Corso di Laurea in Scienze e tecnologie agrarie - STA

Il corso intende fornire gli elementi necessari per la comprensione dei principali fenomeni fisici e delle leggi che li regolano. Si approfondiranno maggiormente gli aspetti di base considerati utili per la comprensione degli argomenti che lo studente incontrerá nel proseguimento dei suoi studi. La trattazione formale sarà integrata con la presentazione di applicazioni a casi concreti, con particolare riferimento al settore agro-forestale quando possibile.

 

Questo corso fornisce allo studente le basi del metodo scientifico che sono comuni a tutte le discipline sperimentali, assieme ad una scelta significativa di argomenti della fisica classica, presentati anche mediante esperienze di vita quotidiana.

Lo studente apprenderà, inoltre, le metodologie per analizzare un semplice problema e per giungere alla definizione di adeguate strategie di soluzione.

 

Esercizi svolti dal docente in aula, esercizi svolti dagli studenti insieme al tutore (totale 20 ore facoltative), esercizi da svolgere a casa e corretti in aula dagli studenti, test disponibili su piattaforma Moodle.

 

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. 

Grandezze scalari e vettoriali

Grandezze scalari. Grandezze vettoriali. Uguaglianza di due vettori.
Somma e differenza di vettori. Versori. Componenti di un vettore.  
Moltiplicazione di un vettore per uno scalare. Prodotto scalare e 
prodotto vettoriale. 

Cinematica

Sistema di riferimento. Posizione, 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 armonico semplice. Moto circolare uniforme. 
Posizione, velocità e accelerazione angolare; relazioni fra grandezze 
rotazionali e traslazionali.

Dinamica: forze e leggi di Newton

Concetto di forza. Le tre leggi di Newton. Massa e peso. 
Condizione di equilibrio traslazionale. Reazioni vincolari. 
Forza centripeta e centrifuga. Forza elastica. Attrito statico e 
dinamico. Forze fondamentali in natura: forza gravitazionale, 
forza elettromagnetica, forza nucleare forte, forza nucleare debole.  

Dinamica: lavoro ed energia

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

Dinamica: 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.

Corpi rigidi in rotazione e Statica

Energia cinetica rotazionale. Momento d'inerzia. Momento di una 
forza. Condizioni di equilibrio di un  corpo rigido. Baricentro. 
Esempi di corpi rigidi in equilibrio statico. Momento angolare e 
sua conservazione.

Meccanica dei fluidi: idrostatica

Densità. Pressione. Principio di Pascal. Pressione idrostatica e 
legge di Stevino. Legge di Archimede e galleggiamento. 

Meccanica dei fluidi: fluidodinamica

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

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

Onde meccaniche e suono 

Caratteristiche di un’onda: frequenza, periodo, lunghezza d’onda, velocità. 
Onde longitudinali e trasversali. Onde acustiche, infrasuoni, suoni e ultrasuoni.

Temperatura e gas perfetti 

Temperatura ed equilibrio termico.Descrizione macroscopica dei gas perfetti 
e loro equazione di stato.  Miscele di gas. Pressione parziale. 
Equilibrio gas-liquido. Legge di Henry.

Calorimetria e termodinamica 

Calore. Capacità termica e calore specifico. Cambiamenti di fase e 
calore latente. Meccanismi di trasmissione del calore: convezione, 
conduzione ed irraggiamento. Lavoro in una trasformazione termodinamica.
Energia interna. Il primo principio della termodinamica. 
Trasformazioni termodinamiche: trasformazione isobara, isocora, isotermica ed adiabatica.  
Macchine termiche e il secondo principio della termodinamica. Rendimento termodinamico. 
Processi reversibili ed irreversibili. Macchine frigorifere.

Elettricità

Carica elettrica, legge di Coulomb. Campo elettrico. Energia 
potenziale elettrostatica, potenziale elettrico e differenza di 
potenziale. 
Capacità  elettrica e condensatore. Energia immagazzinata in un condensatore. 
Corrente elettrica. Resistenza elettrica, resistività. 
Prima e seconda legge di Ohm. Circuiti elettrici. 
Resistenze in serie e parallelo. Potenza nei circuiti elettrici. 
Effetto Joule.  Circuiti in corrente continua e in corrente alternata.

