28626 - FISICA GENERALE T-A

Scheda insegnamento

  • Docente Annarita Margiotta

  • Crediti formativi 6

  • SSD FIS/01

  • Modalità didattica Convenzionale - Lezioni in presenza

  • Lingua di insegnamento Italiano

  • Campus di Bologna

  • Corso Laurea in Ingegneria civile (cod. 8888)

SDGs

L'insegnamento contribuisce al perseguimento degli Obiettivi di Sviluppo Sostenibile dell'Agenda 2030 dell'ONU.

Istruzione di qualità Parità di genere

Anno Accademico 2022/2023

Conoscenze e abilità da conseguire

Al termine del corso, dopo avere superato la prova di verifica finale, lo studente possiede una conoscenza degli aspetti metodologici generali della fisica (il ruolo degli esperimenti e la loro formalizzazione in schemi e leggi) e dei concetti fondamentali della meccanica del punto materiale e dei sistemi, nonché la capacità di impiegare tali concetti nella soluzione di problemi concreti.

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: Definizione di vettore e sue proprietà. Versore. Operazioni con i vettori. Versori cartesiani. Sistema di coordinate cartesiano ortogonale. Rappresentazione cartesiana dei vettori. Le operazioni tra vettori nella rappresentazione cartesiana. Coordinate polari a 2 dimensioni e a 3 dimensioni (sferiche e cilindriche). Derivata di un versore, relazioni di Poisson. Derivata di un vettore. Derivate parziali. Operatore vettoriale nabla, gradiente, divergenza e rotore in coordinate cartesiane. Definizione di vettore applicato. Momento di un vettore applicato.

Meccanica del punto materiale

- Cinematica del punto materiale.

Il concetto di punto materiale, descrizione vettoriale del moto, descrizione intrinseca del moto. Le variabili cinematiche: vettori posizione, velocità, accelerazione e loro unità di misura in notazione cartesiana e intrinseca. Classificazione dei moti. Moto rettilineo uniforme e uniformemente accelerato. Moto di un grave. Moto circolare uniforme e moto circolare uniformemente accelerato. Descrizione vettoriale del moto circolare e definizione delle grandezze vettoriali associate. Velocità angolare, accelerazione angolare. Moto armonico come proiezione del moto circolare uniforme. Equazione del moto armonico. Moti relativi. Cambiamento del sistema di riferimento, leggi di trasformazione della posizione, della velocità e della accelerazione. Trasformazioni di Galileo.

- Dinamica del punto materiale: Introduzione alla dinamica. Definizione di forza e unità di misura. Leggi della dinamica di Newton. Sistemi di riferimento inerziali. Quantità di moto. Impulso di una forza. Reazioni vincolari. Forza peso. Forze di attrito radente statico e dinamico. Moto di un punto materiale lungo un piano inclinato con e senza attrito. Forze centripete: moto su curva piana, su curva sopraelevata con e senza attriti. Forza elastica. Pendolo semplice. Pendolo conico con e senza superficie conica. Attrito viscoso. Lavoro di una forza. Energia cinetica e teorema delle forze vive. Potenza. Calcolo del lavoro per la forza peso, la forza elastica e la forza di attrito. Energia potenziale e suo calcolo per alcune forze notevoli. Forze conservative. Proprietà delle forze conservative. Forza come gradiente dell'energia potenziale. Moti in un sistema di riferimento non inerziale, forze fittizie. Definizione di momento angolare e di momento di una forza. Teorema del momento angolare. Forze centrali. Conservazione dell’energia meccanica e del momento angolare per un punto materiale sottoposto a forze centrali.

Meccanica dei sistemi di punti materiali

- Sistemi di punti materiali. Definizione di centro di massa e di baricentro. Definizione delle variabili cinematiche e dinamiche per i sistemi di punti materiali. Teoremi del centro di massa. Teorema del momento angolare per un sistema di punti materiali. Equazioni cardinali della dinamica dei sistemi. Teoremi di Konig del momento angolare e dell'energia cinetica. Moto del centro di massa e moto rispetto al centro di massa. Sistema di riferimento del centro di massa. Lavoro in un sistema di punti materiali. Urti. Leggi di conservazione in un urto: quantità di moto, momento angolare, energia. Urti elastici e anelastici.

Meccanica del corpo rigido

Definizione di corpo rigido. Equazione fondamentale della cinematica del corpo rigido. Moto di pura traslazione. Moto di rotazione attorno ad un asse fisso. Momento di inerzia. Teorema di Huygens-Steiner. Moto di puro rotolamento. Pendolo balistico. Pendolo fisico. Calcolo del momento di inerzia di una sbarra. Calcolo del momento di inerzia di un cilindro omogeneo e di un cilindro cavo. Urti tra un punto materiale e un corpo rigido e leggi di conservazione. Cenni di statica del corpo rigido.

