Università degli Studi di Catania- Dipartimento di Scienze Geologiche
Corso di Laurea in Scienze Biologiche, Geologiche e Ambientali
Anno Accademico 2015/16
Fisica – Applicazioni di Fisica (6+3 CFU)
Docente titolare dell’insegnamento: Prof. Elena BRUNO
Edificio/Indirizzo Dipartimento di FIsicae Astronomia, via Santa Sofia 64, Catania
Telefono , email: 0953785371, [email protected], pagina web www.dfa.unict.it/home/bruno
Orario ricevimento: Giovedi h 18-19 (su richiesta)
OBIETTIVI
FORMATIVI
-
possedere un'adeguata conoscenza di base dei diversi argomenti trattati;
-
possedere familiarità con il metodo scientifico;
-
saper comprendere ed utilizzare strumenti matematici adeguati
-
avere la capacità di collegamento tra i vari argomenti
PREREQUISITI
RICHIESTI
Calcolo algebrico, trigonometria di base, geometria (calcolo aree e volumi delle principali
figure geometriche elementari, teorema di Pitagora, relazioni tra gli angoli nei triangoli,
rette parallele e perpendicolari e relativi angoli, ecc.), calcolo vettoriale, capacità di
manipolare i dati (cifre significative, metodo scientifico, equivalenze, cambio unità di
misura, notazione scientifica dei numeri come ad esempio 6.022×1023, 1.6×10-19, etc),
coordinate cartesiane, calcolo differenziale, cenni del calcolo integrale.
FREQUENZA
LEZIONI
Obbligatoria
TESTI DI
RIFERIMENTO
PROVA
D’ESAME
I seguenti testi sono tutti equivalenti. Di seguito elencato in ordine sparso.
[1] “Fondamenti di fisica – volume unico” , Halliday Resnick Walker – 7° edizione
(2015)
[2] "Fisica generale - Principi e applicazioni", A. Giambattista, B. McCarthy
Richardson, R. C. Richardson, Casa Ed. Graw Hill, (4 edizione)
[3] "Fisica con fisica moderna" II edizione, Giancoli, Casa Editrice Ambrosiana
(edizione 2006 o 2007)
[4] "Principi di fisica", J. Serway, Casa ed. EdiSES
Test con domande a risposta
multipla ed esercizi sulla parte di
programma svolta fino a quel
momento
(calcolo
vettoriale,
misure, meccanica, fluidi).
Prove in itinere durante il corso
Il superamento della prova in
itinere darà l'accesso a giugno a
una prova scritta limitata solo alla
seconda metà del programma, con
cui farà media, per poi accedere
all'orale conclusivo.
Compito scritto con domande a
risposta multipla ed esercizi e
successivo esame orale
Eventuali prove di fine corso
Esempi dei compiti passati su
www.dfa.unict.it/home/bruno
Prove scritte (luogo Dipartimento
di Fisica e Astronomia) nel 2016:
9/2/16 h 9.30
25/3/16 h 9.30
Date d’esame
CONSEGNA
MATERIALE
DIDATTICO
23/6/16 h 9.30
14/7/16 h 9.30
7/9/16 h 9.30
3/10/16 h 10.00
6/12/16 h 15.00 (per fuori
corso)
www.dfa.unict.it/home/bruno
PROGRAMMA DEL CORSO
Si può qui allegare il programma che si inserirà nelle schede insegnamento caricate sulla SUA – CdS
e poi dettagliare la scansione temporale con la quale verranno affrontati i singoli argomenti del
corso, fatti salvi ovviamente possibili slittamenti delle lezioni, che saranno comunicati nelle forme
dovute ( in caso di prima compilazione si suggerisce di utilizzare il registro delle lezioni degli anni
precedenti).
