CORSO DI LAUREA IN C.T.F.

 

Fisica

ed

Elementi di Calcolo Matematico e Statistico

 

PROGRAMMA DEL MODULO DI FISICA

(6 CFU – 48 ore di Lezione)

Anno Accademico 2009-2010

Prof. Raffaello Girlanda

 

Unitą di Apprendimento N.1 (2 ore di Lezione)

Grandezze fisiche fondamentali. Campioni di lunghezza, massa e tempo. Densitą e massa atomica. Analisi dimensionale. Conversione di unitą. Calcoli di ordini di grandezza. Cifre significative. Sistemi di coordinate e sistemi di riferimento. Vettori e scalari. Operazioni tra vettori. Componenti di un vettore e versori. (Raymond A. Serway, Cap 1).

Moto in una dimensione. Velocitą media e velocitą istantanea. Accelerazione media ed accelerazione istantanea. Moto unidimensionale con accelerazione costante. Corpi in caduta libera. (Raymond A. Serway, Cap 2).

 

Unitą di Apprendimento N.2 (2 ore di Lezione)

Moto in due dimensioni. Vettori spostamento, velocitą ed accelerazione. Moto in due dimensioni con accelerazione costante. Moto circolare uniforme. Accelerazione tangenziale e radiale nel moto curvilineo. Velocitą relativa ed accelerazione relativa. (Raymond A. Serway, Cap 3)

Le leggi del moto. Il concetto di forza. La prima legge di Newton ed i sistemi inerziali. Massa inerziale. La seconda legge di Newton. Il peso. La terza legge di Newton. Diagrammi di corpo libero. Corpi in equilibrio e prima legge di Newton. Attrito e forze di attrito. Seconda legge di Newton e moto circolare uniforme. Forza centripeta. Moto circolare non uniforme. Moto in presenza di forze ritardanti dipendenti dalla velocitą. Moto in sistemi accelerati. Forze apparenti. (Raymond A. Serway, Cap 4)

 

Unitą di Apprendimento N.3 (4 ore di Lezione)

Forze e campi in natura. Forze in natura. Forze di attrito. Il campo gravitazionale. Il campo elettrico. Moto di particelle cariche in un campo elettrico uniforme. Il campo magnetico. Moto in sistemi accelerati. (Raymond A. Serway, Cap 5)

Lavoro ed energia. Lavoro eseguito da una forza costante. Prodotto scalare tra due vettori. Lavoro eseguito da una forza variabile. Lavoro eseguito da una molla. Legge di Hooke. Energia cinetica e teorema dell' energia cinetica. Potenza. Potenza media. Potenza istantanea. (Raymond A. Serway, Cap 6)

Energia potenziale e conservazione dell' energia. Energia potenziale. Forze conservative e non conservative. Forze conservative ed energia potenziale. Diagrammi di energia e stabilitą dell' equilibrio. Quantizzazione dell' energia. (Raymond A. Serway, Cap 7)

 

Unitą di Apprendimento N.4 (4 ore di Lezione)

Quantitą di moto ed urti. Quantitą di moto e sua conservazione. Impulso e quantitą di moto. Urti. (Raymond A. Serway, Cap 8)

Moto rotazionale. Velocitą angolare e accelerazione angolare. Cinematica rotazionale. Relazione tra grandezze angolari e lineari. Energia cinetica di rotazione. Momento di inerzia. Momento meccanico e prodotto vettoriale. Relazione tra momento delle forze ed accelerazione angolare. Il momento angolare. Conservazione del momento angolare. Rotazione di corpi rigidi. Dinamica rotazionale. Lavoro ed energia nel moto rotatorio. (Raymond A. Serway, Cap 10)

Moti orbitali e atomo di idrogeno. Leggi di Keplero. La seconda legge di Keplero e la conservazione del momento angolare. Considerazioni energetiche sul moto dei pianeti e dei satelliti. Spettri atomici e teoria di Bohr dell' atomo di idrogeno. (Raymond A. Serway, Cap 11)

 

Unitą di Apprendimento N.5 (2 ore di Lezione)

Meccanica dei fluidi. Stati della materia. Densitą e pressione. Variazione della pressione con la profonditą. Misure di pressione. Spinta di Archimede. Dinamica dei fluidi. Linee di corrente ed equazione di continuitą. Teorema di Bernoulli e sue applicazioni. (Raymond A. Serway, Cap 15)

