Codice insegnamento

4S011736

Crediti

9

Coordinatore

Federico Boschi

Lingua di erogazione

Italiano

Settore Scientifico Disciplinare (SSD)

FIS/07 - FISICA APPLICATA (A BENI CULTURALI, AMBIENTALI, BIOLOGIA E MEDICINA)

Corsi Singoli

Non Autorizzato

Moodle Seminari

L'insegnamento è organizzato come segue:

Obiettivi di apprendimento

Il corso mira a fornire una conoscenza di elementi di base della matematica necessaria allo studio delle scienze ed a introdurre lo studente alla conoscenza delle principali leggi fisiche ed alle loro applicazioni, particolarmente in campo biomedico.
Obiettivi Unità di Matematica
L’ insegnamento è volto alla acquisizione delle conoscenze e alla comprensione di strumenti fondamentali all'analisi matematica e della geometria, alla comprensione ed elaborazione di modelli applicativi basati su strutture matematiche.
Lo studente applicando le competenze acquisite dovrà essere in grado di interpretare e risolvere equazioni connesse alla modellizzazione matematica di fenomeni naturali.
Obiettivi Unità di FISICA
L’ insegnamento è volto alla acquisizione delle conoscenze e alla comprensione dei principali modelli teorici di fisica e delle ipotesi su cui sono fondati; alla capacità di comprendere e di applicare tali modelli ai casi reali, valutando l'attendibilità dei risultati ottenuti in connessione agli errori di misura ed ai limiti di validità dei modelli stessi.
Lo studente dovrà acquisire un corretto uso delle procedure di astrazione, di formalizzazione del linguaggio quantitativo, di comprensione del metodo sperimentale. Al termine del corso lo studente dovrà conoscere le principali leggi della Fisica, in particolare nei campi della meccanica del punto materiale, del corpo rigido e dei fluidi. Dovrà aver appreso le basi dell'elettrostatica, del magnetismo e dell'elettrodinamica.

Prerequisiti e nozioni di base

Conoscenze di matematica e fisica a livello di scuola secondaria superiore.

Programma

MATEMATICA:
- Vettori e scalari: calcolo vettoriale e trigonometria
- Elementi di geometria analitica
- Equazioni e disequazioni, funzioni elementari e composte
- Limiti, derivate e regole di derivazione (cenno alle equazioni differenziali)
- Studio di funzioni
- Calcolo integrale ed applicazioni
- Distribuzione normale o Gaussiana. Densità di probabilità
- Elementi di statistica descrittiva: media, mediana, moda, varianza, scarto quadratico medio, coefficiente di correlazione, covarianza, retta di regressione

FISICA:
- Meccanica:
Posizione, spostamento, moto unidimensionale vario, moto rettilineo uniforme. Velocità media e velocità istantanea. Accelerazione, moto rettilineo uniformemente accelerato. Moto bidimensionale, accelerazione radiale, accelerazione tangenziale. Moto circolare uniforme
Moto dei gravi. Moto di un proiettile. Leggi del moto (I, II, III). Quantità di moto (definizione). Massa inerziale. Forza peso. Forza di gravitazione universale
Energia cinetica. Lavoro di una forza. Teorema dell’energia cinetica. Forze conservative. Energia potenziale. Energia potenziale della forza di gravità. Teorema di conservazione dell’energia meccanica.
Piano inclinato liscio. Carrucola. Forze di attrito.
Moto armonico. Forza elastica. Conservazione della quantità di moto. Urti elastici, anelastici, perfettamente anelastici. Potenza
Moto rotatorio dei corpi rigidi (cenni) e momento di una forza. Velocità angolare e accelerazione angolare. Energia cinetica di un corpo in rotazione. Momento di inerzia. Momento di una forza.
Leve di primo, secondo e terzo tipo, leve del corpo umano.

- Fluidodinamica:
Pressione, densità, legge di Stevino, pressa idraulica, barometro di Torricelli, manometro a tubo aperto. Esercizio flebo. Principio di Archimede
Fluido ideale, moto stazionario, moto non turbolento, Portata. Equazione di continuità. Paradosso del sangue. Teorema di Bernoulli. Tubo di Venturi. Teorema di Torricelli (serbatoio). Applicazioni
Fluidi viscosi. Fluidi newtoniani. Il sangue. Viscosità, resistenza di un condotto. Formula di Poiseuille. Forza di Stokes.