Indicare con un asterisco, *, gli argomenti minimi irrinunciabili per il superamento dell’esame
Gli argomenti elencati saranno svolti in ordine di programma, come indicato (si veda il n. delle
singole lezioni). Il numero della singola lezione può subire variazioni, ovviamente, in base allo
svolgimento del corso in atto o alla risposta in aula degli studenti.
Argomenti
*1. Introduzione alla fisica (Lezione n.1)
Introduzione. *Descrizione di un fenomeno fisico.
Programma A.A. 2015-16
Rif. Testo
Testo 1: cap 1
Testo 2: cap 1
Testo 3: cap 1
Pagina 2 di 7
*Unità di misura ed equazioni dimensionali. Testo 4: cap 1
Quantificare una grandezza. *Il concetto di errore.
*Unità di misura del Sistema Internazionale (SI):
tempo, massa, lunghezza. *I prefissi. *Unità
derivate. *Equazioni dimensionali.
*2. Calcolo vettoriale (Lezione n.1)
*Grandezze scalari e vettoriali. *Rappresentazione
dei vettori in componenti rispetto ad un sistema di
riferimento. *Somma di vettori. *Prodotto scalare e
vettoriale tra vettori.
*3. Forze e leggi di Newton (Lezione n. 2)
*Il concetto di forza. *Forze e moto. *Prima legge
di Newton. *Sistemi di riferimento inerziali.
*Natura vettoriale delle forze. *Seconda legge di
Newton. *Peso di un corpo. Alcune forze
particolari: attrito, forza di reazione ad un peso.
*Azione e reazione. *Terza legge di Newton.
Testo 1: cap 3
Testo 2: cap Appendice A
Testo 3: cap 3
Testo 4: cap 1
Testo 1: cap 5 e 6
Testo 2: cap 2
Testo 3: cap 4
Testo 4: cap 4
*Sistemi di punti materiali. *Il centro di massa.
*Estensione del concetto per un sistema rigido. *Il
concetto di equilibrio. *Forze interne ed esterne.
*4. Moti rettilinei (lezione n. 3)
*Moto
unidimensionale.
*Definizione
di Testo 1: cap. 2 e 4
spostamento, velocità media, velocità istantanea. Testo 2: cap 3, 4
*Accelerazione media e istantanea.
Testo 3: cap 2
*Moto rettilineo ad accelerazione costante. Moti Testo 4: cap 2, 3
in più dimensioni. *Scomposizione dei moti lungo
gli assi di un sistema di riferimento. Moto del
proiettile.
Testo 1: cap. 4 e 6
Testo 2: cap 5
*Cenni di moto circolare uniforme. *Posizione e
Testo 3: cap 5
spostamento e velocità angolare. *Accelerazione
Testo 4: cap 5
centripeta. *Periodo e frequenza. *Velocità
angolare della Terra.
*5. Moto circolare uniforme (Lezione n. 4)
Testo 1: cap 13
*6. Gravitazione (Lezione n. 3)
Testo 2: cap 2
*La gravitazione. Legge di Newton. *Energia Testo 3: cap 5 e 9
potenziale gravitazionale. *La forza di Newton è Testo 4: cap 4
conservativa. Velocità di fuga.
*7. Energia meccanica e lavoro (lezione n. 5)
*Lavoro ed energia. *Definizione di lavoro
meccanico. *Teorema delle forze vive. *Lavoro e
forza peso. *Forza elastica e lavoro della forza
elastica (molla). Definizione di potenza.
Programma A.A. 2015-16
Testo 1: cap 7 e 8
Testo 2: cap 6
Testo 3: cap 6
Testo 4: cap 6, 7
Pagina 3 di 7
*Energia potenziale. *Definizione di forze
conservative e non. *Lavoro ed energia
potenziale.
*Conservazione
dell’energia
meccanica. Relazione tra forza ed energia
potenziale. Estensione della conservazione
dell’energia meccanica.
