattica
Edizione unica
Responsabile
Periodo
Secondo semestre
Programma
Il corso è diviso in due moduli, più un'unità di approfondimento di fisica moderna.
Modulo 1 - Meccanica, fluidodinamica e termodinamica:
· Strumenti matematici di base: calcolo vettoriale, trigonometria, notazione scientifica, unità di misura, derivate fondamentali;
· Cinematica: moto rettilineo uniforme e uniformemente accelerato, moto circolare uniforme e uniformemente accelerato, moto del proiettile, il moto armonico semplice:
· Statica e Dinamica: i principi della dinamica, l'equilibrio meccanico, il principio di relatività galileiana, forze apparenti e sistemi non inerziali
· Lavoro ed energia: lavoro e potenza, energia cinetica, energia potenziale, conservazione dell'energia meccanica, forze non conservative, quantità di moto e impulsi, urti e conservazione della quantità di moto;
· Moto del corpo rigido: il centro di massa, momento angolare e momento d'inerzia, conservazione del momento angolare, momento della forza e dinamica rotazionale, il moto di rotolamento;
· La meccanica dei fluidi: densità e pressione, legge di Stevino, legge di Pascal, Principio di Archimede, corrente stazionaria e portata, equazione di Bernoulli, applicazioni dell'equazione di Bernoulli, attrito nei fluidi e regime laminare, legge di Stokes e velocità limite;
· La temperatura e i gas: temperatura, volume e pressione, dilatazione termica, prima e seconda legge di Gay-Lussac, legge di Boyle, moli, massa molare e numero di Avogadro, la legge dei gas perfetti, la Teoria Cinetica.
· I principi della termodinamica (approfondimento): Principio zero e calore, Primo Principio e trasformazioni termodinamiche (isobara, isocora, isoterma, adiabatica), diagramma di Clapeyron, il Secondo Principio, macchine termiche e rendimento, ciclo di Carnot e macchine reversibili, l'entropia, il Terzo Principio.
Modulo 2 - Onde, Elettromagnetismo:
· Le onde meccaniche: onde trasversali e longitudinali, la funzione d'onda, onda su una corda, il suono, l'interferenza, onde stazionarie, battimenti;
· La luce: ottica geometrica, riflessione e rifrazione, spettro visibile e dispersione, intensità di radiazione, interferenza e esperienza di Young, diffrazione da singola fenditura, reticolo di diffrazione;
· La forza elettrica: carica elettrica, conservazione della carica, elettrizzazione di isolanti e conduttori, legge di Coulomb, polarizzazione;
· Camo elettrico e potenziale: campo elettrico e linee di campo, flusso del campo elettrico e teorema di Gauss, campo elettrico di particolari distribuzioni simmetriche di carica (filo rettilineo, piano infinito, sfera, condensatore), energia potenziale elettrica, potenziale elettrico, superfici equipotenziali, circuitazione del campo elettrico, i condensatori, condensatori in serie e in parallelo;
· I circuiti in corrente continua: la corrente elettrica, intensità di corrente, le leggi di Ohm, resistori in serie e in parallelo, la forza elettromotrice e generatori reali, le leggi di Kirchhoff, effetto Joule e potenza, i circuiti RC (carica e scarica di un condensatore);
· Il campo magnetico: il campo magnetico e linee di campo, il campo magnetico terrestre, esperimenti sull'interazione fra correnti e magneti (Faraday, Ampere, Oersted), forza magnetica su una carica, il campo magnetico generato da un filo percorso da corrente, forza magnetica su un filo percorso da corrente, forza magnetica fra due fili percorsi da corrente, il moto di una carica in un campo magnetico uniforme, applicazioni (sincrotrone, ciclotrone, spettrometro di massa, selettore di velocità), il flusso del campo magnetico, la circuitazione del campo magnetico, campo magnetico di una spira e di un solenoide, momento delle forze magnetiche su una spira;
· L'induzione elettromagnetica: la corrente indotta e gli esperimenti di Faraday, la fem indotta, legge di Faraday-Neumann-Lenz, le correnti di Foucault, autoinduzione e mutua induzione, il circuito RL;
· Leggi di Maxwell e onde elettromagnetiche: il campo elettrico indotto, il campo magnetico indotto, le equazioni di Maxwell, esperimento di Hertz e onde elettromagnetiche, pressione di radiazione, polarizzazione, lo spettro elettromagnetico.
