261SM - INTRODUZIONE ALLA FISICA 2020
Section outline
-
L'obiettivo del corso è di introdurre i concetti di base del metodo sperimentale e della modellizzazione in fisica, e i principi di meccanica newtoniana, elettromagnetismo, termodinamica e meccanica dei fluidi.
Orario:Mercoledi 15:00-17:00 il 10, 17, 24 marzo, 17:00-19:00 dal 31 marzo in poi (argh!)Giovedì 14:00-16:00Venerdì 14:00-16:00Le lezioni saranno visibili in streaming e in differita tramite il canale teams di ateneo.Tutorato:Venerdì 16:00 - 18:00 via teams, tutore: Federico BonaldoRicevimento:Lunedì 9:00-10:00 via teams (previa e-mail)Esame:Prova scritta di 3 ore comportante domande teoriche e problemi di fisica generale analoghi a quelli proposti nel contesto del corso. La consultazione di documenti e appunti durante la prova non è permessa. L'utilizzo della calcolatrice è autorizzato.Prerequisiti:Bibliografia:Conoscenze di analisi matematica (calcolo differenziale e integrale) e di trigonometria
R.A. Serway, J. W. Jewett, "Principi di fisica" [abbreviato nel seguito SJ], o un altro libro di testo di fisica generale, come l'Halliday, Resnick "Fondamenti di fisica" oppure "University Physics" di Young e Freedman.
-
Jupyter notebooks e istruzioni per eseguirli su binder o utilizzarli localmente sui vostri computer
-
Coloro che desiderano che il proprio compito sia corretto anonimamente, possono caricarlo qui.
-
03/03: introduzione al metodo sperimentale, grandezze fisiche, definizioni operative, unità di misura, ordini di grandezza, leggi di scala04/03: analisi dimensionale, problemi alla Fermi, incertezze massime e statistiche, cifre significative10/3: propagazione delle incertezze massime, caso di funzioni di 1 o 2 variabili, nozioni sulle incertezze statistiche11/3: metodo sperimentale, modellizzazione, spiegazione e predizione di fenomeni, verifica sperimentale, misura del periodo di oscillazione di un pendolo semplice, grafici in scala logaritmica[SJ 1.1, 1.2, 1.3, 1.4, 1.10]
-
-
-
Un esempio di propagazione di incertezze rilevante per il calcolo numerico (vedi anche la versione inglese)
-
-
-
12/3: cinematica 1d: posizione, tempo, velocità media e istantanea, moto rettilineo uniforme, accelerazione media e istantanea, moto uniformemente accelerato, diagrammi del moto
17/3: cinematica 2d: sistema di coordinate, coordinate cartesiani e polari, vettori, definizione geometriche, versori, componenti cartesiane, prodotto scalare, moto rettilineo uniforme e uniformemente accelerato sul piano
18/3: moto di un proiettile, traiettoria, gittata, altezza massima, moto circolare uniforme, accelerazione centripeta, periodo
[SJ 2.1, 2.2, 2.3, 2.4, 2.5, 2.6, 3.1, 3.2, 3.3, 3.4]
-
-
19/3: percorso storico, verifica empirica della terza legge di Keplero, definizione operativa di forza e massa, leggi di Newton, sistemi di riferimento inerziali, interazione gravitazionale, giustificazione delle terza legge di Keplero per le orbite circolari
24/3: modello di massa puntiforme, accelerazione di gravità e sua dipendenza dall'altitudine, interazione elettrostatica, campo gravitazionale, campo elettrico, nozione di dipolo elettrico
25/3: carica in campo elettrico uniforme, interazioni magnetiche, forza di Lorentz, carica in campo magnetico costante, nozioni sull'unificazione delle forze fondamentali, forze macroscopiche, peso, legge di Hooke per l'elasticità dei corpi solidi
26/3: tensione, modello di filo ideale, macchina di Atwood, reazione normale, attrito statico e dinamico, attrito viscoso
[SJ: 4.1, 4.2, 4.3, 4.4, 4.5, 4.6, 5.1, 5.2, 5.4, 5.5, 11.1, 12.1, 19.1, 19.2, 19.4, 19.5, 19.7, 22.1, 22.2, 22.3]
-
31/3: sistema e ambiente, lavoro di una forza, lavoro elementare, esempi, teorema dell'energia cinetica
7/4: forze conservative, energia potenziale, energia meccanica e legge di conservazione, teorema dell'energia meccanica, applicazioni
8/4: equilibrio stabile, instabile e indifferente, quantità di moto, corpi a massa variabile, leggi di conservazione per un sistema isolato, urti elastici e anelastici, impulso
[SJ: 6.1, 6.2, 6.4, 6.5, 6.6, 6.8, 6.10, 7.2, 7.5, 8.1, 8.2, 8.3, 8.4, 8.5]
-
-
Note: aggiunta la massa nell'esercizio (B) sulla conservazione dell'energia