 

Unitą di Apprendimento N.6 (2 ore di Lezione)

Temperatura e teoria cinetica dei gas. Temperatura e principio zero della termodinamica. I termometri e le scale di temperatura. Dilatazione termica di solidi e liquidi. Descrizione macroscopica di un gas perfetto. La teoria cinetica dei gas. (Raymond A. Serway, Cap 16)

 

Unitą di Apprendimento N.7 (2 ore di Lezione)

Il calore ed il primo principio della termodinamica. Calore ed energia interna. Calore specifico. Calorimetria. Calore latente e cambiamenti di fase. Lavoro e calore nelle trasformazioni termodinamiche. Il primo principio della termodinamica. Alcune applicazioni del primo principio della termodinamica: primo principio e trasformazioni adiabatiche, isobare, isocore, isoterme. Espansione isoterma di un gas perfetto. Il processo di ebollizione. Propagazione del calore. Macchine termiche, entropia ed il secondo principio della termodinamica. (Raymond A. Serway, Cap 17)

Macchine termiche ed il secondo principio della termodinamica. Trasformazioni reversibili ed irreversibili. La macchina di Carnot. Pompe di calore e frigoriferi. Entropia. Variazioni di entropia nelle trasformazioni irreversibili. L' entropia su scala microscopica. Entropia e disordine. (Raymond A. Serway, Cap 18)

 

Unitą di Apprendimento N.8 (6 ore di Lezione)

Forze elettriche e campi magnetici. Carica elettrica. Isolanti e conduttori. Legge di Coulomb. Campo elettrico. Linee di forza del campo elettrico. Flusso del campo elettrico. Il teorema di Gauss. Applicazioni del teorema di Gauss a isolanti carichi. Conduttori in equilibrio elettrostatico.  Moto di una particella carica in un campo elettrico uniforme. (Raymond A. Serway, Cap 19)

Potenziale elettrico e capacitą. Differenza di potenziale e potenziale elettrico. Differenza di potenziale in un campo elettrico uniforme. Definizione di capacitą. Il condensatore piano. Collegamento di condensatori: serie, parallelo. Energia immagazzinata in un condensatore. (Raymond A. Serway, Cap 20)

Corrente e circuiti a corrente continua. La corrente elettrica. Resistenza e legge di Ohm. Energia e potenza elettrica. Forza elettromotrice. Resistori in serie e parallelo. Leggi di Kirchhoff e circuiti semplici in corrente continua. Circuiti RC. Carica di un condensatore. Scarica di un condensatore. (Raymond A. Serway, Cap 21)

 

Unitą di Apprendimento N.9 (4 ore di Lezione)

Magnetismo. Magneti. Il campo magnetico. Forza magnetica agente su un conduttore percorso da corrente. Momento meccanico su una spira in un campo magnetico uniforme. La legge di Biot e Savart. Forza magnetica fra due conduttori paralleli. Teorema di AmpŹre. Il campo magnetico di un solenoide. Magnetismo nella materia. Materiali ferromagnetici. (Raymond A. Serway, Cap 22)

Tensioni indotte ed induttanza. Legge di Faraday dell' induzione. Forza elettromotrice dinamica. Generatore di corrente alternata. Legge di Lenz. Forze elettromotrici indotte e campi elettrici. Le equazioni di Maxwell. Autoinduttanza. Circuiti RL. Energia immagazzinata in un campo magnetico. (Raymond A. Serway, Cap 23)

 

Unitą di Apprendimento N.10 (4 ore di Lezione)

Moto oscillatorio. Moto armonico semplice. Moto di una massa collegata ad una molla. Energia di un oscillatore armonico semplice. Moto del pendolo. Il pendolo semplice. Il pendolo fisico. Oscillazioni smorzate. Oscillazioni forzate. (Raymond A. Serway, Cap 12)

Moto ondulatorio. Onde meccaniche Onde elettromagnetiche. Lunghezza d' onda. Frequenza. Onde trasversali e onde longitudinali. Ampiezza di un' onda. Velocitą di fase. Sovrapposizione e interferenza di onde. La velocitą delle onde nelle corde. Riflessione e trasmissione di onde. Onde sinusoidali. Energia trasmessa da onde sinusoidali nelle corde. Onde sonore. L' effetto Doppler. Onde d' urto. (Raymond A. Serway, Cap 13)

