04800 - FONDAMENTI DI FISICA (M-Z)

Conoscenze e abilità da conseguire

Al termine del modulo, lo studente possiede gli strumenti concettuali e metodologici necessari per la comprensione dei fenomeni fisici la cui conoscenza è indispensabile per il biologo. Lo studente consegue una preparazione di base nel campo della fisica classica ed è in grado di risolvere semplici problemi inerenti gli argomenti trattati.

Contenuti

Introduzione e cinematica in una dimensione

Misure, incertezze, UdM, conversione, analisi dimensionale. Sistemi di riferimento, Spostamento, velocità, accelerazione. Moto accelerazione costante. Oggetti in caduta. Descrizione dell'esperienza di laboratorio Analisi grafica moto lineare

Cinematica in due dimensioni. Leggi del moto di Newton

Vettori e somma di vettori. Proiettili. Le forze. 1a legge di Newton. La massa e la 2a  legge di Newton. 3a legge, il peso, la forza normale. Diagramma delle forze. L'attrito. Piano inclinato. Esercitazione: cinematica in 1 dimensione.

Moto circolare uniforme. Gravitazione (cenni). Lavoro ed energia

Cinematica e dinamica del moto circolare uniforme La legge di gravitazione universale (cenni).

Lavoro di una forza costante e di una forza variabile. Teorema dell'energia cinetica. Energia potenziale. Forze conservative e non conservative. Conservazione dell'energia.

 

Temperatura, teoria cinetica, calore

Energia meccanica e sua conservazione. Altre forme di energia e legge di conservazione dell'energia; forze dissipative. La quantità di moto e la sua conservazione. Temperatura, equilibrio termico (cenni), termometri. Legge dei gas perfetti. Teoria cinetica e interpretazione molecolare della temperatura. Calore, energia interna, calore specifico, calore latente.  

Leggi della termodinamica, entropia

Il 1o principio della termodinamica; applicazione alle trasformazioni di un gas ed al metabolismo umano. Il 2o principio della termodinamica, le macchine termiche ed la macchina di Carnot. Enunciati di Clausius e di Kelvin – Planck del 2° principio e loro equivalenza. Entropia, formulazione del 2° principio in termini di entropia ed equivalenza con l'enunciato di Kelvin – Planck. Interpretazione statistica dell'entropia, ordine e disordine, morte termica, freccia del tempo.

Moto armonico e onde

Moto armonico, sua energia, periodo, e natura sinusoidale. Posizione, velocità ed accelerazione in funzione del tempo. Il pendolo semplice. Moto ondulatorio, onde trasverse e longitudinali. Rappresentazione matematica del moto ondulatorio. Riflessione e interferenza delle onde. Diffrazione delle onde. Esperienze di laboratorio: doppia fenditura e reticolo di diffrazione.  Onde stazionarie.

Fluidi

I fluidi. Densità e densità relativa. Pressione; pressione atmosferica e pressione relativa. Principio di Pascal. Vasi comunicanti. Misura della pressione: manometro a tubo aperto e barometro. Galleggiamento e principio di Archimede. Fluidodinamica. Portata e equazione di continuità. Equazione di Bernoulli e sua applicazione al volo con le ali.

Elettrostatica e correnti elettriche

Elettrostatica. Carica elettrica, isolanti e conduttori, induzione della carica.

Legge di Coulomb. Campo elettrico, sue linee di campo. Campi elettrici e conduttori. Legge di Gauss. Ruolo delle forze elettrostatiche nella duplicazione del DNA. Il potenziale elettrostatico. Relazione tra campo elettrico e  potenziale (caso del condensatore). Linee equipotenziali. Potenziale dovuto a cariche puntiformi. I dipoli elettrici. L'unità di misura “eV”. La capacità ed i dielettrici. Batteria e correnti elettriche. Resistenza e legge di Ohm. Potenza elettrica. Aspetti microscopici della corrente elettrica.

Magnetostatica, onde EM e ottica fisica

Magnetostatica: campi magnetici, magneti permanenti, assenza di monopoli ; generazione di campi magnetici da parte di correnti elettriche. Forza su un conduttore in un campo magnetico e su una singola carica in moto in campo magnetico. Campo magnetico generato da conduttore rettilineo, forza tra conduttori paralleli. Definizione di Ampère e Coulomb. Cenni all'induzione elettromagnetica. Forza elettromotrice indotta. Legge di Faraday – Lenz.

Onde EM: descrizione dei campi E e B nel vuoto e loro origine (cenni). Spettro delle onde EM. Natura ondulatoria della luce, principio di Huygens, diffrazione e rifrazione. Dispersione della luce. Interferenza della luce, esperienza di Young della doppia fenditura. Polarizzazione.

 

Testi/Bibliografia

Libro consigliato:

Douglas C. Giancoli, Fisica , 2 a edizione, Casa Editrice Ambrosiana (Milano, 2006).

Metodi didattici

Il corso è articolato in lezioni teoriche ed esercitazioni numeriche. Gli esercizi vengono forniti con anticipo in modo da permettere agli studenti di risolverli autonomamente.

Il corso di Fisica è integato con i corsi di Laboratorio di Fisica e di Elaborazione dati.

Modalità di verifica e valutazione dell'apprendimento

Esame scritto e orale. La prova scritta consiste nella risoluzione di esercizi numerici, e verte sulla parte del programma sulla quale verranno svolti gli esercizi durante il corso. La prova orale copre, invece, tutto il programma.

Strumenti a supporto della didattica

Le esercitazioni di laboratorio e di elaborazione dati sono parti integrante del corso integrato.

Orario di ricevimento

Consulta il sito web di Federico Boscherini