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ROBERTO MAOLI
ROBERTO MAOLI

Obiettivi principali
L'insegnamento di Fisica riguarda concetti di base di meccanica, termodinamica, elettricità e magnetismo. L'obiettivo principale del corso è di far acquisire la conoscenza dei fenomeni fisici e, soprattutto, la loro descrizione mediante leggi e modelli matematici. Lo studente alla fine del corso deve essere in grado di formalizzare un semplice problema identificando quali leggi descrivono il fenomeno e di trovarne quantitativamente la soluzione. L'obiettivo finale è l'acquisizione di un metodo scientifico rigoroso per affrontare non solo semplici problemi di fisica ma anche tematiche che incontreranno nei corsi successivi.
Il corso richiede conoscenze di base di calcolo analitico e numerico e comprende lezioni frontali, dedicate alla spiegazione dei fenomeni fisici e delle leggi ad essi associate, ed esercitazioni volte a consolidare la comprensione dei fenomeni fisici e la loro applicazione a problemi specifici. Il corso prevede una serie di attività in itinere di autovalutazione (quiz su piattaforma elearning) e due prove di esonero, la prima a metà del corso e la seconda al termine delle lezioni.

Obiettivi specifici
A) Conoscenze e capacità di comprensione
- conoscenza delle leggi della fisica che riguardano la meccanica, in particolare le tre leggi di Newton e le leggi di conservazione della quantità di moto e dell'energia;
- conoscenza delle leggi della fisica che riguardano la fluidodinamica e la termodinamica, con riferimenti ad applicazioni in campo biologico;
- conoscenza delle leggi della fisica che riguardano l'elettricità e il magnetismo, con riferimenti ad applicazioni in campo biologico.

B) Capacità di applicare conoscenza e comprensione
- saper descrivere un fenomeno fisico, prima qualitativamente e poi quantitativamente, distinguendo gli effetti principali da quelli secondari;
- saper schematizzare in maniera rigorosa un fenomeno fisico individuando le leggi fisiche fondamentali per descriverlo;
- saper identificare il metodo più adatto alla risoluzione di problemi fisici.

C) Autonomia di giudizio
- acquisire capacità di giudizio critico attraverso l'applicazione a problemi diversi delle conoscenze apprese.

D) Abilità comunicative
- saper comunicare quanto appreso nel corso dell’esame orale utilizzando un linguaggio scientifico rigoroso.

E) Capacità di apprendimento
- apprendere la terminologia specifica;
- connettere in modo logico le conoscenze acquisite.

Il corso richiede le conoscenze di base di calcolo analitico e numerico. È fortemente consigliato di seguire il corso di calcolo e biostatistica, superando l'esame relativo al modulo di calcolo, prima di iniziare a seguire il corso di Fisica.

MODULO 1: MECCANICA
Unità di misura per lunghezza, tempo e massa. - I vettori. Somma di vettori, moltiplicazione per uno scalare, prodotto scalare. - La cinematica del punto in una dimensione. Velocità media ed istantanea, accelerazione. Moto a velocità costante ed ad accelerazione costante. L'accelerazione di gravità ed il moto di caduta libera. - La cinematica del punto nello spazio. Vettore spostamento, vettore velocità, vettore accelerazione. Moto di proiettili. Moto circolare uniforme, accelerazione centripeta, periodo. - Dinamica del punto materiale. Leggi di Newton, forza peso, attrito statico e dinamico, resistenza del mezzo e velocità limite. Forza centripeta nel moto circolare uniforme. - Lavoro ed energia cinetica. Definizioni, lavoro compiuto dalla forza peso, lavoro compiuto da una forza variabile, forza di richiamo di una molla e lavoro compiuto dalla molla. Potenza. - Conservazione dell'energia. Lavoro ed energia potenziale, forze conservative, principio di conservazione dell'energia meccanica. Energia potenziale della forza peso e della forza di richiamo di una molla. - Conservazione della quantità di moto. - Urti in una dimensione. - Oscillazioni: moto armonico semplice, velocità ed accelerazione, periodo e pulsazione. Il pendolo semplice.