 

Unitą di Apprendimento N.11 (6 ore di Lezione)

Onde elettromagnetiche. Le equazioni di Maxwell e le onde elettromagnetiche. Lo spettro delle onde elettromagnetiche. (Raymond A. Serway, Cap 24)

Riflessione e rifrazione della luce. La natura della luce. L' approssimazione dei raggi luminosi in ottica geometrica.  Riflessione e rifrazione. Dispersione e prismi. Il principio di Huygens. Riflessione totale. Fibre ottiche. (Raymond A. Serway, Cap 25)

Specchi e lenti. Immagini formate da specchi piani. Immagini formate da specchi sferici. Immagini formate per rifrazione. Lenti sottili. Microscopio semplice. Microscopio composto. Aberrazioni delle lenti. (Raymond A. Serway, Cap 26)

 

Unitą di Apprendimento N.12 (4 ore di Lezione)

Ottica Ondulatoria.  Condizione per l' interferenza. L' esperimento della doppia fenditura di Young. Distribuzione d' intensitą della figura d' interferenza da doppia fenditura. Somma di onde mediante i vettori rotanti. Diffrazione. Diffrazione da una fenditura singola. Risoluzione della fenditura singola e di aperture circolari. Potere risolutivo. Microscopia specializzata.  Il reticolo di diffrazione. Diffrazione di raggi X da cristalli. Polarizzazione delle onde luminose. Attivitą ottica. (Raymond A. Serway, Cap 27 e Desmond M.Burns e Simon G.G.MacDonald, Cap 20)

 

Unitą di Apprendimento N.13 (6 ore di Lezione)

Fisica quantistica. Radiazione di corpo nero e ipotesi di Planck. L' effetto fotoelettrico. L' effetto Compton. Fotoni e onde elettromagnetiche. Le proprietą ondulatorie delle particelle. Quantizzazione del momento angolare nel modello di Bohr. L' equazione di Schrödinger. Effetto tunnel e sue applicazioni. (Raymond A. Serway, Cap 28)

Fisica atomica. Modelli dell' atomo. L' atomo di idrogeno. Il numero quantico di spin. Le funzioni d' onda dell' idrogeno. I numeri quantici. Il principio di esclusione di Pauli e la tavola periodica. Spettri atomici: visibile e raggi X. Transizioni atomiche. Laser e olografia. (Raymond A. Serway, Cap 29)

Fisica nucleare. Proprietą dei nuclei: carica e massa, dimensione, stabilitą del nucleo, spin nucleare e momento magnetico, risonanza magnetica nucleare. Energia di legame: fissione e fusione nucleare. Radioattivitą. I processi di decadimento: decadimento alfa, decadimento beta, datazione al carbonio, decadimento gamma. Radioattivitą naturale. Reazioni nucleari. (Raymond A. Serway, Cap 30)

 

Spettrometria ottica e vibrazionale. Sorgenti e rivelatori per analisi spettroscopiche. Filtri e monocromatori. Misure di tensione superficiale. Misure di viscositą.  (Giancarlo Amendola e Virginio Terreni, Cap I, III, IV, V, VI, VII, XV, solo per gli argomenti presenti nel programma.)

 

Prove di verifica:

Š             in itinere (orale o quiz a risposta multipla)

Š            finale (orale).

 

 

Testi consigliati :

 

Raymond A. Serway

Principi di Fisica

EdiSES s.r.l. 2004

 

James S. Walker

Fondamenti di Fisica

Zanichelli 2005

ISBN 88-08-20536-3

 

Desmond M. Burns e Simon G. G. MacDonald

Fisica

Zanichelli

 

Giancarlo Amendola e Virginio Terreni

Analisi Chimica Strumentale e Tecnica

Tamburini Editore –Milano-1970

 

Steven C. Frautschi, Richard P. Olenick, Tom M. Apostol e David L.Goldstein

L'Universo Meccanico. Meccanica e calore

Zanichelli 1988

Richard P. Olenick, Tom M. Apostol e David L. Goldstein

Oltre l'Universo meccanico. Dall'elettricitą alla fisica moderna.

Zanichelli 1989