Topic outline

• Informazioni generali
  
  

  Informazioni generali

  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 14:00-16:00

  Venerdì 14:00-16:00
  

  Le lezioni saranno visibili in streaming e in differita tramite il canale teams di ateneo.
  

  
  

  Tutorato:

  Venerdì 16:00 - 18:00 via teams, tutore: Federico Bonaldo
  

  
  

  Ricevimento:
  

  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:

  Conoscenze di analisi matematica (calcolo differenziale e integrale) e di trigonometria

  Bibliografia:
  

  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.

  • Annunci Forum
  • Notebooks del corso URL

    Jupyter notebooks e istruzioni per eseguirli su binder o utilizzarli localmente sui vostri computer
  • Tutorato: appunti Folder
  • Prova d'esame 15/05/2021 con soluzione Assignment
  • Prova d'esame con deposito anonimo Assignment

    Coloro che desiderano che il proprio compito sia corretto anonimamente, possono caricarlo qui.
    

  • Esame scritto 18/06/2021 File PDF document
  • Esame scritto 23/07/2021 File PDF document
  • Esame scritto 10/09/2021 File PDF document
  • Esame scritto 29/09/2021 File PDF document
  • Esame scritto 11/02/2022 File PDF document
  • Esame scritto 25/2/2022 File PDF document
• Introduzione
  
  

  Introduzione

  03/03: introduzione al metodo sperimentale, grandezze fisiche, definizioni operative, unità di misura, ordini di grandezza, leggi di scala

  04/03: analisi dimensionale, problemi alla Fermi, incertezze massime e statistiche, cifre significative

  10/3: propagazione delle incertezze massime, caso di funzioni di 1 o 2 variabili, nozioni sulle incertezze statistiche

  11/3: 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]

  
  

  • Lezione 03/03: introduzione 1 File PDF document

    Note: aggiunte sulle leggi di scala
    
  • Lezione 04/03: introduzione 2 File PDF document

    Note: revisioni minori
    

  • Lezione 10/3: introduzione 3 File PDF document
  • Lezione 11/3: introduzione 4 File PDF document
  • Esercizi: introduzione Page
  • Grandezze fisiche e costanti fondamentali Page
  • Ordini di grandezza Page
  • Cancellazione catastrofica URL

    Un esempio di propagazione di incertezze rilevante per il calcolo numerico (vedi anche la versione inglese)
    

  • Laboratorio virtuale: pendolo semplice URL

    Applicazione "Pendulum lab" sul sito PHET
    

• Cinematica
  
  

  Cinematica

  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]

  
  

  • Lezione 12/3: cinematica 1 File PDF document

    Note: revisioni minori
    

  • Lezione 17/3: cinematica 2 File PDF document
  • Lezione 18/3: cinematica 3 File PDF document
  • Esercizi: cinematica Page

    Note: riformulato l'esercizio (C) di Cinematica 1d [28/3]
    

  • Laboratorio virtuale: moto di un proiettile URL

    Applicazione "Projectile motion" sul sito PHET
• Dinamica
  
  

  Dinamica

  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]
  

  • Lezione 19/3: dinamica 1 File PDF document
  • Lezione 24/3: dinamica 2 File PDF document
  • Lezione 25/3: dinamica 3 File PDF document
  • Lezione 26/3: dinamica 4 File PDF document
  • Esercizi: dinamica Page
  • Dati planetari del sistema solare URL

    NASA planetary fact sheet
    
  • Laboratorio virtuale: cariche e campi URL

    Applicazione "Charges and Fields" sul sito PHET
    

  • Coefficienti di attrito radente Page

    Per un dataset più esteso vedi questo link
    

• Energia e quantità di moto
  
  

  Energia e quantità di moto

  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]
  

  • Lezione 31/3: energia 1 File PDF document
  • Lezione 7/4: energia 2 File PDF document

    Note: aggiunta sezione sull'equilibrio statico
    

  • Lezione 8/4: quantità di moto File PDF document
  • Esercizi: energia e quantità di moto Page

    Note: aggiunta la massa nell'esercizio (B) sulla conservazione dell'energia
    

  • Laboratorio virtuale: skateboard ed energia URL

    Applicazione "Energy Skate Park" sul sito PHET
    

• Oscillazioni
  
  

