FISICA GENERALE I M - Z

Modulo DIDATTICA FRONTALE

L’obiettivo formativo del corso è fornire una conoscenza organica della Meccanica classica e della Termodinamica.

Il percorso formativo per acquisire tale risultato è il seguente:

• Studio delle leggi fondamentali della Meccanica classica del punto materiale e dei sistemi di punti con particolare riguardo alla cinematica, alle leggi di Newton ed ai principi di conservazione.
• Studio della Dinamica del corpo rigido
• Studio della Gravitazione universale
• Studio dei fenomeni oscillatori ed ondulatori
• Studio della meccanica dei fluidi
• Studio di elementi di termologia
• Studio delle leggi della termodinamica ed applicazioni a diversi sistemi fisici.

L’approccio alla descrizione dei sistemi e dei fenomeni sopra descritti sarà di tipo sperimentale e le teorie fisiche saranno presentate in termini di struttura logica e matematica e di evidenze sperimentali. Al termine del corso, lo studente avrà acquisito capacità di ragionamento induttivo e deduttivo, sarà in grado di schematizzare un fenomeno in termini di grandezze fisiche e di impostare un problema e risolverlo con metodi analitici. Lo studente applicherà il metodo scientifico allo studio di fenomeni naturali e sarà in grado di valutare criticamente analogie e differenze tra sistemi fisici e le metodologie da applicare. Lo studente sarà in grado di esporre con proprietà di linguaggio un argomento di meccanica classica e/o termodinamica focalizzando il processo induttivo/deduttivo che dalle ipotesi di partenza permette di arrivare alle conclusioni.

In riferimento ai cosiddetti Descrittori di Dublino, questo corso contribuisce a acquisire le seguenti competenze trasversali.

Conoscenza e capacità di comprensione

• Capacità di ragionamento induttivo e deduttivo.
• Capacità di schematizzare un fenomeno fisico in termini qualitativi e quantitativi.
• Capacità di impostare un problema utilizzando opportune relazioni fra grandezze fisiche e di risolverlo con metodi analitici.

Capacità di applicare conoscenza

• Capacità di applicare le conoscenze acquisite per la descrizione dei fenomeni fisici utilizzando con rigore il metodo scientifico.
• Capacità di identificare gli elementi essenziali di un fenomeno, in termini di ordine di grandezza e di livello di approssimazione necessario, e di effettuare le approssimazioni necessarie.
• Capacità di applicare soluzioni conosciute a problemi nuovi (problem solving). 

Autonomia di giudizio

• Capacità di ragionamento critico.
• Capacità di discernere il livello di importanza di una legge fisica (assioma, principio di conservazione, legge universale, teorema).
• Capacità di individuare le soluzioni più adeguate per risolvere problemi fisici.
• Capacità di individuare le previsioni di un modello teorico.
• Capacità di valutare l'accuratezza necessaria da usare nella descrizione di un fenomeno fisico.

Abilità comunicative

• Capacità di descrivere in forma orale, con proprietà di linguaggio e rigore terminologico, un argomento scientifico, illustrandone motivazioni e risultati.

Capacità di apprendimento 

·       Capacità di acquisire adeguati strumenti conoscitivi per l'aggiornamento continuo delle conoscenze.

·       Capacità di utilizzare testi e risorse bibliografiche per migliorare la propria conoscenza.

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Durante il corso, oltre alle lezioni di teoria e a quelle dedicate allo svolgimento di esercizi, sono previste una o due ore settimanali di tutorato, nelle quali vengono dibattuti argomenti o discussi esercizi segnalati dagli studenti.

È indispensabile che lo studente abbia padronanza degli argomenti di matematica elementare (algebra, geometria, trigonometria, geometria analitica).

Le conoscenze di analisi matematica necessarie alla comprensione degli argomenti trattati nel corso saranno introdotte progressivamente dai docenti in maniera che tutti gli studenti, indipendentemente dal diploma conseguito, possano affrontare gli argomenti trattati a lezione.

Infatti, 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 dell'Ateneo hanno accesso.

Obbligatoria, secondo quanto previsto nel Regolamento Didattico

Meccanica del punto materiale: cinematica: moto in una, due, tre dimensioni; Sistemi di riferimento e moti relativi; leggi della dinamica; forza, lavoro, energia cinetica; quantità di moto ed impulso; forze conservative, energia potenziale; teoremi di conservazione; momento angolare; momento di una forza; forze centrali.

Meccanica dei sistemi di punti materiali: centro di massa, massa ridotta; conservazione della quantità di moto; conservazione del momento angolare; teoremi di Konig; teorema dell’energia cinetica; urti elastici ed anelatici.

Dinamica del corpo rigido: definizione di corpo rigido; rotazioni attorno ad un asse fisso; momento d’inerzia; teorema di Huygens-Steiner; moto di puro rotolamento; impulso angolare e momento dell’impulso; ellissoide d’inerzia; giroscopio; corpo rigido libero; statica.

