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Fisica

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PHYSICS

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Anno accademico 2024/2025

Codice attività didattica
AGR0051
Docente
Ada Maria Solano (Affidamento interno)
Corso di studio
[001717] SCIENZE E TECNOLOGIE AGRARIE
Anno
1° anno
Periodo
Secondo semestre
Tipologia
A - Di base
Crediti/Valenza
6
SSD attività didattica
FIS/01 - fisica sperimentale
Erogazione
Convenzionale
Lingua
Italiano
Frequenza
Facoltativa
Tipologia esame
Scritto più orale facoltativo
Tipologia unità didattica
corso
Prerequisiti

Sono richieste conoscenze di algebra, calcolo vettoriale, trigonometria, nonchè i concetti di base del calcolo differenziale ed integrale. La frequenza al corso di Matematica è fortemente consigliata.


A good knowledge of algebra, vectorial calculus and trigonometry is required, as well as the basics of differential and integral calculus. The attendance to the course of Mathematics is strongly recommended.
Propedeutico a

Nessuno


None
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Sommario insegnamento

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Obiettivi formativi

L'insegnamento afferisce all'area formativa delle conoscenze propedeutiche ed intende fornire gli elementi necessari per la comprensione dei principali fenomeni fisici e delle leggi che li regolano. Si approfondiranno maggiormente gli argomenti di base considerati necessari per affrontare con una solida preparazione  le successive aree formative. Per stimolare l'interesse verso questa disciplina la trattazione formale sarà integrata con la presentazione di applicazioni a casi concreti, con particolare riferimento al settore agro-forestale quando possibile.

 

The course is part of the area of the introductory studies and is meant to provide the basic elements necessary for the understanding of natural physical phenomena and their laws. It is focused on the concepts necessary for a better understanding of the arguments that students encounter in their carrier, and  is carried out with particular reference to applications, specifically in the agro-forestry sector whenever possible.

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Risultati dell'apprendimento attesi

Conoscenza e capacità di comprensione

L’insegnamento si propone di fornire una conoscenza critica dei principi della Fisica Classica (meccanica, fluidi, termodinamica e calorimetria, elettromagnetismo ed onde) necessari per la comprensione di molti fenomeni tipici dei sistemi agrari e della strumentazione oggi utilizzata nel settore.
Al termine del periodo di insegnamento studenti e studentesse saranno in grado di:

  • analizzare un problema, individuando i fenomeni fisici coinvolti;
  • identificare gli elementi essenziali di un fenomeno fisico: le grandezze fisiche coinvolte e le leggi che lo regolano
  • classificare i fenomeni fisici e confrontarli facendo emergere analogie e differenze

Conoscenza e capacità di comprensione applicata

Al termine del periodo di insegnamento studenti e studentesse saranno in grado di:

  • impostare problemi relativi agli ambiti della Fisica Classica affrontati e giungere alla definizione di adeguate strategie di soluzione
  • collegare le conoscenze acquisite per risolvere problemi complessi, che coinvolgono diversi fenomeni fisici
  • applicare le conoscenze acquisite e utilizzare il metodo scientifico per affrontare problematiche nel contesto delle scienze e tecnologie agrarie

Autonomia di giudizio

Al termine del periodo di insegnamento studenti e studentesse saranno in grado di sviluppare in autonomia approfondimenti sugli argomenti trattati

Abilità comunicative

Al termine del periodo di insegnamento studenti e studentesse saranno in grado di:

  • presentare argomentazioni scientifiche in lingua italiana corretta e in modo chiaro e rigoroso;
  • organizzare logicamente i contenuti;
  • utilizzare una corretta terminologia e un linguaggio tecnico-scientifico adeguato

Capacità di apprendere

Al termine del periodo di insegnamento studenti e studentesse saranno in grado di individuare le informazioni necessarie ad affrontare lo studio di argomenti delle aree formative specifiche del settore agrario che coinvolgono fenomeni fisici.

 

Knowledge and understanding
The course aims to provide a critical knowledge of the principles of Classical Physics (mechanics, fluids, thermodynamics and calorimetry, electromagnetism and waves) necessary for the understanding of many phenomena typical of agricultural systems and instrumentation used in the field today.
At the end of the teaching period, students will be able to
  • analyse a problem, identifying the involved physical phenomena
  • identify the essential elements of a physical phenomenon: the physical quantities involved and the laws that govern it
  • classify physical phenomena and compare them by highlighting analogies and differences

Applying knowledge and understanding

At the end of the teaching period, students will be able to:

  • address problems related to the covered areas of Classical Physics and develop appropriate solution strategies
  • connect acquired knowledge to solve complex problems involving different physical phenomena
  • apply acquired knowledge and use the scientific method to address problems in the agricultural science

Making judgements

At the end of the teaching period, students will be able to independently further develop insights on the topics covered.

