27533 - FISICA 1

Conoscenze e abilità da conseguire

Al termine del corso lo studente ha le conoscenze fondamentali della meccanica e della termodinamica con i rispettivi limiti di validita' e applicazione. In particolare sa risolvere problemi semplici connessi alla statica e alla dinamica, alla fisica dei fluidi e ai principi di termodinamica.

Contenuti

Prerequisiti.

Per seguire proficuamente il corso è INDISPENSABILE avere familiarità con le nozioni di matematica normalmente fornite durante l'ultimo anno di scuola media superiore. In particolare è necessario conoscere:

• il calcolo algebrico (operazioni tra monomi e polinomi, potenze di polinomi, scomposizione in fattori primi, semplificazione di frazioni algebriche, ecc.)
• la trigonometria
• lo studio delle funzioni di variabile reale
• elementi di calcolo infinitesimale, soprattutto derivate e integrali.

In questo corso NON sono previste lezioni dedicate agli argomenti di matematica sopra elencati. Ciascuno studente deve provvedere a colmare eventuali lacune con lo studio personale.

PROGRAMMA DEL CORSO

Introduzione

- Presentazione del programma del corso e delle modalità di esame.

- Grandezze fisiche e loro misura. Unità di misura e sistemi di unità di misura.

- Elementi di calcolo vettoriale: somma e differenza tra vettori; prodotto scalare e vettoriale. Versori. Componenti di un vettore, derivata di un vettore.  Terna ortogonale cartesiana,  rappresentazione cartesiana di un vettore. 

Meccanica del punto materiale

- Cinematica e dinamica del punto materiale.

Il moto del punto materiale dal punto di vista cinematico, in una dimensione (moto rettilineo) e in più dimensioni.

La ricerca delle cause che generano il moto dei corpi. Definizione di forza. Le forze fondamentali. Le leggi fondamentali della dinamica (leggi di Newton sul moto). Sistemi inerziali. Trasformazioni di Galileo.

- Lavoro ed energia

Il lavoro fatto da una forza su un corpo. La potenza. Il concetto di energia. Il teorema lavoro-energia e l'energia cinetica per un punto materiale. I campi di forze conservativi e l'energia potenziale. Conservazione dell'energia meccanica.

- Quantità di moto, momento angolare e urti
I concetti di quantità di moto ed impulso. Conservazione della quantità di moto. Urti. Sistema di riferimento del centro di massa. Teoremi del centro di massa. Momento angolare. Momento di una forza. Il teorema quantità di moto-impulso.

Meccanica dei sistemi di punti materiali

- Sistemi di punti materiali, equazioni cardinali della dinamica dei sistemi. Teoremi del centro di massa. Teoremi di Konig per l'energia cinetica e per il momento angolare.

- Corpo rigido.

Definizione di sistema rigido. Cinematica del moto rotazionale. Il momento di inerzia. Il teorema degli assi paralleli (Huygens Steiner). Energia rotazionale. Conservazione del momento angolare. Rotazione di un corpo rigido attorno ad un asse fisso. Rotolamento di un corpo rigido. Elementi di statica del corpo rigido.

Moti periodici e oscillazioni.

Cenni sulla gravitazione.

Legge di Newton della gravitazione universale; il moto dei satelliti, leggi di Keplero.

Fluidi.

- Fluidostatica. i concetti di densità e pressione; equazione idrostatica; legge di Stevino; legge di Pascal; principio di Archimede.

- Fluidodinamica. il concetto di tubo di flusso; equazione di continuità, portata; equazione di Bernoulli. Teorema di Torricelli.

Termodinamica.

- Il concetto di temperatura. Equilibrio termico; principio zero della termodinamica; il termometro e le scale termometriche. Il concetto di calore. Calore specifico. Transizioni di fase.

- Equazione di stato dei gas perfetti. Teoria cinetica del gas perfetto.

- Il primo principio della termodinamica. Trasformazioni termodinamiche. Il concetto di lavoro termodinamico. Energia interna.

- Il secondo principio della termodinamica. Le macchine termiche e l'enunciato di Kelvin del secondo principio; le macchine frigorifere e l'enunciato di Clausius del secondo principio; macchine reversibili e rendimento; ciclo e macchina di Carnot. Il concetto di entropia: entropia e disordine. Il principio dell'aumento dell'entropia come ulteriore enunciato del secondo principio. Entropia e probabilità.