-
-
9/4: oscillatore armonico, posizione di equilibrio, equazione del moto e sua soluzione, frequenza angolare e periodo, verifica sperimentale, condizioni iniziali, energia meccanica
14/4: oscillatore come modello di fenomeni fisici, pendolo semplice, problema di ricapitolazione
SJ: 12.1, 12.2, 12.3, 12.4
-
15/4: corpi macroscopici, mole, variabili di stato, densità, fasi della materia, gas, liquido, solidi cristallini e solidi amorfi, pressione, legge di Stevino e sua giustificazione
16/4: termometria, scala Celsius, scala assoluta, equazioni di stato, leggi empiriche dei gas diluiti, equazione di stato dei gas perfetti, costante universale dei gas, costante di Boltzmann, modello di gas perfetto
21/4: interpretazione microscopica della temperatura
22/4: limiti di validità dell'equazione di stato dei gas perfetti, equazione di stato di van der Waals, coesistenza di fase, punto critico, punto triplo, cenni sui diagrammi di fase
[SJ: esercizi del capitolo 16]
-
Note: aggiunta l'interpretazione microscopica della temperatura
-
-
-
-
23/4: comprimibilità isoterma, principio fondamentale della fluidostatica, modello di atmosfera isoterma, principio di Archimede
28/4: idrodinamica di liquidi ideali, equazione di continuità, teorema di Bernoulli, legge di Torricelli, applicazioni
[SJ: 15.2, 15.3, 15.4, 15.5, 15.6, 15.7]
-
29/4: percorso storico, variabili e funzioni di stato, estensività, intensività, additività, equilibrio termodinamico, equilibrio locale, trasformazioni termodinamiche, nozioni sulle forme differenziali
30/4: esperimento di Joule, primo principio della termodinamica, interpretazione microscopica dell'energia interna e del calore, trasformazioni quasi-statiche, lavoro meccanico
5/5: energia interna, applicazioni del teorema di equipartizione dell'energia al modello di gas perfetto e di solido armonico, calorimetria, capacità termiche, calore latente, legame con l'energia interna e l'entalpia, legge di Dulong e Petit, relazione di Mayer, legge delle adiabatiche di un gas perfetto
[SJ: esercizi del capitolo 17]
-
6/5: necessità di un secondo principio della termodinamica, enunciato, espressione quasi-statica del differenziale dell'entropia, equilibrio, irreversibilità, equazione fondamentale dell'entropia
7/5: macchine termiche, termostati, motori bi-termici e loro efficienza, trasformazioni reversibili, ciclo di Carnot, disuguaglianza di Clausius, potenza di un motore termico
12/5: motore a due tempi, ciclo di Otto, frigoriferi e pompe di calore, efficienza
14/5: cenni sulla cristallizzazione delle sfere dure, espansione libera di un gas perfetto e modello schematico, entropia di Boltzmann, interpretazione microscopica dell'entropia
[SJ: esercizi del capitolo 18]
-
-
-
-
"Anthropogenic heating of the urban environment due to air conditioning", F. Salamanca et al. Journal of Geophysical Research: Atmospheres, 119, 5949 (2014)
-
-
19/5: conduzione termica, equilibrio locale, corrente e densità di corrente termica, legge di Fourier, equazione del calore 1d, stato stazionario.
20/5: resistenza termica, resistenze termiche in serie e applicazione ai doppi vetri, resistenze termiche in parallelo
[SJ 17..10]
-
21/5: richiami di elettrostatica, potenziale elettrostatico, conduttori elettrici, equilibrio elettrostatico, condensatore, capacità elettrica, associazione di condensatori in serie e in parallelo
26/5: conduzione elettrica, corrente e densità di corrente elettrica, legge di Ohm, analogia con la conduzione termica, resistenze elettriche e loro associazione in serie e parallelo, relazione tra conducibilità termica ed elettrica, nozioni sulla dipendenza della resistività dalla temperatura e sulla superconduttività
27/5: aspetti microscopici della conduzione elettrica, velocità di deriva, modello di Drude
28/5 (2 sessioni): effetti termici della conduzione elettrica, esercizi e revisioni
[SJ 20.1, 20.2, 20.6, 20.7, 20.8, 21.1, 21.2, 21.3, 21.4, 21.5, 21.7]
-
Note: aggiunto fattore 3 nell'espressione della velocità tipica degli elettroni
-
"Can machine learning identify the next high-temperature superconductor?", B. Meredig et al., Mol. Syst. Des. Eng., 3, 819 (2018)