Communication skills

At the end of the teaching period, students will be able to:

  • present scientific arguments in correct Italian, in a clear and rigorous manner;
  • organize contents logically;
  • use proper terminology and appropriate technical-scientific language

Learning skills

At the end of the teaching period, students will be able to identify the necessary information to deal with the study of topics in specific training areas of the agricultural sector involving physical phenomena.

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Programma

1. Grandezze fisiche e unità di misura

Grandezze fisiche fondamentali e derivate. Unità di misura. Il sistema internazionale. Analisi dimensionale. Conversione di unità di misura. Notazione scientifica. Calcoli di ordini di grandezza. Cifre significative. Grandezze scalari. Grandezze vettoriali ed elementi di calcolo vettoriale. 

Il concetto di misura. Incertezze casuali e sistematiche. Frequenza statistica, valor medio e deviazione standard. Caratteristiche di uno strumento di misura: sensibilità, portata, precisione e accuratezza. Taratura di uno strumento.

2. Cinematica

Sistema di riferimento. Posizione, spostamento e traiettoria. Velocità media e istantanea. Accelerazione media, istantanea, tangenziale e radiale. Diagramma del moto. Moto unidimensionale. Moto rettilineo, moto uniforme, moto uniformemente accelerato. Caduta di un grave. Moto in due dimensioni. Moto parabolico. Moto periodico, periodo e frequenza. Moto circolare uniforme ed uniformemente accelerato. Posizione, velocità ed accelerazione angolare. Relazioni fra grandezze rotazionali e traslazionali.

3. Dinamica: forze e leggi di Newton

Concetto di forza. Le tre leggi di Newton. Forza gravitazionale e forza peso. Le leggi di Keplero. Differenza tra massa e peso. Condizione di equilibrio traslazionale. Forza normale. Forza centripeta. Attrito statico e dinamico. Moto lungo un piano inclinato. Tensione delle funi.

4. Dinamica: lavoro ed energia

Lavoro meccanico. Energia cinetica e teorema dell'energia cinetica. Forze conservative ed energia potenziale. Energia meccanica e sua conservazione. Lavoro delle forze non conservative. Potenza. Rendimento.

5. Moto armonico

Forze elastiche e moto armonico semplice: grandezze cinematiche ed energia. Il pendolo semplice. Oscillazioni smorzate e forzate, risonanza.

6. Quantità di moto e urti

Impulso di una forza e quantità di moto. Sistemi isolati e conservazione della quantità di moto. Urti elastici ed anelastici in una dimensione.

7. Corpi rigidi in rotazione

Centro di massa e baricentro. Moto del centro di massa. Momento di una forza. Energia cinetica rotazionale. Momento d'inerzia. 

8. Statica ed elasticità

Condizioni di equilibrio di un corpo rigido. Esempi di corpi rigidi in equilibrio statico. Le leve. Sforzi e deformazioni: trazione, compressione e taglio.

9. Meccanica dei fluidi: idrostatica

Densità. Pressione. Principio di Pascal. Pressione idrostatica e legge di Stevino. Misura della pressione atmosferica. Legge di Archimede e galleggiamento.

10. Meccanica dei fluidi: fluidodinamica

Fluidi ideali. Portata di un fluido. Equazione di continuità. Equazione di Bernoulli e sue applicazioni.

Fluidi reali. Viscosità. Resistenza idrodinamica. Legge di Hagen-Poiseuille. Flusso laminare e turbolento. Forza di attrito viscoso e legge di Stokes. Sedimentazione. Centrifugazione.

Forze di coesione e tensione superficiale. Forze di adesione. Capillarità e legge di Jurin.

11. Calorimetria

Temperatura e scale termometriche. Dilatazione termica. Calore ed equilibrio termico. Capacità termica e calore specifico. Cambiamenti di fase e calore latente. Meccanismi di trasmissione del calore: convezione, conduzione ed irraggiamento. Legge di Fourier. Lo spettro di emissione di corpo nero, ipotesi di Planck e legge di Wien.

