Programmi laurea triennale

 

70/0004-M - FISICA 1

Anno Accademico ​2019/2020

Docente
GIOVANNI LUIGI CARLO ​BONGIOVANNI (Tit.)
Periodo
Secondo Semestre​
Modalità d'Erogazione
Convenzionale​
Lingua Insegnamento
ITALIANO​



Informazioni aggiuntive

CorsoPercorsoCFUDurata(h)
[70/72] ​ ​INGEGNERIA CIVILE [72/00 - Ord. 2013] ​ ​PERCORSO COMUNE880
[70/73] ​ ​INGEGNERIA PER L'AMBIENTE E IL TERRITORIO [73/00 - Ord. 2017] ​ ​PERCORSO COMUNE880
[70/77] ​ ​INGEGNERIA CHIMICA [77/00 - Ord. 2017] ​ ​PERCORSO COMUNE880
Obiettivi

Il corso di Fisica 1 è un insegnamento di base in cui vengono introdotti:
i) i concetti elementari della fisica classica concernenti la meccanica e la termodinamica;
ii) gli schemi concettuali e gli strumenti per analizzare quantitativamente fenomeni fisici (“problem-solving”).
L’obiettivo generale è quello di fare acquisire allo studente le conoscenze, competenze ed abilità concernenti la fisica che sono necessarie per perseguire gli obiettivi formativi dei Corsi di Laurea in Ingegneria, con particolare attenzione alle peculiarità dei corsi di Ingegneria Civile, Ambiente e territorio, e Chimica. Più specificatamente, alla fine del corso ci si attende che lo studente abbia sviluppato:
1- (Conoscenze e capacità di comprensione) le conoscenze dei fondamenti della cinematica, della dinamica, delle onde e della termodinamica; la capacità di comprensione e di inquadramento delle problematiche fisiche rilevanti per l’ingegneria.
2- (Indicatore di conoscenza e capacità di comprensione applicate) la capacità di applicare le conoscenze acquisite per risolvere in modo quantitativo e con opportune semplificazioni problemi concernenti: la cinematica e dinamica del punto materiale in una e due dimensioni; la cinematica e dinamica del corpo rigido; l’equilibrio dei corpi rigidi; le onde meccaniche (onde in una corda e sonore); la termodinamica (trasmissione del calore, macchine termiche, macchine frigorifere, trasformazioni di un gas ideale).
3- (Indicatore autonomia di giudizio) la capacità di selezionare le informazioni rilevanti di un fenomeno fisico di interesse e di introdurre le semplificazioni opportune per la sua comprensione ed analisi quantitativa.
4- (Indicatore abilità comunicative) la capacità di descrivere i fenomeni di fisica classica studiati durante il corso utilizzando una corretta terminologia scientifica. Le abilità comunicative devono essere tali da sostenere una proficua discussione con interlocutori specialisti ma anche di sapere trasmettere i concetti chiave ad interlocutori non necessariamente competenti.
5- (Indicatore capacità di apprendere autonomamente) le conoscenze e gli strumenti concettuali fisico-matematici di base necessari per l’apprendimento del sapere scientifico nel campo dell’Ingegneria, nonché per affrontare con un buon grado di autonomia i successivi corsi di fisica (Fisica 2, Meccanica Razionale), di fisica applicata (Fisica Tecnica) e di ingegneria (Scienze delle Costruzioni, Idraulica, etc.).

Prerequisiti

I requisiti sono quelli previsti per la prova di accesso al primo anno: algebra e formule trigonometriche fondamentali. Gli strumenti matematici più avanzati sono forniti dal corso di analisi matematica del primo semestre.

