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Fisica

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PHYSICS

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Anno accademico 2020/2021

Codice dell'attività didattica
AGR0051
Docente
Prof. Maria Margherita Obertino (Affidamento interno)
Corso di studi
[001711] SCIENZE FORESTALI E AMBIENTALI
Anno
1° anno
Periodo didattico
Secondo semestre
Tipologia
A - Di base
Crediti/Valenza
6
SSD dell'attività didattica
FIS/01 - fisica sperimentale
Modalità di erogazione
Mista/Blended
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 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, 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

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 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 slide che vengono rese disponibili sulla piattaforma e-learning Moodle all’inizio di ogni argomento trattato. Viene infine proposta agli studenti una selezione di esercizi da svolgere a casa; la soluzione di questi ultimi, con tutti i passaggi, è resa disponibile sulla piattaforma e-learning Moodle.

upload_Did32.pngATTENZIONE! Le modalità di insegnamento potranno subire variazioni in funzione delle disposizioni nazionali e di Ateneo relative alla emergenza  sanitaria Covid_19. Tutti i contenuti del corso saranno comunque disponibili online in modalità asincrona.

È indispensabile che gli studenti si iscrivano alla relativa pagina Moodle del corso (link in fondo alla pagina), dove saranno resi disponibili tutti i materiali didattici. Durante lo svolgimento dell'insegnmento, tutte le comunicazioni con gli studenti saranno effettuato attraverso 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 before the beginning of every new topic. A selection of homework exercises is also made available; their step by step solution is uploaded on the e-learning Moodle system.

upload_Did3EN.pngIMPORTANT! The teaching methods may vary according to national and University regulations on the health emergency Covid_19. All course contents will be available online in asynchronous mode.

It is essential that students register on the Moodle page of the course (link at the bottom of the page), where all teaching materials will be made available. During the course, all communication with students will be carried out through Moodle.

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Modalità di verifica dell'apprendimento

L'apprendimento viene verificato costantemente attraverso test di autovalutazione con domande a scelta multipla e Vero/Falso.

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

Le conoscenze acquisite e la capacità di applicarle con rigore scientifico vengono verificate mediante la prova scritta durante la quale non è ammesso l’uso di libri e appunti. Tale prova è costituita da un test con domande a risposta multipla, una domanda aperta di teoria 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 16/30 ed è facoltativa per coloro che nella prova scritta hanno ottenuto una valutazione maggiore o uguale a 18/30.  La prova orale consiste in 2 domande riguardanti 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.

upload_Did32.png

Le modalità di svolgimento degli esami potranno subire variazioni in funzione delle disposizioni nazionali e di Ateneo relative alla emergenza  sanitaria Covid_19. La struttura generale dell'esame resterà invariata. Informazioni più dettagliate saranno rese disponibili sulla pagina Moodle del corso.

 

Learning is constantly verified by means of self-evaluation test with multiple choice and True/False questions.

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

The acquired knowledge and the student problem-solving abilities are tested through a written exam which must be carried out without the help of textbooks or notes. It consists of a multiple choice tests, 1 open question 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 16/30 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 2 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.

upload_Did3EN.pngDue to the Covid-19 sanitary emergency, examination procedures may vary according to national and University regulations on the health emergency Covid_19. The general structure of the exam will remain unchanged. Technical details concerning the exams will be provided on the Moodle page of the course.

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Attività di supporto

  • Per ogni argomento in programma vengono resi disponibili sulla piattaforma e-learning Moodle test di autovalutazione (domande a scelta multipla, quiz vero-falso).
  • 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.

upload_Did32.pngA causa dell'emergenza sanitaria dovuta al Covid-19, le modalità di svolgimento delle esercitazioni potranno subire variazioni. Informazioni più dettagliate saranno rese disponibili sulla pagina Moodle del corso.

 

  • Self-assessment tests (multiple choice questions, true-false quiz) 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).

upload_Did3EN.pngDue to the Covid-19 sanitary emergency, the structure of the training sessions may vary according to national and University regulations on the health emergency Covid_19. More detailed information will be provided on the Moodle page of the course.

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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

Sono disponibili sulla piattaforma e-learnig Moodle le slide delle lezioni, esercizi, video esplicativi e quiz di autovalutazione online. 

Libro di esercizi svolti: Gordon, McGrew, Serway, Jawett, Esercizi di fisica. Guida ragionata alla soluzione, EdiSES.

 

 

Recommended books (choose one):

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

Slides, exercises, video and online self-assessment tests are available on the Moodle e-learning system.

Book of exercises and solutions: Gordon, McGrew, Serway, Jawett, Esercizi di fisica. Guida ragionata alla soluzione, EdiSES.



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Note

Le modalità di svolgimento dell'attività didattica potranno subire variazioni in base alle limitazioni imposte dalla crisi sanitaria in corso. In ogni caso è assicurata la modalità a distanza per tutto l'anno accademico.

 

The taching activity may undergo changes depending on the situation COVID19. The e-learning model system is guarantee for the whole year.

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Ultimo aggiornamento: 18/02/2021 11:13
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