12. Gas ideali e gas reali

Descrizione macroscopica dei gas perfetti e loro equazione di stato. Miscele di gas e pressioni parziali. Gas reali e pressione di vapor saturo. Umidità.

13. Termodinamica

Lavoro in una trasformazione termodinamica. Energia interna e temperatura. Il primo principio della termodinamica. Trasformazioni termodinamiche: trasformazione isobara, isocora, isoterma ed adiabatica. Processi reversibili ed irreversibili. Trasformazioni cicliche.

Macchine termiche e secondo principio della termodinamica. Rendimento termodinamico. Ciclo di Carnot. Macchine frigorifere.

14. Elettricità e magnetismo

Carica elettrica. Legge di Coulomb. Campo elettrico. Energia potenziale elettrostatica, potenziale elettrico e differenza di potenziale. Condensatore a facce piane e parallele. Capacità elettrica. Energia immagazzinata in un condensatore.

Corrente elettrica. Resistenza elettrica e prima legge di Ohm. Resistività e seconda legge di Ohm. Circuiti elettrici in corrente continua e in corrente alternata. Potenza nei circuiti elettrici. Effetto Joule. Resistenze in serie e in parallelo. 

Campo magnetico. Forza di Lorentz. Selettore di velocità. Spettrometro di massa. Forza magnetica su un filo percorso da corrente. Campi magnetici prodotti da correnti (filo rettilineo, spira e solenoide). Flusso del campo magnetico. Legge di Faraday-Lenz. Le leggi di Maxwell e la previsione teorica delle onde elettromagnetiche.

15. Onde meccaniche e onde elettromagnetiche

Caratteristiche di un'onda: frequenza, periodo, lunghezza d'onda, velocità. Onde longitudinali e trasversali. Riflessione, rifrazione, diffusione e diffrazione.

Onde meccaniche. Onde acustiche: infrasuoni, suoni e ultrasuoni. Intensità di un'onda, livello di intensità e di pressione sonora. Il decibel.

Caratteristiche principali delle onde elettromagnetiche. Spettro elettromagnetico. Velocità della luce nel vuoto. Indice di rifrazione. Dispersione della luce bianca. L'effetto fotoelettrico. Natura corpuscolare delle onde elettromagnetiche: il fotone.

1. Physics and measurement

Fundamental and derived quantities. Units of measurement. The International System of units (SI system). Dimensional analysis. Convertion of units. Scientific notation. Order-of-magnitude calculations. Significant digits. Vector and scalar quantities. Basic vector operations.

The concept of measurement. Systematic and statistical uncertainty of a measurement. Statistical frequency, mean value and standard deviation. Characteristics of a measuring instrument: sensitivity, range, precision, accuracy. Calibration of a measuring instrument. 

2. Kinematics

Coordinate systems. Position, displacement, and trajectory. Average and instantaneous velocity. Average and instantaneous, centripetal and tangential acceleration. Motion diagrams. One-dimensional motion. Rectilinear motion. One-dimensional motion at a constant velocity. One-dimensional motion at a constant acceleration. Freely falling objects. Two-dimensional motion. Parabolic motion. Periodic motion, period and frequency. Uniform and uniformly accelerated circular motion. Angular position, velocity and acceleration. Relation between angular and linear quantities.

3. Dynamics: forces and laws of motion

The concept of force. Newton's laws. Gravitational force and weight force. Mass and weight. Kepler's laws of planetary motion. Translational equilibrium. Normal force. Centripetal force. Force of static and dynamic friction. Motion along an inclined plane. String tension. 

4. Dynamics: energy and work

Work done by a force. Kinetic energy and work-kinetic energy theorem. Conservative forces and potential energy. Mechanical energy and its conservation. Work of non-conservative forces. Mechanical power. Efficiency.

5. Harmonic motion

Elastic forces and simple harmonic motion: kinematic quantities and energy. The simple pendulum. Damped and forced oscillations. Resonance.

6. Linear momentum and collisions

Impulse and linear momentum. Isolated systems and linear momentum conservation. Elastic and inelastic collisions in one dimension.

7. Rotation of rigid objects

The centre of mass and the centre of gravity. Motion of the centre of mass. Torque. Rotational kinetic energy. Moment of inertia. 

8. Statics and Elasticity

Conditions of static equilibrium. Examples of rigid object in static equilibrium. Levers. Stress and strain. Tensile, compressive and shear stress.