Contenuti

1. Nozioni introduttive
2. Cinematica
3. Dinamica
4. Dinamica rotazionale
5. Oscillazioni
6. Onde
7. Termodinamica

NOZIONI INTRODUTTIVE (3 h)
Grandezze fisiche. Il sistema Internazionale delle unità di misura. Lunghezza, Tempo e Massa. Analisi dimensionale.
CINEMATICA (8 h+3 h)
Il moto. Posizione e spostamento. Velocità media ed istantanea. Accelerazione. Moto uniformemente accelerato. Accelerazione nel moto di caduta libera. Estensione al caso bidimensionale. Moto di proiettili. Moto circolare uniforme: velocità angolare, accelerazione centripeta. Moti relativi in due dimensioni.
DINAMICA (15 h+5 h)
Prima legge di Newton. La Forza. La Massa. Seconda legge di Newton. Forze Particolari. Terza legge di Newton. Attrito e sue proprietà. Resistenza del mezzo e velocità limite. Dinamica del moto circolare uniforme. Energia cinetica. Il lavoro. Lavoro ed energia cinetica. Lavoro della forza peso. Lavoro svolto dalle forze variabili. Lavoro svolto da una molla. Potenza. Forze conservative ed energia potenziale. Energia meccanica e sua conservazione. Curve della energia potenziale. Conservazione della energia. Il centro di massa. Seconda legge di Newton per un sistemi di punti materiali. Quantità di moto. Quantità di moto per un sistema di punti materiali. Conservazione della quantità di moto. Sistemi a massa variabile. Urti. Impulso e quantità di moto. Quantità di moto ed energia cinetica negli urti. Urti anelastici ed elastici.
DINAMICA ROTAZIONALE (6 h+2 h)
Variabili rotazionali e vettori. Rotazione con accelerazione angolare costante. Energia cinetica di rotazione. Momento d’inerzia. Momento di una forza. Seconda legge di Newton per il moto rotatorio. Lavoro ed energia cinetica rotazionale. Rotolamento puro. Momento angolare. Seconda legge di Newton in forma angolare. Momento angolare di un sistema di particelle. Momento angolare di un corpo rigido che ruota attorno ad un asse fisso. Conservazione del momento angolare. Equilibrio e suoi requisiti. Centro di gravità.
OSCILLAZIONI (6 h+2 h)
Oscillazioni. Moto armonico semplice. Considerazioni energetiche sui moti armonici. Pendolo semplice. Pendolo fisico. Smorzamento ed oscillatore armonico smorzato. Oscillazioni forzate e risonanza.
ONDE (9 h+3 h)
Onde trasversali ed onde longitudinali. Lunghezza d’onda e frequenza. Velocità delle onde sulle corde tese. Energia e potenza nel moto ondulatorio. Principio di sovrapposizione. Interferenza di onde. Onde stazionarie. Onde stazionarie e risonanza. Onde acustiche. Velocità del suono. Interferenza. Intensità e livello sonoro. Battimenti. Cenni sulle onde complesse. Effetto Doppler.
TERMODINAMICA (13 h+5 h)
Legge zero della termodinamica. Misura della temperatura. Le scale termometriche.Dilatazione termica. Temperatura e calore. Assorbimento del calore da parte dei solidi e liquidi. Calore e lavoro. Prima legge della termodinamica. Casi particolari della prima legge della termodinamica. Trasmissione del calore. Gas perfetti. Pressione, temperatura e velocità quadratica media. Calori specifici molari per i gas perfetti. Gradi di libertà e calori specifici molari. Espansione adiabatica di un gas ideale. Ciclo di Carnot. Trasformazioni reversibili ed irreversibili. Entropia e secondo principio della termodinamica. Macchine termiche e frigorifere.

Metodi Didattici

La didattica è strutturata in lezioni frontali ed esercitazioni.
- Interazione didattica in aula: "peer instruction". Ad ogni argomento del corso saranno proposti dei quesiti tramite la piattaforma digitale moodle accessibili attraverso un qualsiasi dispositivo multimediale. La piattaforma permette agli studenti (che possono interagire tra di loro in classe) di avere una valutazione della soluzione da loro proposta in tempo reale. Allo stesso tempo il docente ha la possibilità di valutare immediatamente il livello di apprendimento di tutti gli studenti.
- Altri metodi e tecniche di interazione didattica. Gli studenti possono interagire con il docente durante le due ore di ricevimento settimanale durante il semestre. Negli altri periodi dell'anno tramite appuntamento.
- Risoluzione di problemi in modo cooperativo: "Cooperative problem solving". Nelle esercitazioni, gli studenti formano piccoli gruppi per risolvere problemi in modo cooperativo. Il docente ed il tutore discutono con i gruppi l'impostazione, i metodi e le tecniche da loro utilizzati. Questo approccio didattico permette agli studenti di confrontarsi l'uno con l'altro, facilitando in questo modo l'apprendimento e permettendo allo studente di valutare il livello di comprensione acquisito.
- Interazione didattica a distanza. Ogni settimana gli studenti devono risolvere alcuni esercizi, riguardanti gli argomenti sviluppati in classe, da svolgere anche a casa utilizzando la piattaforma digitale moodle. L'uso della posta elettronica ed il sito docente (http://people.unica.it/giovannibongiovanni/) sarà anche utilizzato per lo scambio di ulteriori informazioni (testi di esercizi, testi di esame, …).
La ripartizione approssimativa delle ore fra le varie attività è:
Lezioni frontali: 60 ore
Esercitazioni in classe: 20 ore

