ECTS - University of Pisa
Conoscenze base di fisica classica propedeutiche a corsi successivi (es. Fisica Generale 2, Chimica...);
Leggi della meccanica classica Newtoniana, del punto e dei sistemi;
Le unita' standard del sistema di misura internazionale (SI) loro conversioni;
Elementi di meccanica dei fluidi, gravitazione, e termodinamica.
The student who completes the course successfully will posses a basic methodological basis in the field of Physics that represent the basics of the further development in the field of Electromagnetism (General Physics II, Measurements), of Applied Mechanics and Structural Mechanics and of the Thermodynamics, Applied Thermodynamics and Energetics.
La verifica avviene tramite prova scritta e orale in cui risolvere esercizi e discutere la validita' della soluzione proposta.
Ongoing assessment to monitor academic progress will be carried out in the form of written tests held during the course or written tests held at the end of the course. The written test is followed by an orale test where theory and pratical examples are discussed.
La capacita' di eseguire calcoli numerici con agilita' e sicurezza, anche con unita' di misura miste;
Capacita' generali (non limitate al campo delle fisica) di “problem analysis” e “problem solving”: riconoscere gli elementi essenziali entro uno scenario complesso, generalizzare, applicare in maniera flessibile concetti appresi, creare modelli semplice e operabili della realta', trarne deduzioni corrette e testarne la affidabilita';
- numerical calculus with different units;
- problem solving: capacity to identify the important element with a complex environment;
- capacity to apply general concept to particular cases and to create a model for a particula case.
Si verifichera' tramite prova scritta e colloquio orale che l’allievo al termine del corso sia in grado di analizzare e risolvere problemi di meccanica Newtoniana, dei fluidi, e di Termodinamica di media difficolta', anche se formulati in maniera “realistica” e non schematica, e spiegare il suo processo di pensiero in maniera chiara, sulla base di principi e leggi fisiche fondamentali.
The written and oral tests will propose realistic situations that in order to be solved will require the student to formulate a model and to apply Newtoning laws or thermodinamic laws.
Un obiettivo del corso e' che gli studenti imparino ad autovalutare le capacita' e conoscenze acquisite. Ed in particolare siano in grando di trovare un metodo di studio adatto a quanto richiesto da un corso di laurea di carattere scientifico.
Among the course goals there are:
- stimulus for the students to find an efficient method to study scientific subjects;
- ability to auto-asses the level of understanding;
- ability to identify concepts that are not clear enough and to find a way to understand them.
Attraverso l'interazione con i docenti si stimolano i ragazzi a verificare le proprie capacita` a risolvere problemi e si stimolano ad individuare le parti non completamente chiare.
The professor interact with the students to stimulate them to verify their own ability to solve problems and to find those concepts that are not completely clear.
Conoscenze di matematica di base incluse in particolare trigonometria e derivate.
Basic math concepts, trigonometry, function derivation.
L'insegnamento e' basato su lezioni frontali in aula, da parte del docente e del codocente, in cui si descrivono le leggi e i principi fondamentali, con l'ausilio di problemi svolti in maniera dettagliata, e occasionalmente slides e filmati per approfondire argomenti specifici. In aggiunta si hanno esercitazioni frontali, tenute di norma da personale di supporto, che propongono e risolvono problemi insieme agli studenti, per lo piu' lasciando agli studenti stessi il tempo di risolvere per proprio conto ciascun problema, prima di illustrarne il metodo risolutivo.
Il corso e' fortemente basato sull'uso della pagina elearn, attraverso il quale si svolgono tutte le comunicazioni tra i docenti e gli studenti in entrambe le direzioni (che vengono cosi' preservate per riferimento successivo), e che contiene sempre tutte le informazioni aggiornate su corso, testi, appelli, ecc. e ogni avviso riguardante al corso.
Attraverso la pagina elearn vengono anche forniti esercizi di autoverfica con cadenza circa bisettimanale.