9. Hydrostatics

Density. Pressure. Pascal's law. Hydrostatic pressure and Stevino's law. Atmospheric pressure measurement. Archimede's principle.

10. Fluid dynamics

Ideal fluid. Flow rate. Equation of continuity. Bernoulli's equation. Applications of Bernoulli's equation.

Real fluid. Viscosity. Hydrodynamic resistance. Hagen-Poiseuille's law. Laminar and turbulent flow. Viscous resistance and Stokes' law. Sedimentation. Centrifugation.

Cohesive force and surface tension. Adhesive force. Capillarity. Jurin's law.

11. Calorimetry

Temperature and thermometric scales. Thermal expansion. Heat and thermal equilibrium. Heat capacity and specific heat. Phase changes and latent heat. Mechanisms of heat transfer: convection, conduction and radiation. Fourier’s law. Black Body spectrum, Planck hypothesis and Wien's law.

12. Gases

Macroscopic description of an ideal gas and its equation of state. Gas mixtures and partial pressures. Real gases and saturated vapor pressure. Humidity.

13. Thermodynamics

Work in a thermodynamic process. Internal energy and temperature. The first law of thermodynamics. Isobaric, isovolumetric, isothermal and adiabatic processes. Reversible and irreversible processes. Cyclical processes. 

Heat engines and the second law of thermodynamics. Thermodynamic efficiency. Carnot cycle. Refrigerators.

14. Electricity and magnetism

Electric charge. Coulomb's law. Electric field. Electric potential energy, electric potential and potential difference. Parallel-plate capacitor. Capacitance. Energy stored in a charged capacitor.

Electric current. Resistance and the first Ohm's law. Resistivity and the second Ohm's law. Circuits in direct and alternating current. Electrical power. Joule effect. Resistors in series and in parallel.  

Magnetic field. Lorentz force. Velocity selector. Mass spectrometer. Magnetic force acting on a current-carrying conductor. Magnetic field generated by a current-carrying conductor (straight wire, wire loop, solenoid). Magnetic field flux. Faraday-Lenz's law. Maxwell's equations and electromagnetic waves.

15. Mechanical waves and electromagnetic waves

Wave characteristics: frequency, period, wavelength, velocity. Longitudinal and transverse waves. Reflection, refraction, diffusion, and diffraction of waves.

Mechanical waves. Acustic waves: infrasound, sound, and ultrasound. Intensity, sound intensity and pressure level. The decibel scale.

Main characteristics of electromagnetic waves. The spectrum of electromagnetic waves. Speed ​​of light in vacuum. Refractive index of a medium. Dispersion of white light. The photoelectric effect. The dual nature of light: the photon.

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Modalità di insegnamento

L'insegnamento è strutturato di 60 ore di lezioni frontali durante le quali vengono trattati tutti gli argomenti in programma. Per favorire la comprensione, i concetti presentati vengono applicati alla risoluzione di esercizi di cui si illustra in dettaglio lo svolgimento. Per le lezioni frontali la docente si avvale di slide e video che vengono rese disponibili sulla piattaforma e-learning Moodle (link in fondo alla pagina) all’inizio di ogni argomento trattato. Viene infine proposta una selezione di domande aperte ed esercizi da svolgere a casa; la risposta alle domande e la soluzione degli esercizi, con tutti i passaggi, sono rese disponibili sulla piattaforma e-learning Moodle in forma di slide o video.

The course is organized in frontal lectures (60 hours) where the various topics are presented and explained. The most relevant concepts are applied to the detailed solution of exercises and specific problems.  Slides and videos used by the professor during lectures are made available to students on the e-learning Moodle page of the course (link at the bottom of the page) before the beginning of every new topic. A selection of open questinons homework exercises is also made available; answers and step by step solutions are uploaded on the e-learning Moodle system (videos or slides).

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Modalità di verifica dell'apprendimento

L'apprendimento viene verificato costantemente attraverso test di autovalutazione con domande a scelta multipla e Vero/Falso resi disponibili sulla piattaforma Moodle.

L'esame finale consiste in una prova scritta e una prova orale facoltativa.

Le conoscenze acquisite e la capacità di applicarle con rigore scientifico vengono verificate mediante la prova scritta durante la quale non è ammesso l’uso di libri e appunti. Capacità espositiva e proprietà di linguaggio vengono verificate mediante la domanda aperta della prova scritta e l’eventuale prova orale.