Approfondimento: La fisica moderna. Relatività e fisica quantistica dal punto di vista storico e concettuale.
Modulo 1 - Meccanica, fluidodinamica e termodinamica:
· Strumenti matematici di base: calcolo vettoriale, trigonometria, notazione scientifica, unità di misura, derivate fondamentali;
· Cinematica: moto rettilineo uniforme e uniformemente accelerato, moto circolare uniforme e uniformemente accelerato, moto del proiettile, il moto armonico semplice:
· Statica e Dinamica: i principi della dinamica, l'equilibrio meccanico, il principio di relatività galileiana, forze apparenti e sistemi non inerziali
· Lavoro ed energia: lavoro e potenza, energia cinetica, energia potenziale, conservazione dell'energia meccanica, forze non conservative, quantità di moto e impulsi, urti e conservazione della quantità di moto;
· Moto del corpo rigido: il centro di massa, momento angolare e momento d'inerzia, conservazione del momento angolare, momento della forza e dinamica rotazionale, il moto di rotolamento;
· La meccanica dei fluidi: densità e pressione, legge di Stevino, legge di Pascal, Principio di Archimede, corrente stazionaria e portata, equazione di Bernoulli, applicazioni dell'equazione di Bernoulli, attrito nei fluidi e regime laminare, legge di Stokes e velocità limite;
· La temperatura e i gas: temperatura, volume e pressione, dilatazione termica, prima e seconda legge di Gay-Lussac, legge di Boyle, moli, massa molare e numero di Avogadro, la legge dei gas perfetti, la Teoria Cinetica.
· I principi della termodinamica (approfondimento): Principio zero e calore, Primo Principio e trasformazioni termodinamiche (isobara, isocora, isoterma, adiabatica), diagramma di Clapeyron, il Secondo Principio, macchine termiche e rendimento, ciclo di Carnot e macchine reversibili, l'entropia, il Terzo Principio.
Modulo 2 - Onde, Elettromagnetismo:
· Le onde meccaniche: onde trasversali e longitudinali, la funzione d'onda, onda su una corda, il suono, l'interferenza, onde stazionarie, battimenti;
· La luce: ottica geometrica, riflessione e rifrazione, spettro visibile e dispersione, intensità di radiazione, interferenza e esperienza di Young, diffrazione da singola fenditura, reticolo di diffrazione;
· La forza elettrica: carica elettrica, conservazione della carica, elettrizzazione di isolanti e conduttori, legge di Coulomb, polarizzazione;
· Camo elettrico e potenziale: campo elettrico e linee di campo, flusso del campo elettrico e teorema di Gauss, campo elettrico di particolari distribuzioni simmetriche di carica (filo rettilineo, piano infinito, sfera, condensatore), energia potenziale elettrica, potenziale elettrico, superfici equipotenziali, circuitazione del campo elettrico, i condensatori, condensatori in serie e in parallelo;
· I circuiti in corrente continua: la corrente elettrica, intensità di corrente, le leggi di Ohm, resistori in serie e in parallelo, la forza elettromotrice e generatori reali, le leggi di Kirchhoff, effetto Joule e potenza, i circuiti RC (carica e scarica di un condensatore);
· Il campo magnetico: il campo magnetico e linee di campo, il campo magnetico terrestre, esperimenti sull'interazione fra correnti e magneti (Faraday, Ampere, Oersted), forza magnetica su una carica, il campo magnetico generato da un filo percorso da corrente, forza magnetica su un filo percorso da corrente, forza magnetica fra due fili percorsi da corrente, il moto di una carica in un campo magnetico uniforme, applicazioni (sincrotrone, ciclotrone, spettrometro di massa, selettore di velocità), il flusso del campo magnetico, la circuitazione del campo magnetico, campo magnetico di una spira e di un solenoide, momento delle forze magnetiche su una spira;
· L'induzione elettromagnetica: la corrente indotta e gli esperimenti di Faraday, la fem indotta, legge di Faraday-Neumann-Lenz, le correnti di Foucault, autoinduzione e mutua induzione, il circuito RL;
· Leggi di Maxwell e onde elettromagnetiche: il campo elettrico indotto, il campo magnetico indotto, le equazioni di Maxwell, esperimento di Hertz e onde elettromagnetiche, pressione di radiazione, polarizzazione, lo spettro elettromagnetico.