Testo 1: cap 9
*8. Quantità di moto e urti (Lezione n. 6)
Testo 2: cap 7
*Quantità di moto. *Quantità di moto per un Testo 3: cap 7
sistema di punti. *Gli urti. *Conservazione della Testo 4: cap 8
quantità di moto. *Centro di gravità e baricentro
Testo 1: cap 10 e 11
*9. Moto rotatorio (Lezione n. 7)
Testo 2: cap 8
*Moto rotazionale. *Momento di inerzia. Testo 3: cap 8
*Definizione
di
momento
angolare. Testo 4: cap 10
*Conservazione del momento angolare.
*10. Fluidi (Lezione n. 8)
*Definizione di fluido.
Testo 1: cap 14
*Pressione. *Come varia la pressione di un fluido
Testo 2: cap 9
a riposo in un campo gravitazionale. *Principio di
Testo 3: cap 10
Pascal. *Equazione di Bernoulli di conservazione
Testo 4: cap 15
dell’energia nel caso di fluidi. *Principio di
Archimede.
*Fluidi reali: viscosità e tensione superficiale. La
lava.
*11. Calore e cenni di termodinamica (Lezioni n. 9
e 10)
*Definizione di temperatura. Punto triplo
dell’acqua. Termometro a gas perfetto.
*Dilatazione termica.
Testo 1: cap 18 e 20
Testo 2: cap 12, 13, 14
Testo 3: cap 13, 14 e 15
Testo 4: cap 16, 17, 18
*Calore e temperatura. *Capacità termica e calore
specifico.
*Transizioni di fase. *Calore latente. Esempio sul
calore latente. *Stato termodinamico (equilibrio).
*Funzioni di stato. *Trasmissione del calore:
conduzione, convezione e irraggiamento. Il
problema del riscaldamento globale.
*Prima
legge
della
termodinamica.
Trasformazioni reversibili e irreversibili. * Seconda
legge della termodinamica. *Processi reversibili e
irreversibili. *Entropia. *Terza legge della
termodinamica.
*12. Proprietà elettriche della materia (Lezione n. Testo 1: cap 21, 22, 23, 24, 25
Programma A.A. 2015-16
Pagina 4 di 7
11, 12 e 13)
*Cariche elettriche. *Quantizzazione della carica
elettrica. *Conduttori ed isolanti. *La legge di
Coulomb. *Definizione di campo elettrico. *Linee
di campo. *Legge di Gauss per il campo elettrico.
Testo 2: cap 15, 16
Testo 3: cap 16, 17
Testo 4: cap 19, 20
*Potenziale elettrico. *Differenza di potenziale.
*Lavoro. *Superfici equipotenziali. Potenziale di
una sfera carica.
*Condensatori e capacità. Condensatori ideali.
*13. Correnti e circuiti (Lezione n. 14)
*Correnti elettriche. *Densità di corrente.
*Resistenza. *Legge di Joule. *Resistenze in serie e
parallelo. *Generatori di fem. *Esempi di circuiti e
leggi di Kirchoff.
*14. Proprietà magnetiche della materia (Lezione
n. 15, 16)
*I magneti permanenti. *Campo magnetico
terrestre. * Effetto del campo magnetico sul moto
delle cariche elettriche. *Forza di Lorentz. Altre
sorgenti di campo magnetico. *Legge di BiotSavart
Testo 1: cap 26 e 27
Testo 2: cap 17
Testo 3: cap 18, 19
Testo 4: cap 21
Testo 1: cap 28, 29, 30, 32
Testo 2: cap 18, 19
Testo 3: cap 20, 21
Testo 4: cap 22, 23
Cenni sulla legge di Gauss per il campo magnetico.
*Legge di Ampere.
*Flusso del campo magnetico. *Legge di Faraday.
*Forza elettromotrice indotta
Cenni sulle equazioni di Maxwell nel vuoto.