MODULO 2: FLUIDODINAMICA E TERMODINAMICA
- Fluidi. Densità, pressione, pressione idrostatica, legge di Stevino, principi di Pascal ed Archimede. Portata. L'equazione di Bernoulli. - Temperatura e calore: definizione di temperatura, legge zero della termodinamica. Dilatazione termica, capacità termica, calore specifico, calore specifico molare, calore latente. Prima legge della termodinamica. Gas perfetti e teoria cinetica. Equazione di stato, lavoro compiuto da un gas perfetto in una trasformazione a pressione costante, a volume costante e a temperatura costante. Temperatura e velocità quadratica media. Energia interna. Calori specifici molari per un gas ideale. Principio di equipartizione. Trasformazioni adiabatiche: legame tra pressione e volume, e tra temperatura e volume. Espansione libera.

MODULO 3: ELETTRICITA’ E ROMAGNETISMO
Cariche elettriche, legge di Coulomb, principio di sovrapposizione. - Il campo elettrico. Linee di forza, campo di una carica. Moto di una carica in un campo elettrico costante. - Legge di Gauss. Determinazione del campo elettrico per distribuzioni di carica planari, cilindriche e sferiche. Conduttori: distribuzioni di carica superficiale, campo elettrico all'interno del conduttore. - Potenziale elettrico. Calcolo del potenziale dal campo elettrico. Potenziale dovuto ad un insieme di cariche puntiformi. Potenziale di un conduttore carico isolato. - Capacità elettrica. Capacità del condensatore piano. Condensatori in serie e parallelo. Energia immagazzinata in un campo elettrico. - Resistenza elettrica e circuiti. Corrente elettrica, velocità di deriva. Resistenza e resistività. Legge di Ohm. Potenza dissipata. Resistenze in serie e parallelo. Soluzione di circuiti con resistenze. - Prodotto vettoriale. - Campi magnetici. Campo magnetico e forza di Lorentz. Cariche in campi magnetici ed elettrici ortogonali. Traiettoria di una carica in un campo magnetico costante. Forza magnetica su un filo percorso da corrente. Campi magnetici generati da correnti. Legge di Biot-Savart. Campo al centro di una spira. Legge di Ampere: campo di un filo e di un solenoide. Forza tra fili paralleli.

- Knight, Jones, Field - Fondamenti di fisica - casa editrice Piccin
In alternativa:
- Ferrari, Luci, Mariani, Pelissetto - Fisica Vol. 1 e 2 - casa editrice Idelson-Gnocchi
- Serway, Jewett - Principi di Fisica - casa editrice EdiSES

Il corso prevede lezioni frontali sia di teoria sia di esercitazioni. Attraverso le lezioni frontali gli studenti apprendono le conoscenze fondamentali della disciplina e le esercitazioni sono utilizzate per applicare le conoscenze alla risoluzione di problemi specifici.
Durante il corso vengono proposte delle prove di autovalutazione a cadenza bisettimanale attraverso la piattaforma di e-learning (quiz). I quiz consistono in una serie di domande e semplici problemi da svolgere in un tempo limite di due ore.

La frequenza delle lezioni e delle esercitazioni non è obbligatoria ma è fortemente consigliata, così come la partecipazione ai quiz di autovalutazione delle conoscenze acquisite.

La valutazione comprende una prova scritta e un colloquio orale. La prova scritta consiste in esercizi, ciascuno con molteplici domande, che si riferiscono ai tre principali moduli del corso (meccanica, termodinamica, elettromagnetismo). Oltre ai quiz di autovalutazione, vengono proposte due prove di esonero che, se superate, consentono di accedere direttamente alla prova orale. Al voto finale, espresso in trentesimi, contribuiscono in egual misura l'esito della prova scritta e della prova orale.