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Fisica

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PHYSICS

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Anno accademico 2018/2019

Codice dell'attività didattica
AGR0051
Docente
Prof. Maria Margherita OBERTINO (Affidamento interno)
Corso di studi
[001717] SCIENZE E TECNOLOGIE AGRARIE
Anno
1° anno
Tipologia
A - Di base
Crediti/Valenza
6
SSD dell'attività didattica
FIS/01 - fisica sperimentale
Modalità di erogazione
Convenzionale
Lingua di insegnamento
Italiano
Modalità di frequenza
Facoltativa
Tipologia d'esame
Scritto più orale facoltativo
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 del corso

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Obiettivi formativi

L'insegnamento 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 motivare lo studente nello studio di 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 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

Al termine del periodo di insegnamento lo studente avrà appreso:

  • le basi del metodo scientifico, comuni a tutte le discipline sperimentali;
  • una scelta significativa di argomenti di fisica classica, presentati anche mediante esperienze di vita quotidiana;
  • le metodologie per analizzare un semplice problema e per giungere alla definizione di adeguate strategie di soluzione.

Lo studente sarà inoltre in grado di utilizzare una corretta terminologia e un linguaggio tecnico-scientifico adeguato alla trattazione delle tematiche apprese.

 

The course provides the student with the basis of the scientific method common to all experimental disciplines, together with a significant choice of topics in classical physics, including examples from everyday life. Students will be able to analyse basic problems  and find adeguate solution strategies.  The use of an appropriate scientific language is also required.

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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 presentazioni e slide disponibili  sulla piattaforma e-learning Moodle.

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 used by the professor during lectures are made available to students on the e-learning Moodle system.

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Modalità di verifica dell'apprendimento

L'apprendimento viene verificato costantemente attraverso domande a scelta multipla commentate con gli studenti ed esercizi svolti dagli studenti in aula.  Sono inoltre previsti, a metà e al termine del periodo di insegnamento, due test con struttura simile alla prova scritta d'esame. Tali test, il cui esito non ha alcun peso sulla valutazione finale, consentiranno agli studenti di verificare il proprio grado di apprendimento e di comprendere appieno le modalità della prova scritta d'esame. 

L'esame finale consiste in una prova scritta e una prova orale facoltativa. La prova scritta, di durata 120 minuti, è costituita da un test con 18 domande a risposta multipla , una domanda aperta di teoria e  2  esercizi di cui verrà valutato l'intero svolgimento.  La prova orale può essere sostenuta solo dagli studenti che avranno superato la prova scritta con votazione minima di 18/30 . Nel caso in cui si decida di sostenere la prova orale il voto finale sarà la media aritmetica delle votazioni ottenute nelle due prove, orale e scritta, con arrotondamento all'intero più vicino.

 

To insure the comprehension before new topics are introduced, learning is verified by means of discussion on multiple choice questions  and exercises solved by students in class. Moreover, two tests, with a strucure similar to the one of the written exam, are foreseen in the middle and at the end of the course. These tests are meant to be mainly self-evaluation tools for students; their result will not affect the final evaluation.

The final exam is organized as a written and an optional oral part. The written exam (duration: 120 minutes)  consists of a multiple choice  tests (18 questions), 1 open question and 2 exercises. Only students who have passed the written exam (grade greater or equal to 18/30) will qualify for the oral exam (optional). In thi case the final grade will be the average of the grades obtained in the written and oral part, rounded to the nearest whole number.

 

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Attività di supporto

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

  • Multiple choice self-evaluation tests 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)

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Programma

Tutti gli argomenti del programma afferiscono all'area delle conoscenze propedeutiche.

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.Grandezze scalari. Grandezze vettoriali.

2. 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.

3. Dinamica: forze e leggi di Newton

Concetto di forza. Le tre leggi di Newton. Forza gravitazionale. Differenza tra massa e peso. Condizione di equilibrio traslazionale. Reazioni vincolari.  Forza centripeta. Forza elastica. Attrito statico e  dinamico. 

4. 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.

5. 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.

6. Corpi rigidi in rotazione e statica

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

7. Meccanica dei fluidi: idrostatica

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

8. 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 adesione e coesione. Capillarità e legge di Jurin.

9. Temperatura e gas perfetti

Temperatura ed equilibrio termico. Descrizione macroscopica dei gas perfetti e loro equazione di stato. 

10. Calorimetria e termodinamica

Calore. Capacità termica e calore specifico. Cambiamenti di fase e calore latente. Meccanismi di trasmissione del calore: convezione, conduzione ed irraggiamento. Lo spettro di emissione di corpo nero e legge di Wien.

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.

11. Onde meccaniche e suono

Caratteristiche di un'onda: frequenza, periodo, lunghezza d'onda, velocità. Onde longitudinali e trasversali. Onde acustiche, infrasuoni, suoni e ultrasuoni. Intensita di un'onda, livello di intensità e di pressione sonora. Il decibel.

12. Elettricità e magnetismo

Carica elettrica, legge di Coulomb. Campo elettrico. Il flusso del campo elettrico e la legge di Gauss. Energia potenziale elettrostatica, potenziale elettrico e differenza di potenziale.

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 parallelo. Capacità  elettrica e condensatori. Condensatori in serie e parallelo. Energia immagazzinata in un condensatore. Circuiti RC.

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. La legge di Ampere. Flusso del campo magnetico. Legge di Faraday-Lenz. Le leggi di Maxwell e le onde elettromagnetiche.

13. Onde elettromagnetiche

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

All the arguments are included in the area of introductory studies.

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.Vector and scalar quantities.

2. 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.  Uniform 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. Mass and weight. Translational Equilibrium.  Centripetal force. Elastic force.  Force of static and kinetic friction.

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. Concept of power.

5. Linear momentum and collisions

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

6. Rotation of rigid objects and statics

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

7. Hydrostatics

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

8. 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 and adhesive forces. Capillarity. Jurin's law.

9. Temperature and gases

Temperature and thermal equilibrium. Macroscopic description of an ideal gas. Equation of state for an ideal gas.

10. Heat and laws of thermodynamics

Heat. Heat capacity and specific heat. Phase changes and latent heat. Mechanisms of heat transfer: convection, conduction and radiation. The Black Body spectrum and the Wien's law.

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.

11. Mechanical waves and sound

Main characteristics: frequency, period, wavelength, velocity. Longitudinal and transverse waves. Sound waves, ultrasound, infrasound. Intensity, sound intensity and pressure level; the decibel scale.

12. Electricity and magnetism

Electric charge. Coulomb's law. Electric field. Electric Flux and Gauss's Law. Electric potential energy, electric potential and potential difference.

Electric current. Resistance and the first Ohm's law. Resistivity and the second Ohm's law.  Direct and alternating current. Electrical power. Joule effect. Resistors in series and in parallel.  Capacitance and capacitors. Capacitors in series and in parallel. Energy stored in a charged capacitor. RC circuits.

Magnetic field. Lorentz force. Mass spectrometer. Magnetic force acting on a current-carrying conductor. Magnetic field generated by a current-carrying conductor. Ampere's law. Magnetic field flux. Faraday-Lenz's law. Maxwell's equations and electromagnetic waves.

13. Electromagnertic waves

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

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Testi consigliati e bibliografia

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

 

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

Walker: Fondamenti di Fisica, Pearson 

Slides, exercises and other material available on the Moodle e-learning system

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Note

 

 

 

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Ultimo aggiornamento: 10/07/2018 00:01
Location: https://www.sta.unito.it/robots.html
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