Classe delle lauree in:
(classi comuni ingegneria)
Corso di laurea in:
classi comuni ingegneria Tipo di attività formativa:
di Base
Ambito disciplinare:
Fisica e Chimica
Settore scientifico disciplinare:
Fisica Sperimentale (FIS/01)
CFU:
12 (2 moduli
INTEGRATI da 6cfu)
Titolo dell’insegnamento:
FISICA GENERALE A+B
Codice
dell’insegnamento: Tipo di insegnamento:
Obbligatorio ARTICOLAZIONE IN TIPOLOGIE DIDATTICHE:
Il corso è diviso in due moduli integrati da 6 cfu (con esame unico) per 96 ore di lezioni complessive tra teoriche ed esercitazioni.
CONOSCENZE PRELIMINARI:
Calcolo vettoriale, calcolo differenziale ed integrale.
OBIETTIVI FORMATIVI:
Il corso di Fisica Generale si propone di introdurre il metodo sperimentale e far acquisire agli studenti i concetti fondamentali della Fisica Classica, fornendo loro i principi, le metodologie attraverso il problem-solving e le conoscenze fisiche di base propedeutiche agli insegnamenti degli anni successivi.
PROGRAMMA (Modulo A) 1.5 CFU Cinematica
La misura in Fisica: Grandezze fisiche, campioni ed unità di misura. Precisione e cifre significative. Analisi dimensionale. Cinematica del punto materiale: Elementi di calcolo vettoriale. Moto unidimensionale:
equazione oraria, velocità e accelerazione media e istantanea. Concetto di traiettoria, ascissa curvilinea, centro e raggio di curvatura. Moti nello spazio: vettori posizione, velocità e accelerazione e loro componenti cartesiane, polari, tangenziali e normali alla traiettoria. Moto piano in coordinate cartesiane:
moto dei gravi. Moto circolare: relazioni vettoriali tra r, v, a, ω, α.
1.5 CFU Dinamica del punto materiale
Interazioni fondamentali. Principio di inerzia e introduzione al concetto di forza. Leggi di Newton. Sistemi di riferimento inerziali. Quantità di moto e impulso. Esempi di forze: forza peso, elastica, di attrito statico e dinamico, reazioni vincolari, tensioni. Pendolo semplice. Energia cinetica, Lavoro, Potenza. Lavoro e variazione dell’energia cinetica. Forze conservative. Energia potenziale e conservazione dell’energia meccanica. Lavoro delle forze non conservative e principio di conservazione dell’energia. Analisi dei diagrammi di energia potenziale. Momento della quantità di moto. Momento di forza. Teorema del momento angolare. Moti relativi (cenni): sistemi di riferimento in moto relativo traslatorio, rotatorio. Teorema delle velocità relative. Sistemi di riferimento non inerziali. Forze apparenti. Principio di relatività Galileiana.
1.0 CFU Dinamica dei sistemi di punti materiali
Forze esterne ed interne. Centro di massa. I e II equazione cardinale del moto. Conservazione della quantità di moto e del momento angolare. Condizioni di equilibrio. Proprietà del centro di massa. Sistema CM.
Teoremi di König. Lavoro ed energia cinetica. Energia potenziale.
1.0 CFU Dinamica del corpo rigido
Baricentro. Sistemi di forze parallele. Definizione e proprietà dei corpi rigidi. Densità di massa, posizione del centro di massa. Moto di un corpo rigido. Corpo rigido in rotazione attorno ad un asse fisso: energia cinetica, momento angolare e momento di inerzia. Teorema di Huygens-Steiner. Pendolo composto. Asse istantaneo di rotazione. Impulso angolare e momento dell’impulso. Moto di puro rotolamento. Corpo rigido libero. Equazioni cardinali del moto. Teoremi di König. Equilibrio statico del corpo rigido.
1.0 CFU Urti ed Oscillazioni
Forze impulsive. Urti in sistemi isolati/non isolati. Urti elastici e anelastici. Applicazione ai sistemi di due particelle. Urti centrali. Urti tra punti materiali e corpi rigidi. Urti con corpi rigidi liberi/vincolati. Oscillazioni:
Equazione differenziale dell’oscillatore armonico e sue proprietà. Energia dell’oscillatore armonico. Campi di forze centrali (cenni): Proprietà e leggi di conservazione. La forza gravitazionale. Leggi di Keplero.
Massa inerziale e gravitazionale. Legge di gravitazione universale. Campo e potenziale gravitazionale.
Moto di un corpo soggetto alla forza gravitazionale.
