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Fisica on-line

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Physics on-line

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Anno accademico 2019/2020

Codice dell'attività didattica
FIS0099
Docente
Prof. Maria Margherita Obertino (Affidamento interno)
Corso di studi
[001711] SCIENZE FORESTALI E AMBIENTALI
Anno
1° anno
Tipologia
A - Di base
Crediti/Valenza
6
SSD dell'attività didattica
FIS/01 - fisica sperimentale
Modalità di erogazione
Online
Lingua di insegnamento
Italiano
Modalità di frequenza
Obbligatoria
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 insegnamento

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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.

 

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.

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Risultati dell'apprendimento attesi

Conoscenza e capacità di comprensione

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 o applicazioni al settore agrario e forestale.

Capacità di applicare le conoscenze

Al termine del periodo di insegnamento lo studente sarà in grado di

  • analizzare un problema;
  • individuare le leggi fisiche che regolano i fenomeni coinvolti;
  • giungere alla definizione di adeguate strategie di soluzione.

Abilità comunicative

Al termine del periodo di insegnamento lo studente sarà in grado di utilizzare una corretta terminologia e un linguaggio tecnico-scientifico adeguato alla trattazione delle tematiche apprese.

 

Knowledge and understanding

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 and applications to the agro-forestry sector.

Ability to apply acquired knowledge and understanding

The course will enable students to:

  • analyse problems;
  • identify physical laws governing the involved phenomena;
  • find adeguate solution strategies. 

Communication skills

The course will enable students to use an appropriate scientific language.

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Modalità di insegnamento

L'insegnamento è strutturato in lezioni accessibili sulla piattaforma Start@unito (http://start.unito.it/). Per favorire la comprensione i concetti presentati vengono applicati alla risoluzione di semplici esercizi.

The course is organized in lectures available on the platform http://start.unito.it/. The most relevant concepts are also applied to the detailed solution of exercises and specific problems.

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Modalità di verifica dell'apprendimento

Test di autovalutazione al termine di ogni lezione permettono allo studente di verificare costantemente il suo apprendimento.

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

La capacità di risolvere esercizi e problemi viene verificata mediante la prova scritta di durata 120 minuti, durante la quale non è ammesso l’uso di libri e appunti. Tale prova è costituita da un test con 18 domande a risposta multipla, una domanda aperta di teoria, una domanda sulle unità di misura e 2 esercizi di cui viene valutato l'intero svolgimento. Capacità espositiva e proprietà di linguaggio vengono verificate mediante la domanda aperta.

La prova orale può essere sostenuta solo dagli studenti che hanno superato la prova scritta con votazione minima di 15/30 ed è facoltativa per coloro che nella prova scritta hanno ottenuto una valutazione maggiore o uguale a 18/30.  La prova orale consiste in 3 domande riguardanti tre diversi argomenti del programma e inizia con la discussione di quanto svolto dallo studente 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.

 

Self-assessment tests at the end of every lecture allow students to evaluate their learning status.

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

The student problem-solving abilities are tested through a two-hour written exam which must be carried out without the help of textbooks or notes. It consists of a multiple choice tests (18 questions), 1 open question, 1 question about units of measurement and 2 exercises. The ability to expose clearly the topics covered during the course is tested through the open question.

Only students who have passed the written exam with a grade greater or equal to 15/30 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 3 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.

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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. Forza normale.  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. 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.

Tensione superficiale. 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. Legge di Fourier. Lo spettro di emissione di corpo nero, ipotesi di Planck 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. 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. Energia immagazzinata in un condensatore.

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. L'effetto fotoelettrico. 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. Normal force. 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. Examples of rigid object in static equilibrium. Levers. The center of mass and the center of gravity. 

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.

Surface tension. 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. Fourier’s law. Black Body spectrum, Planck hypothesis and 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 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. Energy stored in a charged capacitor.

Magnetic field. Lorentz force. 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.

13. Electromagnertic waves

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

Testi consigliati e bibliografia

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Si consiglia l'utilizzo di uno dei seguenti testi:

  • Serway - Jewett, Principi di Fisica, EdiSES
  • Walker, Fondamenti di Fisica, Pearson

Recommended books (choose one):

  • Serway - Jewett, Principi di Fisica, EdiSES Editore, Napoli
  • Walker, Fondamenti di Fisica, Pearson



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Ultimo aggiornamento: 20/03/2020 19:31
Location: https://www.sfa.unito.it/robots.html
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