Verifica dell'apprendimento

La valutazione dello studente sarà fatta tenendo conto delle prove scritte e dei compiti a casa (effettuati tramite la piattaforma Moodle, così come sopra descritto).
-Prove scritte.
Questa modalità di esame ha lo scopo di valutare l'acquisizione da parte dello studente delle conoscenze, competenze ed abilità che concorrono al raggiungimento degli obiettivi formativi dell'insegnamento. Ci sono due modalità con cui lo studente può confrontarsi con l'esame scritto:
i) Due prove parziali scritte durante il semestre. Primo test a metà semestre sui seguenti argomenti: cinematica, dinamica del punto materiale; secondo test a fine corso sui seguenti argomenti: dinamica rotazionale, oscillazioni, onde, termodinamica. Le prove consisteranno nella risoluzione numerica di problemi, la cui formulazione è pensata per permettere di valutare le seguenti dimensioni dell'apprendimento dello studente: a) Comprensione del testo del problema; b) Comprensione ed individuazione dei processi fisici inerenti al problema; c) Pianificazione dei procedimenti fisico-matematici per arrivare ad una soluzione; d) Attuazione dei procedimenti fisico-matematici per ottenere una soluzione e) valutazione della soluzione.
ii) Una prova scritta effettuata nelle sessioni di esame. La prova consisterà nella risoluzione numerica di problemi, la cui formulazione è pensata per permettere di valutare le seguenti dimensioni dell'apprendimento dello studente: a) Comprensione del testo del problema; b) Comprensione ed individuazione dei processi fisici inerenti al problema; c) Pianificazione dei procedimenti fisico-matematici per arrivare ad una soluzione; d) Attuazione dei procedimenti fisico-matematici per ottenere una soluzione e) valutazione della soluzione.
Le due modalità di esame servono a non pregiudicare la possibilità di dare l'esame a coloro i quali per vari motivi non siano stati in grado di dare i due esami parziali durante il semestre o che non gli abbiano superati con esito finale positivo. Un eventuale esame orale può essere richiesto dallo studente nel caso in cui intenda migliorare il voto finale.

-Compiti svolti tramite la piattaforma moodle. Il controllo dello svolgimento degli esercizi proposti in modalità remota permetterà di verificare su quali parti del programma e con quale esito lo studente si sia cimentato nella risoluzione di problemi.

-Regole con cui viene formulata la valutazione finale
Prove scritte. Le due prove parziali contribuiscono con un punteggio fino a 15+15=30 punti. Nel caso venga invece fatta la singola prova su tutto il programma, questa contribuisce con un punteggio fino a 30 punti. Gli eventuali compiti svolti in modalità remota tramite la piattaforma moodle contribuiscono con un punteggio fino a 2 punti. Il voto finale in trentesimi è dato dalla somma dei punteggi delle prove scritte e del punteggio ottenuto con moodle. Ciascuna delle due prove parziali devo essere superata almeno con un punteggio pari a 8. Il voto di 30/30 con lode viene assegnato agli studenti che ottengono un punteggio complessivo superiore o uguale a 31.
Nella eventuale prova orale saranno valutate le eventuali carenze riscontrate negli scritti.

