00405 - FISICA

Conoscenze e abilità da conseguire

Al termine del corso, lo studente conosce in cosa consiste il metodo scientifico, il concetto di misura di una grandezza ed errore associato, le idee base della Fisica.

Contenuti

-) Sistema Internazionale di unità di misura. Unità di tempo, lunghezza, massa e carica elettrica.

-) Cinematica: concetto e definizione di velocità e accelerazione. Significato geometrico. Legge oraria dei moti rettilineo uniforme, uniformemente accelerato e circolare uniforme.

-) Dinamica: leggi del moto di Newton. Forze e quantità di moto. Esempi di forze: gravitazionale, elastica, attrito. Sensori di forza e accelerometri.

-) Lavoro ed energia: Lavoro e potenza di una forza. Lavoro e energia cinetica. Forze conservative e energia potenziale.

-) Elettrostatica: Legge di Coulomb. Campo elettrico. Energia potenziale e potenziale elettrico. Flusso del campo elettrico e teorema di Gauss. Il condensatore. Sensori capacitivi.

-) Correnti elettriche: Legge di Ohm. Mobilità e resistività: conduttori e isolanti. Effetto Joule. Resistenze in serie e parallelo. Leggi di Kirchhoff. Misure di corrente e tensione. Condensatori in serie e parallelo. Circuiti RC. Sensori resistivi.

-) Magnetismo: Correnti elettriche e campo magnetico. Forza di Lorentz. Induzione elettromagnetica. Sensori di campo magnetico a effetto Hall. Applicazioni dell'induzione elettromagnetica.

-) Onde elettromagnetiche: proprietà (frequenza, lunghezza d’onda, velocità, energia). Generazione e propagazione di onde elettromagnetiche. Il concetto di fotone.

Programma dettagliato, lezione per lezione

Sistema internazionale di unità di misura: lunghezza, tempo e massa. Cinematica del punto materiale: velocità e accelerazione in 1 dimensione. Moti rettilineo uniforme e rettilineo uniformemente accelerato.

Cinematica in 2 e 3 dimensioni. Velocità e accelerazione. Moto su una circonferenza. Moto circolare uniforme: periodo, frequenza e velocità angolare.

Moto armonico. Moto balistico in due dimensioni. Traiettoria parabolica: gittata. Velocità relativa per sistemi in moto rettilineo uniforme.

Principi della dinamica. Primo principio: conservazione della quantità di moto. Significato di sistema di riferimento inerziale. Secondo principio: forza e accelerazione. Forze fondamentali della natura. Terzo principio: azione e reazione.

Applicazioni dei principi della dinamica: ascensore in discesa e risalita, funi e carrucole, moto dei satelliti, piano inclinato, forza di attrito.

Moto vincolato su una circonferenza nel piano orizzontale: limite di aderenza. Il pendolo: piccole oscillazioni e periodo. La forza elastica. Accelerometri: principio di funzionamento. Gli accelerometri MEMS.

Definizione di energia cinetica e lavoro. Potenza. Teorema del lavoro e dell'energia cinetica. Lavoro di una forza costante, della forza elastica, e della forza di gravità.

Lavoro indipendente dal percorso: forze conservative e energia potenziale. Forza costante, di gravità, elastica. Relazione fra forza e energia potenziale. Conservazione dell'energia meccanica. Moto a energia costante in potenziale arbitrario: analisi grafica.

Forze non conservative. Variazioni di energia meccanica e produzione di calore (cenni). La definizione di caloria. Forze dissipative: attrito e resistenza nel moto in un fluido.

Carica elettrica: legge di Coulomb. Significato di campo elettrico: campo di una carica puntiforme, di un dipolo e di un filo uniformemente carico. Flusso del campo elettrico e teorema di Gauss (prima equazione di Maxwell).

Campo di una lastra carica. Il condensatore. Definizione di capacità. Energia potenziale e potenziale elettrico. Energia immagazzinata in un condensatore. Condensatori e dielettrici. Sensori capacitivi.

Moto di cariche in campi elettrici. Conduttori e isolanti. Modello microscopico di conducibilità. Legge di Ohm.

Resistenze e capacità in serie e in parallelo. Circuiti in corrente continua. Leggi di Kirchoff.

Effetto Joule. Energia in un condensatore. Bilancio energetico. Transitori RC.

Campo magnetico e cariche in movimento: Forza di Lorentz. Definizione di prodotto vettoriale. Effetto Hall e sensori di campo magnetico. Forza magnetica su un filo percorso da corrente.

Sorgenti del campo magnetico e sue caratteristiche. Assenza di monopoli magnetici. Teorema della circuitazione di Ampère. Campo magnetico di un filo e di un solenoide. Forza tra fili percorsi da corrente: definizione dell'Ampère nel SI. Permeabilità magnetica relativa.

Induzione elettromagnetica: legge di Faraday. Il verso della corrente indotta: legge di Lenz. Campi elettrici non conservativi. Generatori di corrente alternata.

Forza elettromotrice indotta su conduttori in movimento. Forza controelettromorice. Applicazioni dell'induzione elettromagnetica: trasformatori, alternatori, lettura di tag RFID, Inductive Power Transfer.

Definizione di induttanza (L) e suo comportamento nei circuiti. Energia immagazzinata nel campo magnetico. Transitori RL. Comportamento di resistenza (R), capacità (C) e induttanza (L) in corrente alternata. Circuito oscillante LC: frequenza di risonanza. Circuito RLC serie: analisi col metodo dei fasori.

Corrente di spostamento. Equazioni di Maxwell. Onde elettromagnetiche: generazione, ricezione e proprietà. Il concetto di fotone.

Testi/Bibliografia

1) Giancoli, "FISICA", Casa Editrice Ambrosiana. Disponibile anche in due volumi, leggermente più approfonditi, "FISICA 1" e "FISICA 2"

2) Walker, "FONDAMENTI DI FISICA", Pearson

3) Halliday, Resnick, Walker, "FONDAMENTI DI FISICA", Casa Editrice Ambrosiana. Disponibile anche in due volumi, "Meccanica-Onde-Termodinamica" e "Elettromagnetismo-Ottica"

Metodi didattici

Lezioni frontali alla lavagna, esercitazioni

Modalità di verifica e valutazione dell'apprendimento

La verifica dell'apprendimento consiste in un esame scritto in cui il candidato deve risolvere alcuni problemi relativi agli argomenti del corso. A richiesta dello studente è possibile integrare l'esame scritto, purché sufficiente, con un colloquio orale.

Strumenti a supporto della didattica

Esercizi con soluzione in preparazione al compito scritto, disponibili su AMS Campus

Orario di ricevimento

Consulta il sito web di Luca Pasquini