Approfondimento: La fisica moderna. Relatività e fisica quantistica dal punto di vista storico e concettuale.
Prerequisiti
È auspicabile una discreta preparazione di base nelle materie scientifiche (Matematica e Fisica), ottenuta nei normali percorsi di studio delle diverse Scuole Superiori. Il percorso è concettualmente successivo al corso di Matematica nel 1° anno di studi universitari, i cui contenuti sono propedeutici agli argomenti da affrontare.
Metodi didattici
La fisica, come altri settori scientifici, trova forte riscontro nell'osservazione quotidiana di fenomeni naturali e nell'applicazione tecnologica. Perciò gli argomenti trattati verranno di volta in volta applicati a situazioni reali, favorendo attività di problem solving e l'applicazione dei concetti appresi nella risoluzione di problemi che trovano forte riscontro nell'attività quotidiana. si utilizza inoltre l'approccio NOS all'insegnamento della fisica, secondo cui per un apprendimento efficacie è fondamentale integrare i concetti puramente scientifici con i loro risvolti dal punto di vista economico, tecnologico, sociale ed etico, seguendo un procedimento di stampo storico e logico nell'esposizione dei contenuti che metta in evidenza anche le personalità e i contesti culturali entro cui tali concetti di fisica sono stati sviluppati. L'attività laboratoriale sarà un punto cardine del percorso formativo, al fine di sviluppare competenze pratiche e di applicazione dei concetti.
Materiale di riferimento
Oltre agli appunti delle lezioni, messi a disposizione dal docente, possono essere utilizzati i vari testi già utilizzati nel triennio finale delle Scuole Superiori. Sono comunque consigliati:
- James S. Walker - Modelli Teorici e Problem Solving
- Ugo Amaldi - l'Amaldi per Licei Scientifici
- James S. Walker - Modelli Teorici e Problem Solving
- Ugo Amaldi - l'Amaldi per Licei Scientifici
Modalità di verifica dell’apprendimento e criteri di valutazione
L'esame consiste in una prova scritta suddivisa in due parti e un colloquio orale finale.
Le due prove scritte possono essere affrontate in tempi diversi e non necessariamente sequenziali. L'ammissione alla prova orale implica il superamento delle due prove scritte con una valutazione di almeno 16/30.
Ciascuna prova scritta è costituita da 5 problemi e un Approfondimento con risposta libera.
L'oggetto dei problemi e dell'approfondimento saranno preventivamente pubblicati su ARIEL, sulla base della cadenza delle lezioni svolte.
Prova orale: si sviluppa a partire da una delle domande aperte previste nelle prove scritte, cui fa seguito una discussione - approfondimento delle prove scritte.
Le due prove scritte possono essere affrontate in tempi diversi e non necessariamente sequenziali. L'ammissione alla prova orale implica il superamento delle due prove scritte con una valutazione di almeno 16/30.
Ciascuna prova scritta è costituita da 5 problemi e un Approfondimento con risposta libera.
L'oggetto dei problemi e dell'approfondimento saranno preventivamente pubblicati su ARIEL, sulla base della cadenza delle lezioni svolte.
Prova orale: si sviluppa a partire da una delle domande aperte previste nelle prove scritte, cui fa seguito una discussione - approfondimento delle prove scritte.
FIS/07 - FISICA APPLICATA (A BENI CULTURALI, AMBIENTALI, BIOLOGIA E MEDICINA) - CFU: 6
Esercitazioni: 24 ore
Lezioni: 36 ore
Lezioni: 36 ore
Docente:
Zamboni Andrea
Docente/i