Magnetismo

Campo magnetico. Forza di Lorentz. Spettrometro di massa. 
Forza magnetica su un filo percorso da corrente. 
Campi magnetici prodotti da correnti: filo rettilineo, spira e solenoide. 
Forza tra due fili paralleli percorsi da correnti. 
Flusso del campo magnetico. Legge di Faraday-Lenz. 

Onde elettromagnetiche

Caratteristiche principali delle onde elettromagnetiche. 
Spettro elettromagnetico. Natura corpuscolare delle onde 
elettromagnetiche; il fotone. 

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.

Vectors and scalars

Vector and scalar quantities. Equality of two vectors. 
Adding and subtracting vectors. Unit vectors. Components of a vector.
Product of a scalar and vector. Scalar and vector product of two vectors.

Kinematics

Coordinate systems. Position 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. Simple harmonic motion. 
Circular motion. Angular position, velocity and acceleration. 
Relation between angular and linear quantities. Uniform circular motion.

Dynamics: forces and laws of motion

The concept of force. Newton’s laws. Mass and weight. Translational Equilibrium. 
Centripetal and centrifugal force. Elastic force. 
Force of static and kinetic friction. Fundamental forces: gravitational force, 
electromagnetic force, strong nuclear force, weak nuclear force.

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. Concept of power and efficiency.

Dynamics: linear momentum and collisions

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

Rotation of rigid objects and Statics

Rotational kinetic energy. Moment of inertia. Torque. 
Conditions of static equilibrium. The center of gravity. 
Examples of rigid object in static equilibrium. 
Angular momentum and its conservation.

Hydrostatics

Density. Pressure. Pascal’s law. Variation of pressure with depth. 
Archimede’s principle.

Fluid dynamics

Ideal fluid. Flow rate. Equation of continuity. Bernoulli’s equation. 
Applications of Bernoulli’s equation. Real fluid. Viscosity. 
Hydrodynamic resistance. Laminar and turbulent flow. 
Viscous resistance and Stokes’ law. Sedimentation. Centrifugation.

Mechanical waves and sound

Main characteristics: frequency, period, wavelength, velocity. 
Longitudinal and transverse waves. Sound waves.

Temperature and gases

Temperature and thermal equilibrium. Macroscopic description of an ideal gas. 
Equation of state for an ideal gas. Mixture of gases. Partial pressure. 
Liquid-gas equilibrium. Henry's Law 

Heat and laws of Thermodynamics

Heat. Heat capacity and specific heat. Phase changes and latent heat.
Mechanisms of heat transfer: convection, conduction and radiation. 
Work in a thermodynamic process. Internal energy. The first law of Thermodynamics. 
Isobaric, isovolumetric, isothermal and adiabatic processes.
Heat engines and the second law of thermodynamics. Thermodynamic efficiency. 
Reversible and irreversible processes. Refrigerators

Electricity

Electric charge. Coulomb’s law. Electric field. Electric potential energy, 
electric potential and potential difference. 
Capacitance and capacitors. Energy stored in a charged capacitor. 
Electric current. Resistance and the first Ohm’s law. Resistivity and the second Ohm’s law. 
Electric circuits. Resistors in series and in parallel. Electrical power. Joule effect.  
Direct and alternating current.

Magnetism

Magnetic field. Lorentz force. Mass spectrometer. Magnetic force acting 
on a current-carrying conductor. Magnetic field generated by a current-carrying 
conductor. Magnetic force between two parallel conductors. Magnetic field flux. 
Faraday-Lenz’s law. 

Electromagnertic waves

Main characteristics of electromagnetic waves. The spectrum of electromagnetic waves. 
The dual nature of light; the photon.

Serway - Jewett: Principi di Fisica, EdiSES Editore, Napoli

Walker: Fondamenti di Fisica, Pearson

Lucidi delle lezioni, esercizi ed altro materiale disponibile sulla piattaforma e-learnig Moodle

 

Nella piattaforma e-learnig Moodle sono disponibili i lucidi delle lezioni , esercizi e altro materiale didattico