I docenti sono inoltre disponibili settimanalmente, per ricevere individualmente gli studenti o loro rappresentanti, per discutere personalmente qualunque questione riguardante il corso e eventuali esigenze individuali speciali.
Durante il corso si tengono 3 prove scritte in itinere (alla fine del primo semestre ed alla meta' ed alla fine del secondo semestre) del tutto simili alle prove scritte di esame (vedi sotto) per struttura e modalita' di esecuzione. Esse hanno lo scopo di permettere sia agli studenti che ai docenti di verificare il regolare andamento del processo di apprendimento, e agli studenti di fare pratica e prendere confidenza con le modalita' dell'esame finale. I punteggi riportati durante le prove in itinere sono tenuti in conto come bonus (solo se migliorativo) sul punteggio delle prove scritte sostenute nella successiva sessione estiva; in caso di punteggio sufficiente in tutte e 3 le prove, esonerano lo studente dalla prova scritta finale, e gli consento di presentarsi direttamente per il colloquio orale.
Il contenuto delle prove in itinere e` suddiviso come segue (riferendosi alle sezioni del programma dettagliate sopra):
Prova in itinere 1: Introduzione e vettori, Cinematica del punto materiale, Dinamica del punto materiale, Lavoro ed energia, Dinamica dei sistemi
Prova in itinere 2: Dinamica rotazionale, Gravitazione, Oscillazioni Prova in itinere 3: Meccanica dei fluidi, Termodinamica
Delivery: face to face
Learning activities:
Attendance: Advised
Teaching methods:
Introduzione e vettori:
Grandezze fisiche, campioni di lunghezza, massa e tempo. Errori di misura, cifre significative, propagazione degli errori. Grandezze scalari e vettoriali, elementi di calcolo vettoriale. Sistemi di coordinate (cartesiane [prerequisito], polari sferiche e cilindriche); vettori in coordinate polari.
Cinematica del punto materiale:
punto materiale, legge oraria, traiettoria. Velocità ed accelerazione. Moti: armonico, parabolico, smorzato esponenzialmente, circolare uniforme. Velocita' angolare, accelerazione angolare.
Dinamica del punto materiale:
La forza come azione fra due corpi. Le tre leggi della dinamica e concetto di sistema inerziale. Forze di contatto e forze a distanza. Forza peso, forza elastica, forze vincolari, attrito statico, dinamico e viscoso. Moto in sistemi accelerati e forze apparenti.
Lavoro ed energia:
Lavoro di una forza. Energia cinetica e teorema dell'energia cinetica. Potenza. Forze conservative ed energia potenziale. Energia potenziale gravitazionale, elastic. Conservazione dell'energia meccanica.
Dinamica dei sistemi:
Sistemi discreti e continui: densita' di massa di volume, superficiale e lineare. Il centro di massa e la prima equazione cardinale. La quantita' di moto e la sua conservazione. Teorema dell'impulso. Urti. Principio del motore a reazione.
Dinamica rotazionale:
Momento delle forze e momento angolare. Conservazione del momento angolare.
Il corpo rigido: energia cinetica di traslazione e di rotazione: momento di inerzia. Teorema di Steiner (o degli assi paralleli)
Momento angolare di un corpo rigido. Seconda equazione cardinale. Conservazione del momento angolare in sistemi meccanici.
Gravitazione:
Legge di gravitazione di Newton. Moto in campo gravitazionale. Cenni ai tipi di orbite: ellittiche, paraboliche, iperboliche. Velocità di fuga. Satellite geostazionario.
Meccanica dei fluidi:
Definizione di fluido e pressione. Statica dei fluidi: variazione di pressione con l'altezza (o la profondita'). Principio di Archimede. Fluidodinamica in regime stazionario irrotazionale: linee di corrente, equazione di continuita', teorema di Bernoulli e semplici applicazioni.
Oscillazioni:
Oscillatore armonico, pendolo, moto circolare, moto smorzato e forzato (trattazione qualitativa). Oscillazione in fluidodinamica.