  Oscillazioni

  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
  

  • Lezione 9/4: oscillazioni 1 File PDF document
  • Lezione 14/4: oscillazioni 2 File PDF document
  • Esercizi: oscillazioni Page

    Note: correzioni minori su pendolo semplice (A)
    

  • Laboratiorio virtuale: oscillatore armonico URL

    Applicazione "Masses and springs" sul sito PHET
    

  • Laboratiorio virtuale: interazioni atomiche URL

    Applicazione "Atomic interactions" sul sito PHET
    

• Fasi della materia
  
  

  Fasi della materia

  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]
  

  • Lezione 15/4: materia 1 File PDF document
  • Lezione 16/4 e 21/4: materia 2 File PDF document

    Note: aggiunta l'interpretazione microscopica della temperatura
    

  • Lezione 22/4: materia 3 File PDF document

    Note: alcune revisioni minori (segnate in rosso)
    

  • Esercizi: fasi della materia Page
  • Laboratorio virtuale: fasi della materia URL

    Applicazione "States of matter" sul sito PHET
    

  • Laboratorio virtuale: proprietà dei gas URL

    Applicazione "Gas properties" del sito PHET
    

  • Notebook: proprietà dell'acqua URL
  • Tavola periodica degli elementi URL
• Meccanica dei fluidi
  
  

  Meccanica dei fluidi

  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]
  

  • Lezione 23/4: fluidi 1 File PDF document
  • Lezione 28/4: fluidi 2 File PDF document
  • Esercizi: meccanica dei fluidi Page

    Note: corretto typo nell'es. Fluidostatica B
    

• Termodinamica: primo principio
  
  

  Termodinamica: primo principio

  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]
  

  • Lezione 29/4: primo principio 1 File PDF document
  • Lezione 30/4: primo principio 2 File PDF document
  • Lezione 5/5: primo principio 3 File PDF document
  • Esercizi: primo principio Page
  • Capacità termiche di materiali solidi, liquidi e gassosi URL
• Termodinamica: secondo principio
  
  

  Termodinamica: secondo principio

  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]
  

  • Lezione 6/5: secondo principio 1 File PDF document
  • Lezione 7/5: secondo principio 2 File PDF document
  • Lezione 12/5: secondo principio 3 File PDF document

    Note: corretto "efficacia" con "efficienza"
    

  • Lezione 14/5: secondo principio 4 File PDF document
  • Piccola bibliografia divulgativa sull'entropia Page
  • Macchine termiche: motore a vapore URL
  • Macchine termiche: motore a combustione URL
  • Motore a vapore di Newcomen e di Watt URL

    Video su youtube
    

  • Macchine termiche File PDF document

    Documento di sintesi e alcune immagini edificanti
    

  • Modellizzazione del riscaldamento urbano dovuto ai climatizzatori URL

    "Anthropogenic heating of the urban environment due to air conditioning", F. Salamanca et al. Journal of Geophysical Research: Atmospheres, 119, 5949 (2014)
    
  • Laboratorio virtuale: espansione libera URL

    Applicazione "Diffusion" del sito PHET
    

  • Esercizi: secondo principio Page
• Conduzione termica
  
  

  Conduzione termica

  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]
  

  • Lezione 19/5: conduzione termica 1 File PDF document
  • Lezione 20/5: conduzione termica 2 File PDF document
  • Conducibilità termica di alcuni materiali URL
  • Esercizi: conduzione termica Page
• Elettricità
  
  

  Elettricità

  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]
  

  • Lezione 21/5: elettricità 1 File PDF document
  • Lezione 26/5: elettricità 2 File PDF document
  • Lezione 27/5: elettricità 3 File PDF document

    Note: aggiunto fattore 3 nell'espressione della velocità tipica degli elettroni
    
  • Lezione 28/5: elettricità + revisioni File PDF document
  • Resistività e conducibilità elettrica di vari materiali URL
  • Machine learning e superconduttori ad alta temperatura URL

    "Can machine learning identify the next high-temperature superconductor?", B. Meredig et al., Mol. Syst. Des. Eng., 3, 819 (2018)
    

  • Esercizi: elettricità Page