Verifica dell'apprendimento

La valutazione dello studente sarà fatta tenendo conto delle prove scritte e dei compiti a casa (effettuati tramite la piattaforma Moodle, così come sopra descritto).
-Prove scritte.
Questa modalità di esame ha lo scopo di valutare l'acquisizione da parte dello studente delle conoscenze, competenze ed abilità che concorrono al raggiungimento degli obiettivi formativi dell'insegnamento. Ci sono due modalità con cui lo studente può confrontarsi con l'esame scritto:
i) Due prove parziali scritte durante il semestre. Primo test a metà semestre sui seguenti argomenti: cinematica, dinamica del punto materiale; secondo test a fine corso sui seguenti argomenti: dinamica rotazionale, oscillazioni, onde, termodinamica. Le prove consisteranno nella risoluzione numerica di problemi, la cui formulazione è pensata per permettere di valutare le seguenti dimensioni dell'apprendimento dello studente: a) Comprensione del testo del problema; b) Comprensione ed individuazione dei processi fisici inerenti al problema; c) Pianificazione dei procedimenti fisico-matematici per arrivare ad una soluzione; d) Attuazione dei procedimenti fisico-matematici per ottenere una soluzione e) valutazione della soluzione.
ii) Una prova scritta effettuata nelle sessioni di esame. La prova consisterà nella risoluzione numerica di problemi, la cui formulazione è pensata per permettere di valutare le seguenti dimensioni dell'apprendimento dello studente: a) Comprensione del testo del problema; b) Comprensione ed individuazione dei processi fisici inerenti al problema; c) Pianificazione dei procedimenti fisico-matematici per arrivare ad una soluzione; d) Attuazione dei procedimenti fisico-matematici per ottenere una soluzione e) valutazione della soluzione.
Le due modalità di esame servono a non pregiudicare la possibilità di dare l'esame a coloro i quali per vari motivi non siano stati in grado di dare i due esami parziali durante il semestre o che non gli abbiano superati con esito finale positivo. Un eventuale esame orale può essere richiesto dallo studente nel caso in cui intenda migliorare il voto finale.

-Compiti svolti tramite la piattaforma moodle. Il controllo dello svolgimento degli esercizi proposti in modalità remota permetterà di verificare su quali parti del programma e con quale esito lo studente si sia cimentato nella risoluzione di problemi.

-Regole con cui viene formulata la valutazione finale
Prove scritte. Le due prove parziali contribuiscono con un punteggio fino a 15+15=30 punti. Nel caso venga invece fatta la singola prova su tutto il programma, questa contribuisce con un punteggio fino a 30 punti. Gli eventuali compiti svolti in modalità remota tramite la piattaforma moodle contribuiscono con un punteggio fino a 2 punti. Il voto finale in trentesimi è dato dalla somma dei punteggi delle prove scritte e del punteggio ottenuto con moodle. Ciascuna delle due prove parziali devo essere superata almeno con un punteggio pari a 8. Il voto di 30/30 con lode viene assegnato agli studenti che ottengono un punteggio complessivo superiore o uguale a 31. Nella eventuale prova orale saranno valutate le eventuali carenze riscontrate negli scritti

Testi

Principale:
1. Halliday, Resnick, Walker: Fondamenti di Fisica (Vol. Meccanica-Termologia oppure Volume unico), Ambrosiana.
Complemetnari:
2. P.Mazzoldi, M.Nigro, C.Voci: Elementi di Fisica, ( Vol. Meccanica-Termodinamica e Vol. Onde), Edises.
3. J. Serway, Fisica Volume 1, Edises.
4. H.D. Young, R.A. Freedom, A. L. Ford: Principi di Fisica (vol. 1 Meccanica, Onde e Termodinamica) Pearson Italia

Testi

Principale:
1. Halliday, Resnick, Walker: Fondamenti di Fisica (Vol. Meccanica-Termologia oppure Volume unico), Ambrosiana.
Complemetnari:
2. P.Mazzoldi, M.Nigro, C.Voci: Elementi di Fisica, ( Vol. Meccanica-Termodinamica e Vol. Onde), Edises.
3. J. Serway, Fisica Volume 1, Edises.
4. H.D. Young, R.A. Freedom, A. L. Ford: Principi di Fisica (vol. 1 Meccanica, Onde e Termodinamica) Pearson Italia

Altre Informazioni

Esperimenti illustrativi della cinematica, dinamica, oscillazioni, onde, termodinamica; testi d'esame nel sito del docente (http://people.unica.it/giovannibongiovanni/).

Informazioni utili sui Disturbi Specifici dell’Apprendimento (DSA) sono riportate nel sito: http://corsi.unica.it/fisica/info-dsa/

Altri insegnamenti programmati

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