Gravitazione universale

Leggi di Keplero e derivazione della legge di gravitazione universale. Massa inerziale e massa gravitazionale. Analogia Luna - caduta di un grave. Teoremi dei gusci (enunciati). Moto di un punto materiale in un tunnel scavato attraverso la Terra. La costante di gravitazione universale G. L'esperimento di Cavendish e la misura della massa terrestre. Energia potenziale gravitazionale ed energia potenziale di un punto materiale sulla superficie terrestre. Velocità di fuga. La gravità vicino alla superficie terrestre: dipendenza di g dalla latitudine, varie possibili dipendenze dalla natura del geoide terrestre.

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:

  • S. Focardi, I. Massa, A. Uguzzoni, M. Villa: Fisica Generale - Meccanica e Termodinamica, Casa Editrice Ambrosiana.

Oppure, in alternativa:

  • P. Mazzoldi, M. Nigro, C. Voci: Fisica Vol.1 Meccanica - Termodinamica, EdiSES

Per prendere familiarità con la risoluzione degli esercizi, oltre agli esempi presentati a lezione e ai testi dei compiti degli anni precedenti, si può fare ricorso ai numerosi esercizi disponibili su web oppure a uno degli eserciziari indicati di seguito

  • M. Villa, A. Uguzzoni: Esercizi di fisica - Meccanica, Come risolvere i problemi, Casa Editrice Ambrosiana.
  • C. Mencuccini, V. Silvestrini: Esercizi di Fisica - Meccanica e Termodinamica, Zanichelli.
  • G. Guidorzi, A. Zanzi: PROBLEMI DI FISICA GENERALE I Meccanica, Onde, Fluidodinamica, Termodinamica, Casa Editrice Ambrosiana.

Sul sito IOL sono disponibili:

  • le trasparenze e i riferimenti a video e immagini presentati a lezioni. Questo materiale NON è sufficiente per la preparazione dell’esame. E’ 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. 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/ per archiviare il materiale didattico a disposizione degli studenti e per comunicare direttamente con gli studenti, attraverso il Forum. Gli studenti possono in quella sede 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 verifica dell’apprendimento avviene attraverso un esame finale, che accerta l’acquisizione delle conoscenze e delle abilità attese tramite lo svolgimento di una prova scritta e di un colloquio orale. Non ci sono vincoli per l'ammissione. Non sono previsti parziali durante l'anno.

  • La prova scritta consiste di alcuni problemi (da 3 a 5)  finalizzati ad accertare la conoscenza degli argomenti compresi nel programma. Esempi di esame sono reperibili sulla piattaforma https://virtuale.unibo.it/. A ciascun quesito / esercizio è attribuito un punteggio, indicato sulla traccia. 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 leggermente 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 generalmente di 90 minuti.  Si possono sostenere più prove scritte nella medesima sessione, ma vale il voto dell'ultima prova consegnata (anche se risultasse inferiore al voto conseguito precedentemente). Durante la prova scritta ci si può ritirare in qualunque momento. 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.
  • 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.
  • 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 da una discussione dell'elaborato scritto. Prevede almeno una domanda su ciascuno dei macro-argomenti compresi nel programma. L'obiettivo è l'accertamento della comprensione dei contenuti del corso, l'acquisizione di un linguaggio appropriato e la capacita' di ragionamento scientifico nella risposta a semplici quesiti.
  • 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. Il voto finale sarà dato dalla media dello scritto e dell'orale, ammesso che entrambi risultino pienamente sufficienti.entrambe le sessioni, scritta e orale, devono risultare pienamente sufficienti.
  • In seguito alla prova orale verrà espresso un voto, verbalizzato su AlmaEsami.

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

  • L'iscrizione alla prova scritta avviene tramite la registrazione su sito Almaesami. Indicativamente la lista viene chiusa alcuni giorni prima della prova scritta. Non sono accettate iscrizioni tardive in nessun caso.

  • L'iscrizione alla prova orale avviene tramite registrazione su Almaesami. E' possibile iscriversi fino al giorno precedente la prova. 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 scambi di posizione nella lista sono ammessi previo accordo tra gli studenti.

NOTE:

Il superamento dell’esame è garantito agli studenti che dimostreranno padronanza e capacità operativa in relazione ai concetti chiave illustrati nell'insegnamento e in particolare ai fondamenti della meccanica classica. Un punteggio più elevato sarà attribuito agli studenti che dimostreranno di aver compreso e di essere capaci di utilizzare tutti i contenuti dell’insegnamento illustrandoli con capacità di linguaggio e risolvendo problemi anche complessi.

Il mancato superamento dell’esame può essere dovuto all’insufficiente conoscenza o comprensione dei concetti chiave, alla mancanza di riflessione su tali concetti e quindi alla scarsa capacità di applicazione nella risoluzione dei problemi.

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 IOL, 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