Gravitazione: leggi di Keplero; legge di gravitazione universale; massa inerziale e gravitazionale; campo gravitazionale; energia potenziale gravitazionale; teorema di Gauss; calcolo delle orbite

Proprietà elastiche dei solidi: trazione e compressione; scorrimento; compressibilità; bilancia di torsione.

Oscillazioni e onde: oscillatore armonico; oscillatore armonico smorzato; oscillatore armonico forzato; risonanza; onde longitudinali e trasversali; analisi di Fourier; natura fisica del suono.

Proprietà meccaniche dei fluidi: statica dei fluidi: legge di Stevino, Pascal, ed Archimede; dinamica dei fluidi; regime stazionario e teorema di Bernoulli; viscosità; moto laminare e moto vorticoso.

Termodinamica: temperatura e termometria; equazione di stato dei gas; teoria cinetica dei gas; lavoro e calore; primo principio della termodinamica; secondo principio della termodinamica; entropia; trasformazioni termodinamiche; potenziali termodinamici; cambiamenti di fase; gas reali; terzo principio della termodinamica.

1) R. Mazzoldi, M. Nigro, C. Voci, Fisica – Vol. I , EdiSES - Napoli (Italia)

2) Focardi S., Massa I., Uguzzoni A., Villa M. - Fisica generale - MECCANICA E TERMODINAMICA, Casa editrice Ambrosiana 

3) Halliday, Resnick, Krane, Fisica 1, Casa editrice Ambrosiana 

4) Zemansky, Calore e Termodinamica, Zanichelli

5) Fermi, Termodinamica, Bollati Boringhieri

L’esame consiste in una prova scritta e in un colloquio orale. La prova scritta consiste di 3 (o  4) problemi da risolvere in un tempo massimo di 2 ore. Per conoscere la tipologia dei problemi proposti consultare il sito http://nanostar.jimdo.com/.

La valutazione della prova scritta terrà conto dell’impostazione di risoluzione dei problemi, della correttezza dei calcoli numerici e delle cifre significative, delle argomentazioni a supporto della procedura seguita. Il voto minimo di ammissione all’esame orale è di 15/30.

La valutazione del colloquio orale terrà conto della capacità dello studente di utilizzare gli ordini di grandezza nell’analisi di un fenomeno, della capacità di valutare criticamente analogie e differenze tra sistemi fisici, del livello di approfondimento dei contenuti esposti e della sua proprietà di linguaggio e di esposizione.

La prova scritta ha validità limitata, è necessario completare l’esame superando il colloquio orale nello stesso anno solare della prova scritta. Se lo studente non completa l'esame entro l’anno solare deve ripetere la prova scritta. 

Per facilitare il percorso, l’esame potrà essere diviso in due prove parziali, una relativa a meccanica, gravitazione e proprietà elastiche dei solidi (prima prova parziale) e la seconda relativa a oscillazioni e onde, meccanica dei fluidi e termodinamica (seconda prova parziale). Ciascuna prova parziale prevede una prova scritta (tre problemi da risolvere in un tempo massimo di due ore) e un colloquio orale. Il superamento di entrambe le prove parziali determinerà il conseguimento dell’esame. Tali prove parziali sono da considerarsi opportunità aggiuntive rispetto agli esami e non precludono la partecipazione agli appelli ordinari. È necessario completare l’esame nello stesso anno solare della prima prova scritta. Per conoscere la tipologia dei problemi proposti consultare il sito http://nanostar.jimdo.com/. Il voto minimo di ammissione ai rispettivi colloqui orali è di 15/30.

 La prima prova si svolge alla fine del primo periodo didattico, nella sessione d’esami di febbraio. Gli studenti che avranno superato la prova scritta avranno accesso al colloquio orale che determinerà l’ammissione alla seconda prova parziale.

 La seconda prova parziale potrà essere svolta in ognuno degli appelli ordinari della seconda e della terza sessione, secondo il calendario ufficiale. Lo studente che avrà superato la seconda prova scritta avrà accesso al colloquio orale che determinerà il risultato finale dell’esame.

Allo studente che supera la seconda prova scritta è concesso di sostenere il secondo colloquio orale anche in un successivo appello, purché entro l’anno solare della prova scritta.

 In aggiunta per gli studenti frequentanti: 

Le due prove scritte parziali possono essere sostituite da prove in itinere che saranno programmate in accordo tra docente e studenti.

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 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 l'Integrazione Attiva e Partecipata - Servizi per le Disabilità e/o DSA) del Dipartimento, prof.ssa Catia Petta. 

Calendario d'esami

Il calendario d'esami sarà visibile ai link http://portalestudente.unict.it, https://www.dfa.unict.it/corsi/L-30/esami. Ulteriori informazioni e aggiornamenti ai link http://studium.unict.it, https://nanostar.jimdo.com/. La prenotazione per sostenere gli esami deve essere effettuata tramite la piattaforma Smart_Edu.

- dimostrazione di teoremi fondamentali (es. Teorema dell'energia cinetica, teorema del momento angolare, teorema di Bernoulli, teorema di Carnot, teorema di Clausius, etc.)