Ingegneria Informatica e Automatica

MARCO TOPPI

- Conoscenza e comprensione
Metodo scientifico, fisica classica, cinematica, dinamica, fluidi, termodinamica, elettromagnetismo, onde elettromagnetiche

- Applicare conoscenza e comprensione
Impostare lo svolgimento di un problema di fisica classica e risolverlo, saper descrivere il mondo fisico classico con le grandezze fisiche opportune e le loro relazioni, saper prevedere correttamente e quantitativamente, lo svolgersi di un processo fisico

- Capacità critiche e di giudizio
Capacità di individuare, in forma scritta, per un problema, le grandezze fisiche coinvolte, le loro relazioni e i rapporti numerici esatti o approssimati, tramite esempi in aula relazionati alla parte teorica svolta, esercitazioni scritte durante il corso, aiuto del tutor allo svolgimento degli esercizi e prova scritta finale.

- Capacità comunicative
Tramite domande specifiche su previsioni riguardanti la teoria fisica spiegata, si incoraggiano gli studenti a descrivere il quadro fisico e gli sviluppi della situazione proposta. Prova orale finale dove lo studente è in grado di descrivere a parole e in formule i principali argomenti della materia e le loro implicazioni

- Capacità di apprendimento
In maniera autonoma lo studente è in grado di riconoscere i termini essenziali di un fenomeno fisico classico, quali sono le grandezze fisiche in gioco, le loro relazioni e l’evoluzione nel tempo del sistema, di ipotizzare eventualmente le modifiche per ottenere un diverso risultato desiderato, impostare e risolvere quantitativamente i problemi fisici che si trova di fronte o che vuole impostare. Relazionarsi costruttivamente agli apparati di misura necessari per lo studio quantitativo del fenomeno stesso.

Lo studente è in grado di riconoscere i termini essenziali di un fenomeno fisico classico, di meccanica, termodinamica ed elettromagnetismo, ovvero le grandezze fisiche coinvolte, le loro relazioni e l'evoluzione del sistema nel tempo. Lo studente è in grado di distinguere i risultati ottenuti sperimentalmente da quelli teorici, derivati ​​da modelli matematici e poi confrontati con l'esperimento. Lo studente è in grado di risolvere problemi di meccanica, termodinamica ed elettromagnetismo, riconoscendo le grandezze fisiche coinvolte, le loro relazioni e i rapporti numerici esatti o approssimati, sapendo prevedere correttamente e quantitativamente l'evoluzione di un processo fisico. Lo studente è in grado di descrivere a parole e con formule i principali argomenti della materia e le loro implicazioni, sapendo collegare diversi argomenti simili a partire da un singolo caso specifico, dimostrando di saper ragionare sui diversi aspetti ad esso relativi.

Il corso richiede conoscenze pregresse di matematica acquisite con il corso di "Fondamenti di matematica" del primo semestre. Non c'è propedeuticità, tuttavia l'aver seguito e sostenuto tale esame permette una migliore assimilazione dei contenuti del corso di Fisica.

CINEMATICA DEL PUNTO: Introduzione alla meccanica. Proprietà dei vettori. Legge oraria e traiettoria di un punto materiale. Moto vario nel piano e nello spazio. Moto rettilineo, uniforme e accelerato. Moto verticale nel campo di gravità. Moto armonico semplice. Moto circolare. Moto parabolico dei corpi nel campo di gravità.

DINAMICA DEL PUNTO: Principio di inerzia e leggi di Newton. Quantità di moto e impulso. Risultante delle forze, equilibrio, reazioni vincolari e forze centripete. Forza peso, forza elastica, forza di attrito radente e viscoso. Applicazioni su piano inclinato. Tensione dei fili e pendolo Semplice. Lavoro, energia cinetica. Forze conservative e non conservative e energia potenziale. Momento angolare e forze centrali.

MOTI RELATIVI: Sistemi di riferimento, velocità e accelerazioni relative. Sistemi di riferimento inerziali e relatività Galileiana. Moto di trascinamento rettilineo uniforme.

SISTEMI DI PUNTI MATERIALI: Forze interne ed esterne in un sistema di punti materiali. Centro di Massa (CM) e teorema del moto del CM. Conservazione quantità di moto. Teorema e conservazione del momento angolare. Sistema di riferimento del CM. Teoremi di Konig e teorema dell’energia cinetica. Urti tra punti materiali (urto elastico, anelastico, completamente anelastico)

DINAMICA DEL CORPO RIGIDO: Definizione corpo rigido. Moto di un corpo rigido. Corpo continuo, densità e posizione del CM. Rotazioni rigide intorno ad un asse fisso. Momento di Inerzia. Teorema di Huygens-Steiner. Moto di puro rotolamento. Impulso angolare, momento dell’impulso. Leggi di conservazione nel moto di un corpo rigido. Urti tra corpi rigidi e punti materiali.