PROGRAMMA (Modulo B)
1.5 CFU Forza elettrostatica e campo elettrico
Carica elettrica. Struttura elettrica della materia. Forza di Coulomb. Campo elettrostatico. Linee di forza del campo Elettrostatico. Moto di una carica in campo elettrostatico. Sistemi di cariche puntiformi. Esperienza di Millikan. Lavoro elettrico e Potenziale Elettrostatico: Lavoro della forza elettrica: definizione di tensione e differenza di potenziale. Potenziale elettrostatico. Energia potenziale elettrostatica. Il campo come gradiente del potenziale. Superfici equipotenziali. Dipolo elettrico e forza su un dipolo elettrico. Legge di Gauss: Flusso del campo elettrostatico. Teorema di Gauss in forma integrale. Applicazioni e conseguenze del Teorema di Gauss.
2.0 CFU Conduttori e Dielettrici
Corpi conduttori in equilibrio elettrostatico. Conduttore cavo e schermo elettrostatico. Capacità conduttori isolati.
Induzione completa fra 2 conduttori: condensatori. Sistemi di condensatori in serie e parallelo. Energia del campo elettrostatico. Dielettrici. Costante dielettrica. Polarizzazione. Equazioni generali dell’elettrostatica in presenza di dielettrici. Corrente elettrica: Conduzione elettrica. Corrente elettrica e corrente elettrica stazionaria. Densità di corrente j. Legge di Ohm e concetto di resistenza elettrica. Potenza elettrica ed effetto Joule. Modello classico della conduzione elettrica. Forze elettromotrici. Sistemi di resistori in serie e parallelo.
Corrente di Spostamento. Cenno sulle leggi di Kirchhoff per le reti elettriche.
1.5 CFU
MAGNETOSTATICA
Campo magnetico e Forza magnetica: Interazione magnetica. Campo magnetico. Correlazioni fra elettricità e magnetismo. Forza magnetica su una carica in moto. Forza magnetica su un conduttore percorso da corrente.
Momenti magnetici meccanici sui circuiti piani. Effetto Hall. Moto di una particella carica in un campo magnetico con esempi di calcolo. Sorgenti del campo magnetico e legge di Ampère: campo magnetico prodotto da una corrente. Calcoli di campi magnetici prodotti da circuiti particolari. Azioni elettrodinamiche tra fili percorsi da corrente. Legge di Ampère.
1.0 CFU CAMPI ELETTRICI E MAGNETICI VARIABILI NEL TEMPO
Legge di Faraday e induzione elettromagnetica. Origine del campo magnetico e della fem indotta. Applicazioni della legge di Faraday. Autoinduzione. Energia Magnetica. Mutua Induzione. Legge di Ampère-Maxwell.
Equazioni di Maxwell (cenni).
METODI DI INSEGNAMENTO:
Lezioni ed esercitazioni in aula eventualmente supportate dall'impiego di computer e videoproiettore.
CONOSCENZE E ABILITÀ ATTESE:
Al termine del corso gli allievi conosceranno i principi fisici di base della meccanica newtoniana e dell’elettromagnetismo, essendo anche in grado di svolgere esercizi e calcoli.
SUPPORTI ALLA DIDATTICA:
Eventuali dispense del docente e approfondimenti.
CONTROLLO DELL’APPRENDIMENTO E MODALITÀ D’ESAME:
La verifica dell’apprendimento sarà stabilita tramite una prova scritta comprendente esercizi numerici e domande a contenuto teorico. Il docente si riserva la possibilità di effettuare un eventuale colloquio individuale per definire l'esito dell'esame.
TESTI DI RIFERIMENTO PRINCIPALI:
1. P. Mazzoldi, M. Nigro, C. Voci - “Elementi di Fisica - Vol. I”, EdiSES – Napoli 2. P. Mazzoldi, M. Nigro, C. Voci - “Elementi di Fisica - Vol. II”, EdiSES – Napoli ULTERIORI TESTI SUGGERITI:
Su richiesta.
Main field(s) of study for the qualification:
Industrial engineering
First degree course:
Management Engineering Type of formative
activity:
Basic Science
Discipline:
Physics and chemistry
Scientific Discipline Sector:
Experimental Physics (FIS/01)
ECTS Credits (CFU):
12
Title of subject:
Physics 1 - Mechanics
Code: Type of subject:
compulsory subject HOURS OF INSTRUCTION
The course is organized as a 12 CFU unit and split in two sections; it consists in 96 hours of lessons with numerical applications and a final examination.
PREREQUISITES:
Calculus.
AIMS:
The course of Physics aims to give the students the knowledge of the laws of basic physics that are the basis for many of the courses they will attend in order to obtain the degree.
Syllabus (Section 1) 1.5 CFU Kinematics
The measurement in Physics: Observables, base units and measurements. Precision and Significant digits. Dimensional analysis. Kinematics of point like particles: Introduction. Motion in one dimension.
Equations of Motion, average and instant velocity and acceleration. Examples of one-dimensional motion:
vertical motion, harmonic motion. Velocity and acceleration as a function of position. Motion in two dimensions: trajectory, trajectory coordinates, curvature. Position vector, velocity and acceleration in two and three dimensions. Coordinates changes: plane, polar and tangent coordinates. Examples of motion in two and three dimensions. Motion of the falling body. Circular motion, definition of r, v, a, ω, α and their mutual relationship.