La prova scritta è costituita da:

  • un test con 16 domande a risposta multipla (punteggio massimo: 12 punti)
  • una domanda aperta di teoria e 2 esercizi di cui viene valutato l'intero svolgimento (punteggio massimo: 18 punti)

Il test si considera superato se si totalizza un punteggio maggiore o uguale a 6. Per coloro che hanno superato il test, il voto finale della prova scritta (espresso in trentesimi) viene determinato come la somma dei punteggi acquisiti nel test, nella domanda di teoria e nei 2 esercizi.

La prova orale può essere sostenuta da chi ha ottenuto nella prova scritta una votazione maggiore o uguale 16/30 ed è facoltativa per coloro che nella prova scritta hanno ottenuto una valutazione maggiore o uguale a 18/30. La prova orale consiste in 2 domande riguardanti diversi argomenti del programma e inizia con la discussione di quanto svolto nella prova scritta. Nel caso in cui si decida di sostenere la prova orale il voto finale è determinato come la media aritmetica delle votazioni ottenute nelle due prove, orale e scritta, con arrotondamento all'intero più vicino.

Gli esami online, se previsti dal regolamento di Ateneo, verranno svolti sulla piattaforma Moodle e in collegamento WebEx. La prova scritta sarà costituita da un test a scelta multipla e da 2 esercizi; la prova orale, in questo caso obbligatoria, sarà costituita da 2 domande aperte di teoria. Informazioni più dettagliate saranno rese disponibili sulla pagina Moodle del corso.

 

Learning is constantly verified by means of self-evaluation test with multiple choice and True/False questions made available on the Moodle course page.

The final exam is organized as a written and an optional oral part.

The acquired knowledge and the student problem-solving abilities are tested through a written exam which must be carried out without the help of textbooks or notes. The ability to expose clearly the topics covered during the course is tested through the open question of the written exam and, eventually, through the oral exam.

The written exam consists of:

  • a multiple choice tests (16 questions, maximum score: 12)
  • 1 open question and 2 exercises (maximum score: 18)

To pass the test, it is necessary to obtain a score equal or greater than 6. For those who passed the test, the final grade is evaluated as the sum of the scores obtained in the test, in the open question and in the exercises.

Only students who have passed the written exam with a grade greater or equal to 16/30 will qualify for the oral part. The oral exam is optional if the grade of the written part is greater or equal to 18/30. The oral exam consists in 2 questions about the topics taught during the course and always begins with a discussion on the written test. In case the oral exam is taken, the final assessment will be the average of the grades obtained in the written and oral part, rounded to the nearest whole number.

If foreseen by the University regulations, online exams will be performed using the Moodle system. In this case a Webex exam session will be scheduled. The written exam consists of a multiple choice tests and 2 exercises. The oral exam, mandatory in this case, consists in 2 open questions. Technical details concerning the exams will be provided on the Moodle page of the course.

Oggetto:

Attività di supporto

  • Per ogni argomento in programma vengono resi disponibili sulla piattaforma e-learning Moodle test di autovalutazione (domande a scelta multipla, quiz vero-falso).
  • Sono previste sessioni di esercitazioni (20 ore, facoltative ma aggiuntive rispetto a quelle dell'insegnamento) in cui gli studenti e le studentesse vengono aiutati nel risolvere gli esercizi proposti al termine di ogni macro-argomento del programma.

  • Self-assessment tests (multiple choice questions, true-false quiz) are made available for each topic on Moodle e-learning system. 
  • A tutor will help students to solve the exercises proposed at the end of each topic (optional; 20 hours in total).

Testi consigliati e bibliografia



Oggetto:
Libro
Titolo:  
Principi di Fisica
Anno pubblicazione:  
2019
Editore:  
EdiSES
Autore:  
Raymond A. Serway, John W. Jewett
Obbligatorio:  
No


Oggetto:
Libro
Titolo:  
Fondamenti di Fisica
Anno pubblicazione:  
2020
Editore:  
Pearson
Autore:  
James S. Walker
Obbligatorio:  
No
Oggetto:

Si consiglia l'utilizzo di uno dei testi riportati sopra.

La docente si avvale di presentazioni che vengono rese disponibili agli studenti sulla piattaforma e-learning Moodle dell'insegnamento prima delle lezioni.

The use of one of the books listed above is recommended.

Slides used by the teacher will be made available to students on the Moodle page of the course before each lecture.



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    Ultimo aggiornamento: 06/09/2024 17:59
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