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Descrizione dell'insegnamento |
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La prima parte del corso di Fisica si riferisce ai fondamenti della meccanica dei corpi e dei fluidi e ai concetti base della termodinamica. I principi e le leggi fisiche che vengono studiati durante questa prima parte sono alla base di qualunque applicazione ingegneristica e di tutta la tecnologia contemporanea. Il corso è posto nella prima parte del percorso formativo dello studente verso il conseguimento della qualifica di ingegnere proprio per il suo carattere fondamentale e di base. Il linguaggio che si usa e che si impara è formale e si avvale degli strumenti della matematica, ma ciò che viene descritto è il mondo reale che ci circonda e di cui si tendono a mettere in evidenza i nessi causali che collegano fra loro i diversi fenomeni osservati.
La seconda parte del corso tratta la fenomenologia dell’elettromagnetismo, la sua teoria classica e alcune sue applicazioni. Come applicazione peculiare si considera anche la propagazione della luce, sia sotto forma di ottica geometrica che di ottica fisica. L’elettromagnetismo è alla base della stragrande maggioranza dei fenomeni fisici della vita quotidiana, eccettuata l’interazione gravitazionale. La consistenza dei corpi, non meno delle loro proprietà elettriche in senso stretto, i fenomeni chimici (non considerando la meccanica quantistica), il colore degli oggetti e moltissime altre proprietà sono in realtà di natura elettromagnetica. Tutto ciò mette in evidenza l’importanza della materia trattata nel corso. |
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Prerequisiti |
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Lo studente deve possedere i contenuti tipici del corso di Analisi I e parte di Analisi II; in particolare deve:
* conoscere e saper utilizzare le derivate
* essere in grado di effettuare uno studio di funzione
* conoscere il concetto di integrale come limite di una somma e saper calcolare integrali in una variabile o riconducibili a integrali in una variabile
* conoscere il concetto di vettore e sapere effettuare somme vettoriali
* conoscere gli operatori di gradiente, divergenza e rotore.
Un testo di riferimento per i concetti di base di calcolo differenziale, propedeutici allo studio del corso di fisica, è:
C. Cesarano, "Lezioni di Analisi Matematica Volume 1", Esculapio Editore |
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Scopi |
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Per quanto concerne la prima parte, obiettivo del corso è quello di fornire allo studente una comprensione non superficiale né solo qualitativa dei fenomeni connessi col moto dei corpi e dei fluidi, sia negli aspetti cinematici che dinamici, e dei problemi legati alla trasmissione del calore e in generale dell’energia fra sistemi formati da un grandissimo numero di componenti (termodinamica). Alla fine del corso lo studente saprà riconoscere e comprendere le proprietà dei moti semplici; avrà acquisito il concetto di forza, di quantità di moto, di momento angolare e di energia; possiederà il concetto di inerzia e di momento di inerzia. Sarà in grado di capire gli aspetti essenziali dell’interazione tra corpi diversi, sia in contatto diretto che con la mediazione del campo gravitazionale. A conclusione della prima parte del corso, lo studente avrà acquisito la metodologia essenziale per essere in grado di risolvere semplici problemi relativi a quanto sopra e di impostare la soluzione di problemi più complessi.
D’altro canto, obiettivo della seconda parte del corso è quello di fornire allo studente una comprensione non superficiale né solo qualitativa dei fenomeni connessi con le proprietà elettriche e magnetiche della materia e con la propagazione di onde elettromagnetiche. Alla fine del corso lo studente saprà interpretare correttamente i fenomeni elettromagnetici che accompagnano e costituiscono moltissime applicazioni della tecnologia contemporanea, dai circuiti elettrici ai motori, alle antenne per la trasmissione dei segnali, e ne conoscerà i principi essenziali. Altrettanto varrà per l’ottica e i suoi principi essenziali. A conclusione del corso lo studente avrà acquisito la metodologia per essere in grado di risolvere semplici problemi relativi a quanto sopra e di impostare la soluzione di problemi più complessi. |
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Contenuti |
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* Le misure
o grandezze fisiche
o sistemi di coordinate
o unità di misura
o misure ed incertezze
* Meccanica
o il moto di un oggetto puntiforme in una o più dimensioni;
o velocità ed accelerazione;
o quantità di moto e velocità
o urti e centro di massa;
o la forza;
o la conservazione della quantità di moto e le leggi di Newton;
o energia cinetica ed energia elastica;
o la forza di gravità
o forze dissipative;
o l’oscillatore armonico;
o risonanza;
o quantità di moto angolare e velocità angolare;
o inerzia angolare;
o il momento delle forze;
o la conservazione della quantità di moto angolare;
o energia di rotazione;
o equilibrio e stabilità.
* Meccanica dei fluidi:
o fluidi in quiete, la pressione;
o principio di Pascal;
o principio di Archimede;
o moto di fluidi ideali, la portata;
o l’equazione di Bernoulli;
o fluidi viscosi, l’attrito interno.
* Termodinamica:
o calore e temperatura;
o il primo principio;
o cicli termodinamici, il ciclo di Carnot;
o l’entropia e il secondo principio.
* Elettrostatica:
o campo elettrico di una carica puntiforme e di una distribuzione di cariche;
o potenziale elettrostatico;
o legge di Gauss e sue applicazioni;
o proprietà dei dielettrici;
o capacità e condensatori.
* La corrente elettrica:
o La legge di Ohm
o Effetto Joule
* Magnetostatica:
o proprietà del campo magnetico statico;
o forza di Lorentz;
o campo magnetico generato da una corrente;
o forze tra correnti;
o la relazione di Ampère;
o campo della spira e dipoli magnetici;
o proprietà magnetiche della materia.
* Campi elettromagnetici dipendenti dal tempo:
o la legge di Faraday;
o induttanza;
o le equazioni di Maxwell;
o le onde elettromagnetiche;
o proprietà generali della propagazione per onde;
o generazione di onde elettromagnetiche.
* L’ottica:
o la legge di Snell e l’ottica geometrica;
o fenomeni interferenziali;
o la diffrazione della luce;
o polarizzazione della luce. |
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Testi |
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LIBRI DI TESTO acquistabili on-line cliccando sui link seguenti:
* Fondamenti di Fisica, Halliday D., Resnick R., Walker J., 3a Edizione, Casa Editrice Ambrosiana, Milano (1995)
* Fisica Generale, Rosati S., Casa Editrice Ambrosiana, 2a Edizione, Milano (1994)
* Dall’elettrone all’entropia - Volumi I e II, A. Tartaglia, Levrotto & Bella, Torino (1992) (on line su http://www.polito.it/FIL in "Strumenti / Materiali per lo studio") |
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Esercitazioni |
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Gli esercizi consisteranno in applicazioni semplificate, e per quanto possibile, riconducibili a situazioni reali dei concetti e delle leggi studiati nel corso. L’accento sarà posto sugli aspetti metodologici e lo studente dovrà cercare di apprendere, più che un insieme di “ricette” per esercizi stereotipati, l’approccio al problema e gli elementi di similitudine tra problemi apparentemente diversi. |
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Docente/Tutor Responsabile insegnamento |
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Marco Tavani
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Docenti video |
Prof.
Paolo Allia
- Politecnico di Torino (Torino - Italy)
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Elenco delle lezioni |
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Lezione n. 47: Didactic materials related to the entire course
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