*15. Elasticità e oscillazioni (Lezione n. 17)
*Deformazioni elastiche nei solidi. *Legge di
Hooke per forze di trazione e compressione. *Il
moto armonico semplice. *Cenni sul moto
armonico smorzato. *Cenni sulle oscillazioni
forzate e risonanza.
Testo 1: cap 15
Testo 2: cap 10
Testo 3: cap 11
Testo 4: cap 12
*16. Onde (Lezioni n. 18 e 19)
*Cos’è un’onda. *Onde trasversali e longitudinali.
*Lunghezza d’onda e frequenza. *Onde
meccaniche ed elettromagnetiche. *Fenomeni di
riflessione, rifrazione e interferenza.
Testo 1: cap 16, 17, 33
Testo 2: cap 11, 20, 21, 23
Testo 3: cap 11, 12, 22, 24
Testo 4: cap 13, 14, 24, 25, 27
*Onde meccaniche e trasporto di energia. I
terremoti. *Onde stazionarie. Onde sonore.
*Effetto Doppler e applicazioni.
*Onde elettromagnetiche. *Spettro
elettromagnetico. *Onde piane e trasversali.
*Velocità nel vuoto e in un mezzo. *Indice di
Programma A.A. 2015-16
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rifrazione. *Energia dell’onda elettromagnetica.
Principio di Huygens. *Interferenza e diffrazione.
Potere risolutivo: criterio di Reyleigh.
Spettrometri e spettroscopia e loro applicazioni.
*La polarizzazione: circolare, lineare. Polaroidi.
*17. Ottica geometrica (Lezione n. 20)
*Ottica geometrica: spettro luminoso. *Indice di
rifrazione. *Riflessione e rifrazione. *Riflessione
totale e angolo limite. *Dispersione cromatica.
*Strumenti ottici: specchi, diottri e lenti e loro
applicazioni.
Testo 1: cap 34
Testo 2: cap 22
Testo 3: cap 23, 25
Testo 4: cap 26
Esempi di domande e/o esercizi frequenti
Domande e esercizi più frequenti: ce n’è sempre
uno sulla meccanica, uno sull’ottica, uno sui fluidi,
uno sull’elettromagnetismo, uno sui cenni di
termodinamica, cioè uno per ogni macro-area del
programma.
Conoscenze
minime
irrinunciabili
superamento dell’esame:
per
il
occorre sapere quanto segue:
Prima ancora delle formule, lo studente deve
conoscere bene le varie definizioni e capire il
significato fisico delle cose; deve, inoltre, saper
collegare gli argomenti ed evidenziare gli
eventuali parallelismi (esempi: varie forme della
seconda legge di Newton, campo elettrico vs
campo magnetico, ecc.). Non imparare le cose a
memoria ma saperle spiegare.
Sapere riconoscere (e manipolare) grandezze
scalari e vettoriali. Saper passare da un’unità di
misura all’altra.
Sapere valutare e manipolare le forze agenti su
un sistema.
Conoscere le varie leggi di conservazione
(esempi: energia nelle sue varie forme, quantità
di moto, momento angolare, carica elettrica,
ecc.) e le relative applicazioni (esempi: studio
del moto dei corpi, urti, correnti elettriche,
circuiti elettrici, ecc.).
Programma A.A. 2015-16
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Saper fare la rappresentazione la grafica dei
fenomeni (esempi: moto dei corpi, costruzione
immagini con specchi e lenti, trasformazioni di
stato, …)
Conoscere lo spettro elettromagnetico e il range
delle varie lunghezze d’onda e sapere con quali
fenomeni in natura queste si confrontano.
Conoscere l’ordine di grandezza dei fenomeni
(esempi: dimensione di un atomo dell’ordine
dell’Å, dimensione del nucleo dell’ordine del fm,
luce visibile nel range di 400-700 nm, massa
dell’elettrone dell’ordine di 10-31 kg, ecc.) e
saper riconoscere, quindi, se il risultato di un
problema ha o no significato fisico.
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