- Termodinamica
Dilatazione termica di solidi e liquidi (lineare, superficiale, di volume). Esercizi. Contatto termico, equilibrio termico, legge zero della termodinamica, termometri a gas, temperatura assoluta. Convezione, conduzione, irraggiamento. Calore, energia interna, equivalente meccanico del calore, capacità termica, calore specifico, calore latente
Gas perfetto. Equazione di stato dei gas perfetti
I principio della termodinamica. Lavoro e calore nelle trasformazioni termodinamiche. Applicazioni del I principio.
II principio della termodinamica (Enunciati di Kelvin-Plank, Clausius, Kelvin). Trasformazioni cicliche, espansione libera, trasformazioni adiabatiche, isobare, isocore, isoterme. Macchina termica, rendimento termico. Esercizi
Macchine frigorifere, coefficiente di prestazione

- Elettrologia, elettromagnetismo
Cariche elettriche. Legge di conservazione della carica. Isolanti, conduttori, elettroscopio. Forza di Coulomb, campo elettrico Energia potenziale, il potenziale elettrostatico.
Linee e superfici equipotenziali. Capacità elettrica. Generatore di corrente. Corrente elettrica. Legge di Ohm, resistenza e resistività. Potenza elettrica, effetto Joule. Corrente alternata. Circuiti in corrente continua. Resistori in serie e parallelo
Poli magnetici, intensità del campo magnetico. Forza agente su filo percorso da corrente. Carica in un campo magnetico, forza di Lorentz, raggio di Larmor. Ciclotrone. Campo magnetico generato da un filo percorso da corrente. Campo in un solenoide.
Forze agenti tra fili percorsi da corrente. Onde elettromagnetiche (generazione, spettro, lunghezze d’onda).

- Ottica
Principi dell’ottica geometrica.
Riflessione, leggi della riflessione, specchio piano. Specchio sferico concavo, legge dei punti coniugati, fuoco oggetti, fuoco immagini, costruzioni delle immagini. Immagini reali, immagini virtuali. Ingrandimento lineare. Specchi sferici concavi
Rifrazione, leggi della rifrazione, indice di rifrazione assoluto e relativo. Diottro sferico, diottro piano, esempi.
Lenti sottili convergenti, lenti sottili divergenti. Legge dei costruttori di lenti. Costruzione delle immagini. Occhio umano: miopia e ipermetropia.

Bibliografia

Modalità didattiche

Le lezioni si svolgono in presenza. Durante le lezioni vengono affrontati gli argomenti teorici, con particolare attenzione alle applicazioni e allo svolgimento di esercizi per la comprensione dei concetti teorici e per la preparazione in vista dell’esame finale.
Lessons take place face to face. During the lessons the theoretical topics are dealt with and immediately afterwards many exercises are carried out for the application of theoretical concepts and for preparation for the final exam.

Modalità di verifica dell'apprendimento

Esame scritto, comprensivo dei due moduli, con esercizi a domanda aperta. Indicativamente ci saranno due esercizi di Fisica per ogni esercizio di Matematica. Durata 2 ore massimo.
Non sono ammessi libri o appunti. Portare calcolatrice e penna. I fogli verranno distribuiti dal docente. Scrivere nome, cognome e numero di matricola su tutti i fogli consegnati. È possibile fare una brutta copia. Tutti i fogli (anche quelli di brutta) vanno restituiti alla fine dell'esame. Gli esercizi possono essere svolti in ordine diverso da quello indicato nel testo ma deve essere indicato chiaramente prima dello svolgimento il numero dell'esercizio a cui si riferisce. Non sono ammessi due o più svolgimenti diversi dello stesso esercizio.

Criteri di valutazione

Durante la valutazione si terrà conto del risultato e della correttezza della procedura adottata dallo studente per risolvere gli esercizi e dell'uso corretto delle unità di misura. Soluzioni alternative sono ben accette, purché corrette. Errori di calcolo che portano a soluzioni incompatibili con il problema sono considerati gravi. Si terrà conto anche della chiarezza nei passaggi matematici e nell'ordine dell'elaborato.

Criteri di composizione del voto finale

Il voto finale sarà dato dalla media pesata per i crediti CFU dei voti ottenuti separatamente nella parte di Fisica e in quella di Matematica.

Lingua dell'esame

Italiano