GRAVITAZIONE: Forza Gravitazionale. Massa inerziale e massa gravitazionale. Campo gravitazionale. Energia potenziale gravitazionale

PROPRIETA’ MECCANICHE DEI FLUIDI: Pressione

TERMODINAMICA: Stato ed equilibrio termodinamico. Temperatura. Primo Principio della Termodinamica. Energia Interna. Trasformazioni termodinamiche, Lavoro e Calore. Calorimetria. Processi Isotermi. Cambiamenti di Fase. Gas Ideali. Trasformazioni d’un gas e lavoro. Calore e calori specifici. Energia interna di un gas ideale. Trasformazioni di gas ideali e trasformazioni cicliche: ciclo di Carnot e cicli frigoriferi. Cenni Gas reali e cambiamenti di fase. Teoria cinetica gas ideali: calcolo pressione e equipartizione dell’energia. Secondo Principio della Termodinamica. Teoremi di Carnot e Clausius. Entropia

ELETTROSTATICA NEL VUOTO: Aspetti sperimentali delle interazioni fra cariche elettriche: legge di Coulomb. Definizione operativa e proprietà del campo elettrostatico. Campo elettrostatico generato da sistemi di cariche con distribuzione spaziale fissa e nota. Flusso di un vettore: teorema di Gauss o della divergenza. La prima equazione di Maxwell. Il potenziale elettrostatico. Il dipolo elettrico: potenziale e campo. Azioni meccaniche su dipoli elettrici in un campo elettrico esterno. Rotore di un campo vettoriale e conservatività del campo elettrostatico. Energia potenziale di un insieme di cariche. Energia del campo elettrostatico.


IL CAMPO ELETTROSTATICO IN PRESENZA DI CONDUTTORI IN EQUILIBRIO: Campo elettrico all'interno e sulla superficie di un conduttore in equilibrio. Distribuzione delle cariche sulla superficie dei conduttori. Il problema generale dell'elettrostatica nel vuoto. Sistema di due conduttori: il condensatore elettrico. Capacità di un condensatore, nei casi piano, sferico e cilindrico. Capacità di un condensatore sottile. Condensatori in serie e parallelo. Energia del campo elettrostatico in presenza di conduttori in equilibrio: energia immagazzinata in un condensatore.


CORRENTI ELETTRICHE STAZIONARIE: Conduttori, cariche, campi e forza elettromotrice. Densità e intensità di corrente. Equazione di continuità. Legge di Ohm: conducibilità, resistività, resistenza. Resistenza elettrica di strutture conduttrici ohmiche; resistenze in serie e in parallelo. Il campo elettrico nei conduttori in condizioni stazionarie. Forza elettromotrice e generatori elettrici. Potenza elettrica dissipata in un circuito e legge di Joule. Conservazione della carica elettrica. Circuiti percorsi da corrente quasi stazionaria. Carica e scarica di un condensatore con considerazioni energetiche (Circuiti fRC e RC).


MAGNETOSTATICA NEL VUOTO: Forza di Lorentz e vettore induzione magnetica: definizione operativa. Moto di una carica in un campo elettrico e magnetico. Flusso del vettore induzione magnetica. Forza magnetica su un filo percorso da corrente: seconda formula di Laplace. Azioni meccaniche su circuiti percorsi da corrente stazionaria in un campo magnetico esterno. Sorgenti del campo magnetico e aspetti sperimentali. I legge di Laplace. Campi magnetici creati da particolari distribuzioni di correnti; filo rettilineo indefinito (Legge di Biot Savart), spira circolare (sull'asse), solenoide. Definizione dell'Ampere; momento di dipolo magnetico di una spira; circuitazione di un campo vettoriale e il teorema di Ampère; legge di Gauss per il campo magnetico; le equazioni della magnetostatica in forma integrale e in forma differenziale. Interazioni fra circuiti percorsi da corrente stazionaria.


CAMPI ELETTRICI E MAGNETICI VARIABILI NEL TEMPO: Induzione elettromagnetica: legge di Faraday-Neumann-Lenz. Forza elettromotrice indotta. Variazione del flusso concatenato dovuta a variazione della corrente di alimentazione dei circuiti sorgente. Correnti di Foucault. Rotore del campo elettrico: forma locale della legge di Faraday- Neumann ed espressione della terza equazione di Maxwell nel caso non stazionario. Mutua e autoinduzione. Il principio del trasformatore. Circuiti fRL e RL.


EQUAZIONI DI MAXWELL E ONDE ELETTROMAGNETICHE
Corrente di spostamento; equazioni di Maxwell nel vuoto in forma integrale e differenziale; equazione delle onde nell'elettromagnetismo; velocità di propagazione delle onde elettromagnetiche; onde piane nel vuoto. Conservazione dell'energia e vettore di Poynting. Sorgenti del campo em. Spettro delle onde EM

Libri di testo adottati nel corso:
1 - Fisica. Meccanica e Termodinamica (III edizione) di Paolo Mazzoldi, Massimo Nigro, Cesare Voci) Fisica.
2 - Fisica: Elettromagnetismo e onde (III edizione) di Paolo Mazzoldi, Massimo Nigro, Cesare Voci.

Anche edizioni passate o la versione del due libri "Elementi di Fisica" vanno benissimo e contengono tutto il programma svolto a lezione.

Libri con esercizi svolti, consigliati per approfondire (sceglierne al massimo uno per Fisica 1 e uno per Fisica 2):

Per la parte di Fisica 1:
Mencuccini-Silvestrini: : Esercizi di Fisica: Meccanica e Termodinamica
Michelotti: Fisica generale. Esercizi svolti.

Per la parte di Fisica 2:
Mencuccini-Silvestrini: Esercizi di fisica. Elettromagnetismo e ottica.
Porto-Lanzalone-Lombardo: Problemi di fisica generale. Elettromagnetismo. Ottica. Relatività

Didattica in presenza, con lezioni alla lavagna e slides

Frequenza del corso in presenza.
La frequenza non è obbligatoria, ma vivamente consigliata

Lo studente deve essere in grado di superare una prova scritta che consiste nella soluzione di esercizi di meccanica, termodinamica ed elettromagnetismo.
Nel caso di sufficienza ottenuta alla prova scritta, la valutazione dello studente sarà completata da una prova orale.

Determinare in tutto lo spazio il campo elettrico e il potenziale elettrostatico dovuto ad una distribuzione di carica sferica, con densità di carica superficiale omogenea 𝜎