Termodinamica:
Temperatura e termometri. Dilatazione termica di solidi e di gas. Equazioni di stato. Flusso di calore. Calore specifico e calori latenti. Propagazione del calore per conduzione ed irraggiamento. Il piano di Claypeyron. Il gas perfetto, equazione di stato. Trasformazioni dei gas perfetti e di sistemi termodinamici. Lavoro, primo principio della termodinamica ed energia interna. Macchine termiche. Secondo principio della termodinamica. Macchina di Carnot, pompe di calore e frigoriferi. Entropia.
Indroduction and vectors:
Measuring things, the internaton system of units, changing units, length, mass and time. Measurement uncertainty. Scalars and vectors, simple vectorial calculus. Coordinate systems: cartesian, spherical and cylindric.
Single particle Kinematics:
Physical meaning of single particle, law od moion, trajectory. Velocity and acceleration. Motion with constant speed, constant velocity. Motion in one, two dimesions. Angular velocity, angula acceleration.
Single particle Dynamics:
Concept of force. The three Newton laws and concept of inertial system. Type of forces: contact force and forces at distance. Gravitational force, elastic force, bond forces, static and dynamic forces. Motion in accelarated systems and apparent forces.
Work and Energy:
Definition of work and kinetic energy. Kinetic energy theorem. Power. Concervative forces and potential energy. Gravitational and elastic potential energy. Mechanical energy conservation.
Dynamics of systems:
Definition of continuos and discrete systems: linear, superficial and volume density. Centre of mass and second law of Newton for a systema of particles. Linear momentum and impulse. Collisions. Rocket.
Rotational Dynamics:
Angular momentum, torque and conservation of angular momentum. Kinetic energy in a rotation. Rotaltional Inertia. Newton's secod law in angular form.
Gravitation:
Newton gravitation law. Motion in a gravitational field. Kepler's laws. Type of orbits in the gravitational field.
Fluids:
Definition of fluids, density and pressure. Pascal's and Archimede's principles. Equation of continuity. Bernoulii's equation.
Oscillations and waves:
Harmonic motions, pendulums, circular motion, damped simple harmonic motion. Forced oscillations and resonances. Definition of wave. Longitudinal and transverse waves. Type of waves in nature: waves in water, acustic waves. Period, frequency, wave lenght. Overposition and interference of wves. Stationary waves. Beats. Doppler effect. Shock waves.
Theromodynamics:
Temperature and thermometers. Thermal expansion, heat absorption, heat propagation. First and second law of thermodynamics and enropy. Carnot cycle.
Libro di testo: Elementi di Fisica - II edizione - Mazzoldi, Nigro, Voci.
Libro di testo utilizzato in anni passati: Fondamenti di Fisica, Halliday-Resnick-Walker, settima edizione.
Fundamental of Physics - Halliday-Resnick-Walker
La prova scritta consiste in 12 problemi da risolvere, con risposte numeriche multiple. I dati numerici dei problemi (e i corrispondenti risultati) sono personalizzati per ciascuno studente, che riceve una copia del testo con prestampato il proprio nome. I problemi sono divisi in 3 gruppi, corrispondenti alle 3 sezioni in cui e' diviso il programma del corso, e alle 3 prove in itinere corrispondenti. La prova si svolge in aula, per una durata compresa tra 2 e 3 ore.
La prova orale consiste di una discussione che prende spunto dalla soluzione della prova scritta per discutere l'approccio alla soluzione e la parte teorica. La prova orale dura 0.5-1 ora.
The written test consists of 12 multiple numerical answer problems to be solved. The numerical data are randomly generate within a sensibile range for each student. Problems are divide in four groups corresponding to the 4 sections in which the program is organized. The test is held in the class room and last 2-3 hours.
The oral test requires the student to discuss and defend the solutions proposed for the written test and requires the student to illustrate the theory behind them.