Testi/Bibliografia

Lo studio personale e meditato su un libro di testo universitario è INDISPENSABILE per raggiungere un adeguato livello di preparazione.


Libri di testo consigliati:

• J. Walker, Halliday - Resnick - "FONDAMENTI DI FISICA", vol 1. Meccanica, Onde,  Termodinamica", Casa Editrice Ambrosiana.

Oppure, in alternativa al precedente:


• P. Mazzoldi, M. Nigro, C. Voci "Elementi di fisica. Vol. 1: Meccanica, termodinamica", Edises.

NOTE:

Sul sito https://virtuale.unibo.it/ sono disponibili:

• le trasparenze e i riferimenti a video e immagini presentati a lezioni. Questo materiale è molto utile agli studenti non frequentanti per avere un’idea di come vengono trattati a lezione i diversi argomenti. E’ altresì utile agli studenti che frequentano per ricordare meglio le spiegazioni, ma NON è sufficiente per la preparazione dell’esame. In genere, le trasparenze vengono fornite in anticipo rispetto alla lezione in cui saranno presentate per consentire agli studenti, qualora lo ritengano utile, di stamparle e usarle per appunti e annotazioni.
• i testi degli esami precedenti corredati da una proposta di soluzione. Gli studenti possono così rendersi conto del livello di complessità degli esercizi proposti nella valutazione finale.

Metodi didattici

Di norma il corso consiste di lezioni frontali in aula, organizzate in spiegazioni teoriche, applicazioni pratiche ed esercizi. Modifiche potranno essere apportate a causa delle norme di prevenzione della pandemia da COVID-19.

E' fortemente incoraggiata la partecipazione degli studenti alla lezione, sia in aula che a distanza, attraverso domande, stimoli di discussione, richieste di chiarimenti, suggerimenti per la soluzione degli esercizi.

La frequenza alle lezioni, sia in aula che a distanza, sebbene non obbligatoria, è consigliata per facilitare la comprensione e l'apprendimento.

Al termine di ogni argomento e nell'ambito delle esercitazioni previste in aula, possono essere organizzate delle verifiche di apprendimento senza alcuna finalità di valutazione (senza voto), al solo scopo di rendere gli studenti consapevoli del proprio livello di comprensione degli argomenti trattati.

E’ previsto l’uso della piattaforma https://virtuale.unibo.it/ sia per l'archiviazione del materiale didattico che per comunicare direttamente con gli studenti, attraverso il Forum. In quella sede gli studenti possono porre quesiti, proporre soluzioni e discutere tra loro e con la docente.

E’ incoraggiata la richiesta di ricevimento, prevalentemente on-line tramite gli specifici applicativi messi a disposizione dall'Ateneo, su appuntamento via e-email, sia personale che di gruppo, per conversazioni con la docente in caso di difficoltà nell’affrontare lo studio della materia e per ogni altra questione che non sia possibile risolvere via e-mail o Forum.

 

Modalità di verifica e valutazione dell'apprendimento

La prova finale per l'esame di Fisica 1 è costituita da una sessione scritta e da una sessione orale.

Non ci sono vincoli per l'ammissione alla prova scritta. Per sostenere la prova orale, invece, è obbligatorio avere superato con successo (almeno 18/30) una prova scritta nella medesima sessione. Non sono previsti parziali durante l'anno.

• La prova scritta contiene alcuni problemi finalizzati ad accertare la conoscenza degli argomenti compresi nel programma. La difficoltà degli esercizi è confrontabile con quella degli esercizi svolti a lezione sotto la guida della docente. Esempi di esame sono reperibili sulla piattaforma https://virtuale.unibo.it/. A ciascun quesito / esercizio è attribuito un punteggio. La somma totale dei punteggi è 30. Il punteggio è attribuito per intero se il risultato finale (numerico o con formule) è corretto e se la giustificazione del risultato è logica e coerente. In caso contrario vengono applicate delle penalizzazioni. Per esempio: un risultato numericamente corretto, associato a un procedimento risolutivo errato viene considerato nullo; un errore di calcolo associato a un procedimento corretto viene penalizzato. Il punteggio finale dello scritto è dato semplicemente dalla somma dei punti ottenuti nei vari esercizi/quesiti.
  
