00405 - FISICA

Conoscenze e abilità da conseguire

Al termine del corso, lo studente conosce le basi della dinamica classica, il significato di lavoro ed energia e i fondamenti dell’elettromagnetismo. Lo studente è in grado di risolvere semplici problemi e di applicare i concetti appresi a dispositivi e sensori usati nella tecnologia dell’informazione.

Contenuti

-) Sistema Internazionale di unità di misura. Unità di tempo, lunghezza, massa e corrente 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. Sorgenti del campo magnetico. Induzione elettromagnetica. Applicazioni dell'induzione elettromagnetica. 

Programma dettagliato

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.

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. 

Moto di cariche in campi elettrici. Conduttori e isolanti. Modello microscopico di conducibilità. Legge di Ohm. Caratteristica V-I di un campione; materiali semiconduttori e giunzione p-n.

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. Sensori capacitivi e resistivi.

Campo magnetico e cariche in movimento: Forza di Lorentz. Definizione di prodotto vettoriale. 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. Permeabilità magnetica relativa e ferromagnetismo (cenni).

Induzione elettromagnetica: legge di Faraday. Il verso della corrente indotta: legge di Lenz. Generatori di corrente alternata. Campi elettrici non conservativi. Legge di Ampere-Maxwell. Equazioni di Maxwell. 

Applicazioni dell'induzione elettromagnetica: trasformatore, motore a induzione, lettura di tag RFID, Inductive Power Transfer, correnti parassite.

Corrente di spostamento. Equazioni di Maxwell.

Testi/Bibliografia

1) Walker, "FONDAMENTI DI FISICA", Pearson

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

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 con uso di lavagna, diapositive proiettate, semplici dimostrazioni dal vivo di alcuni fenomeni oggetto di studio. Ogni lezione comprende momenti dedicati all'illustrazione di esempi applicativi e allo svolgimento di esercizi. Saranno svolte inoltre sessioni interamente dedicate alle esercitazioni.

Modalità di verifica e valutazione dell'apprendimento

In caso di esami scritti da remoto, la verifica dell'apprendimento consisterà in un quiz contenente sia domande a risposta multipla sia domande "calcolate" con risposta numerica. Non viene data penalità per risposte errate. Ogni domanda presenta un problema relativo agli argomenti trattati durante il corso. Le domande, in numero pari a 12 a risposta multipla (1 punto ciascuna) e 12 calcolate (2 punti ciascuna), saranno estratte in modo casuale da un gruppo più vasto di domande. E' consentito l'uso di calcolatrice, appunti e libri. La somma dei punti delle domande del quiz è pari a 36. L'esame è superato con un punteggio maggiore o uguale di 18. Un punteggio maggiore o uguale a 31 corrisponde a 30 con lode.

In caso di esami scritti in presenza, saranno proposti 4-5 esercizi articolati volti a coprire i vari argomenti trattati nel corso, che saranno svolti su carta e corretti e valutati manualmente dal docente.

A richiesta dello studente è possibile integrare l'esame scritto, purché sufficiente, con un colloquio orale in cui verranno poste domande di teoria.

Strumenti a supporto della didattica

Sono disponibili su Insegnamento OnLine i seguenti materiali didattici:

-) Appunti usati dal docente per lo svolgimento delle lezioni e dispense per gli studenti

-) Esercizi con soluzione

-) Video di lezioni ed esercitazioni

-) Script in MATLAB dedicati alla soluzione di problemi di fisica e/o simulazione del mondo fisico

Orario di ricevimento

Consulta il sito web di Luigi Guiducci