1.5 CFU Dynamics of point like particles
Fundamental interactions. Principle of Inertia and introduction to FORCES. Inertial frames and Newton Laws. Momentum and Impulse. Types of forces: weight, elastic force, friction, constraints, tension. Motion of pendulum. Kinetic energy, Work, Power, relation between work and kinetic energy. Conservative forces, potential energy, mechanical energy conservation theorem. Work in presence of non-conservative forces, principle of conservation of energy. Potential energy graphs. Angular momentum, torque and their relationship.
Relative motion (outline): reference frames in relative motion: case of pure translation. Relative velocity.
Non-inertial reference frames. Galilean relativity 1.0 CFU Systems of point like particles
Internal and external forces. Center of Mass. Equations of Motion. Momentum and Angular Momentum conservation laws. Equilibrium conditions. Reference frame of the Center of Mass. König theorems. Work and kinetic energy. Potential energy.
1.0 CFU Rigid Bodies
Systems of forces. Center of Gravity. Main properties of rigid bodies. Mass density, center of mass. Motion of rigid bodies. Rotation: kinetic energy, angular momentum and moment of inertia. Principal axis of Inertia.
Huygens-Steiner theorem. Compound pendulum. Axis of instant rotation. Angular Impulse and its properties.
Pure rotating motion. Equations of motion. König theorems for a rigid body. Statics for a rigid body.
1.0 CFU Collision and Oscillations
Forces in collisions. Collisions for isolated and non-isolated systems. Elastic and inelastic collisions. Central collisions. Collisions between point like particles and rigid bodies. Collisions in presence of constraints.
Oscillations: Harmonic oscillator: equations and general properties. Energy. Combination of harmonic oscillation. Central Forces (outline): Main properties and conservation laws. Gravity. Kepler’s laws.
Newton's law of universal gravitation. Inertial and gravitational mass. Gravitational field and potential.
Syllabus (Section 2)
1.5 CFU Electric Force and electric field
Electric charge. Electric structure of matter. Coulomb force. Electrostatic field and its properties. Laws of motion in presence of Electric fields. Systems of point like electric charges. Millikan’s experiment. Work and electrostatic potential: definition of work for the electric force: voltage and difference of potential.
Electrostatic potential and electrostatic potential energy. Derivation of the electrostatic field from the gradient of electrostatic potential. Equipotential surfaces. Electric dipole and its properties. Gauss law:
Definition of the flux of the electrostatic field. Integral form of Gauss Law. The Gauss law as a tool for evaluating the electric field.
2.0 CFU Conductors e Dielectrics
Electric conductors in electrostatic equilibrium. Hollow conductor as electrostatic screen. Capacitance.
Isolated conductors. Electrostatic induction between two conductors. Systems of capacitors: series and parallel configuration. Energy of the electrostatic field. Dielectrics. Dielectric constant. Electric polarization.
The laws of electrostatic in presence of dielectrics. Electric current: Electric conductivity. Definition of electric current. Current density j. Ohm law and definition of electric resistance. Electric power and Joule’s laws. Classic model for electric conduction. Electromotive force. Systems of resistors: series and parallel configuration. Displacement current. Laws of Kirchhoff.
1.5 CFU Magnetic field and magnetic force
Magnetic interaction. Magnetic field. Correlations between electricity and magnetism. Magnetic force on a moving electric charge. Magnetic force on currents. Magnetic torque on circuits. Hall effect. Motion of a charged particle in a magnetic field. Ampere’s Law and sources of the magnetic field: magnetic field as produced by a current. Examples of calculations. Forces between circuits. Ampere’s law.
1.0 CFU ELECTROMAGNETISM
The Faraday’s law and electromagnetic induction. Electromagnetic field and electromotive force. Applications of Faraday’s law. Self-induction. Magnetic energy. Mutual induction. Ampere-Maxwell’s law. Maxwell equations (outline).
TEACHING METHODS:
Class lectures and numerical applications occasionally supported by the use of a computer and a projector.
EXPECTED KNOWLEDGES AND SKILLS:
At the end of the course the students will have a full knowledge of the basic principles of Newtonian physics, as well as of the electromagnetism. Students will also be able to perform numerical calculations and to solve problems.
TEACHING AIDS:
Teacher lecture notes, where necessary for topics not completely covered by textbooks.
EXAMINATION METHOD:
Written tests including numerical applications and theory. Oral examination can be requested depending upon the test result.
BIBLIOGRAPHY:
1. P. Mazzoldi, M. Nigro, C. Voci - “Elementi di Fisica - Vol. I”, EdiSES – Napoli 2. P. Mazzoldi, M. Nigro, C. Voci - “Elementi di Fisica - Vol. II”, EdiSES – Napoli FURTHER BIBLIOGRAPHY:
Upon request.