• E' ammesso solo l'uso di calcolatrici. Non è consentita la consultazione di appunti o libri. La durata della prova scritta è di 90 minuti.  Si possono sostenere più prove scritte nella medesima sessione. Durante la prova scritta ci si può ritirare in qualunque momento. In considerazione delle condizioni sanitarie determinate dalla pandemia di COVID-19 la prova scritta potrebbe avere luogo a distanza tramite gli applicativi messi a disposizione dall'Ateneo. Maggiori e più precise informazioni verranno fornite in prossimità dell'appello. E' possibile che in questi casi alcuni dettagli relativi alle regole di svolgimento della prova siano modificati. Restano comunque validi i principi generali.  In caso di prova in aula, per nessun motivo è consentito uscire dall'aula prima della consegna finale dell'elaborato. Gli studenti sorpresi a copiare o a comunicare fra loro o con l'esterno verranno immediatamente esclusi dalla prova scritta e l'esito registrato come RITIRATO.
  

• Superata positivamente la prova scritta (voto>17/30), lo studente è ammesso alla prova orale da sostenere in uno degli appelli della medesima sessione. Scaduto questo termine la prova scritta deve essere ripetuta.
• La prova orale dura in genere 15-20 minuti e parte dalla discussione dell'elaborato scritto e degli eventuali errori.  Prevede almeno una domanda di verifica della comprensione di ciascuno dei macro-argomenti compresi nel programma: meccanica del punto/dei sistemi di punti; meccanica dei fluidi; termodinamica. Anche lo svolgimento della prova orale è soggetto alle modalità decise dall'Ateneo in relazione all'epidemia di COVID-19.
• Il superamento della prova scritta NON è garanzia del superamento della prova complessiva: entrambe le sessioni, scritta e orale, devono risultare pienamente sufficienti.
  
• Fisica 1 fa parte del Corso Integrato (C.I.) di Fisica, che include anche Fisica 2. La registrazione del voto di Fisica Corso Integrato (C.I.), 12 CFU, avverrà solo dopo il superamento sia della prova di Fisica 1 che della prova relativa a Fisica 2, con voto finale ottenuto dalla media (arrotondata per eccesso) dei due voti.
  
• Non c'è propedeuticità tra i due moduli e il voto finale dell'esame può essere verbalizzato da uno qualunque dei due docenti.
• Le prove relative ai due moduli devono essere superate a non più di un anno e mezzo di distanza (per tenere conto dei diversi semestri in cui vengono seguiti i corsi).
• Per ottenere la Lode, bisogna avere superato lo scritto con almeno 29/30 e sostenuto una prova orale eccellente.
  

Indicazioni pratiche per l'iscrizione alle prove d'esame:

• L'iscrizione alla prova scritta avviene tramite la registrazione su sito Almaesami. La lista viene aperta normalmente con ampio anticipo e viene chiusa alcuni giorni prima della prova scritta. Si raccomanda di controllare la data di chiusura perché non sono accettate iscrizioni tardive in nessun caso.

• L'iscrizione alla prova orale avviene tramite registrazione in Almaesami. E' possibile iscriversi fino al giorno prima. Per la prova orale si segue l'ordine di iscrizione in Almaesami. La prova orale potrebbe svolgersi su più giorni qualora il numero di iscritti sia maggiore di 30. Eventuali  variazioni nell'ordine della lista sono ammesse previo accordo tra gli studenti.
  

 

Strumenti a supporto della didattica

Le lezioni sono tenute principalmente utilizzando la lavagna tradizionale e il gesso. Variazioni sono prevedibili in seguito alle modalità di didattica a distanza conseguenti all'epidemia da COVID-19 e verranno rese note in prossimità delle lezioni.

Si potrà fare ricorso a brevi filmati, grafici, disegni, slide riassuntive e altro materiale utile a facilitare la comprensione di alcuni concetti. Di norma tale materiale è reso disponibile agli studenti su https://virtuale.unibo.it/, il sito dedicato all'archiviazione del materiale didattico, insieme a raccolte di esercizii e ai testi degli esercizi d'esame.

Gli studenti con disabilità (DSA) sono invitati a contattare in tempo utile la docente per concordare eventuali adattamenti da applicare sia durante le lezioni, per garantire loro la piena fruibilità del corso, sia in sede di esame.

Orario di ricevimento

Consulta il sito web di Annarita Margiotta