Fisica e informatica

Modulo: Informatica
L'insegnamento si articola in una parte di teoria e in una parte di laboratorio.

La parte di teoria verte sui seguenti argomenti:
- Rappresentazione dell'informazione: La codifica dell'informazione, il sistema binario, rappresentazione dei numeri in base 2, 8 e 16, la rappresentazione dei caratteri, la rappresentazione delle immagini, audio e video, compressione dell'informazione.
- Organizzazione e architettura di un elaboratore: componenti logiche di un elaboratore, i processori, le memorie, le memorie di massa, le periferiche. Organizzazione di un sistema operativo.
- Le reti e internet: tipologie di reti, i livelli di comunicazione in una rete, i protocolli internet, Il word-wide-web, il cloud.
- Intelligenza artificiale. La funzione e gli usi dell'Intelligenza artificiale in tossicologia. Tecniche base di machine learning. Alberi di decisione.

Nella parte di laboratorio lo studente dovrà familiarizzare con l'uso dei fogli di calcolo per effettuare diverse tipologie di analisi dei dati. Verranno trattati i seguenti argomenti: il foglio di calcolo, le celle. riferimenti assoluti e relativi alle celle, i formati delle celle. formule e funzioni, gestione di dati, grafici, uso di excel per applicazione di metodi statistici, tabelle di pivot.

Modulo di Fisica:
Il corso prevede la presentazione dei principi fisici di base, in particolare della fisica classica, con riferimenti ad esempi pratici per mettere in evidenza la rilevanza della materia nella comprensione dei fenomeni naturali. Durante il corso vengono presentate le leggi fondamentai delle meccanica, della termodinamica e dell'elettromagnetismo.

In particolare nel corso verranno trattati i seguenti argomenti:

1. Introduzione

Il metodo sperimentale. La misura in Fisica. Il Sistema Internazionale delle unità di misura. Analisi dimensionale e i cambiamenti delle unita di misura. Lunghezza. Tempo. Massa. Calcolo di ordini di grandezza e cifre significative.

2. Meccanica

2.1 Cinematica
Definizione di punto materiale. Moto unidimensionale. Sistemi di riferimento. Spostamento. Velocità media e istantanea. Legge oraria. Moto rettilineo uniforme. La velocità come derivata. Accelerazione media e istantanea. Moto uniformemente accelerato. Integrale del moto. Calcolo delle aree, in alcuni casi semplici. Grandezze scalari e vettoriali. Versori. Scomposizione dei vettori. Somma e prodotti tra vettori. Spostamento, velocità e accelerazione in due e tre dimensioni. Composizione dei moti in due dimensioni. Traiettoria in due dimensioni. Moto del proiettile. Gittata. Moto circolare uniforme. Moto relativo. Cambiamento di sistemi di riferimento.

2.2 Dinamica del punto materiale
Definizione di forza. Prima legge della dinamica. Sistemi di riferimento inerziali. Definizione di massa inerziale. Seconda legge della dinamica. Alcune forze particolari: forza peso, reazione vincolare, tensione, forza elastica. Forze di attrito statico e dinamico. Forze apparenti. Esempi di forza centrifuga. Terza legge della dinamica. Legge della gravitazione di Newton. Massa gravitazionale.

2.3 Lavoro ed Energia
Definizione di lavoro. Teorema dell'energia cinetica. Potenza. Forze conservative. Energia potenziale. Energia meccanica e sua conservazione. Energia potenziale gravitazionale ed elastica.

2.4 Moti oscillatori e periodici
Equazione del moto di una molla. Oscillatore armonico. Definizione di periodo, frequenza e pulsazione angolare. Velocità lineare e velocità angolare. Moto circolare uniforme e moto armonico. Il pendolo semplice.

2.5 Sistemi di punti materiali
Impulso di una forza e quantità di moto. Il centro di massa. Legge della dinamica per un sistema di punti. Forze esterne e forze interne. Conservazione della quantità di moto totale. Generalità sugli urti. Urti elastici e anelastici.

3. Fluidi e Termodinamica

3.1 Fluidi e loro dinamica
Stati della materia: solido, liquido e gas. Grandezze estensive ed intensive. Definizione di pressione e densità. Forze in un fluido a riposo. Legge di Stevino. Principio dei vasi comunicanti. Misura della pressione. Esperienza di Torricelli. Principio di Pascal. Principio di Archimede. Dinamica dei fluidi. Fluido ideale. Linee di flusso. Equazione di continuità. Equazione di Bernoulli. Principio di Venturi.

3.2 Calorimetria e termodinamica
Il calore e la temperatura. Principio zero della termodinamica. Misura delle temperatura e le scale termometriche. Capacità termica e calore specifico. Calore latente. Temperatura di equilibrio, in funzione delle capacità termiche. Sistema termodinamico. Grandezze di stato. Trasformazioni termodinamiche. Lavoro. Esperimento di Joule: equivalente meccanico della caloria. Primo principio della termodinamica. Legge dei gas perfetti. Il numero di Avogadro. Piano di Clapeyron. Trasformazioni isobare, isocore, isoterme, adiabatiche di un gas perfetto. Espansione libera di un gas perfetto. Calori specifici ed energia interna di un gas perfetto. Macchine termiche, frigoriferi e pompe di calore. Secondo principio della termodinamica. Ciclo di Carnot. Entropia. Variazione di entropia per processi irreversibili. Variazione di entropia in generale.

4. Elettromagnetismo

4.1 Elettrostatica
Cenni alle forze fondamentali della natura. Carica elettrica. Legge di Coulomb. Atomo di idrogeno. Concetto di campo. Campo elettrico. Principio di sovrapposizione. Linee di forza del campo. Campo generato da una carica puntiforme. Dipolo elettrico. Flusso di un vettore. Teorema di Gauss. Densità di carica di volume, di superficie, lineare. Applicazioni del teorema di Gauss: filo carico, piano infinito carico, sfera uniformemente carica, cilindro.
Confronto fra il campo gravitazionale e il campo elettrostatico.
Conduttori. Introduzione elettrostatica. Lavoro svolto dal campo elettrico. Potenziale elettrico. Superfici equipotenziali. Potenziale di una carica puntiforme. Potenziale di molte cariche puntiformi. Capacità elettrica di un conduttore. Cenni ai condensatori (condensatore piano, serie e paralleli di condensatori). Analogie e differenze fra il campo gravitazionale e il campo di una carica puntiforme.

4.2 Corrente elettrica e circuiti
La conduzione nei metalli. Corrente elettrica. Densità di corrente. Resistenza e resistività. Legge di Ohm. Energia e potenza nei circuiti elettrici. Effetto Joule. Forza elettromotrice. Generatore reale di tensione. Resistenze in serie e in parallelo. Semplici circuiti con resistenze serie e parallelo.

4.3 Campo magnetico
Il campo magnetico. Forza magnetica su un filo percorso da corrente. Forza di Lorentz. Moto di una particella carica in un campo magnetico. Corrente elettrica e campo magnetico. Legge di Biot-Savart. Campo B generato da un filo infinito. Forza tra conduttori percorsi da corrente. Definizione dell'Ampere.