Presentazione

Organizzazione della Didattica

DM270
SCIENZA DEI MATERIALI


11

Corsi comuni

 

Frontali Esercizi Laboratorio Studio Individuale
ORE: 56 24 24 167

Periodo

AnnoPeriodo
I anno2 semestre

Frequenza

Obbligatoria

Erogazione

Convenzionale

Lingua

Italiano

Calendario Attività Didattiche

InizioFine
01/03/201611/06/2016

Tipologia

TipologiaAmbitoSSDCFU
baseDiscipline matematiche, informatiche e fisicheFIS/016
baseDiscipline matematiche, informatiche e fisicheFIS/023
baseDiscipline matematiche, informatiche e fisicheFIS/032


Responsabile Insegnamento

ResponsabileSSDStruttura
Prof. PIERNO MATTEO AMBROGIO PAOLOFIS/03Dipartimento di Fisica e Astronomia "Galileo Galilei"

Altri Docenti

DocenteCoperturaSSDStruttura
Prof. NAPOLITANI ENRICOIstituzionaleFIS/03Dipartimento di Fisica e Astronomia "Galileo Galilei"

Attività di Supporto alla Didattica

Non previste.

Bollettino

Buona conoscenza della matematica del primo semestre (formalismo differenziale, studi di funzione, algebra lineare, trigonometria). Non è richiesta alcuna conoscenza di Fisica o Chimica.

Il corso è finalizzato i) all'acquisizione delle conoscenze di base della Meccanica con formalismo differenziale, e al ii) raggiungimento della capacità di risolvere quantitativamente esercizi numerici di meccanica dei corpi rigidi e fluidi. Più in dettaglio, gli obiettivi (suddivisi in primari e secondari) possono essere raggruppati seguendo lo schema del programma del corso: 1) Grandezze fisiche e unità di misura (obiettivo primario): la fisica come scienza sperimentale. 2) Vettori (obiettivo secondario, si presume venga trattato nei corsi di matematica). 3) Cinematica del punto (obiettivo primario): introduzione alla rappresentazione matematica dei fenomeni fisici. 4) Dinamica del punto (obiettivo primario): la legge fisica come modello di interpretazione rigorosa delle evidenze sperimentali. Consente di discutere su casi semplici il confronto fra previsione del modello e l’esperimento (p.es. il ruolo degli attriti). 5) Forze, lavoro ed energia (obiettivo primario): introduzione a concetti di importanza generale e dimostrazione di come il loro utilizzo consenta eleganti interpretazioni della realtà fisica. 6) Momenti angolari (obiettivo primario): si introducono i gradi di libertà rotazionali. 7) Moti relativi (obiettivo primario): discussione dell'invarianza della legge fisica rispetto al cambiamento di sistema di riferimento. 8) Dinamica dei sistemi di punti materiali (obiettivo primario): la complessità del moto di sistemi arbitrariamente complessi e dimostrazione di come l’applicazione delle leggi fisiche consenta di derivare previsioni semplici sul moto complessivo del sistema. 9) Gravitazione (obiettivo primario): oltre all'evidente importanza culturale, questo argomento è la prima occasione per applicare concetti quali quelli di campo di forze centrali e di forze conservative. 10) Dinamica del corpo rigido (obiettivo primario): uno degli argomenti nei quali è più varia l’applicazione delle leggi della meccanica. Terreno di prova fondamentale per abituare gli studenti ad applicare le leggi generali a problemi concreti. 11) Urti (obiettivo primario): la soluzione del problema dell’urto è preliminare a qualsiasi trattazione dei processi di scattering ed è uno dei campi nei quali le leggi di conservazione mostrano tutta la loro potenza. 12) Meccanica dei fluidi (obiettivo primario): è forse l’unica occasione nella quale gli studenti (a parte corsi specialistici) affrontano la statica e la dinamica dei fluidi. L’argomento è inoltre estremamente adatto alla dimostrazione di come si costruisca un modello fisico di sistemi complessi. 13) Oscillazioni e onde (obiettivo primario): preliminare a molti argomenti di elettromagnetismo e dei corsi di fisica e di chimica-fisica degli anni successivi. 14) Esperienze di laboratorio (obiettivo primario): introduzione pratica alla metodologia dell’attività sperimentale.

Lezioni frontali: Argomenti del programma corso, di carattere monografico: 56 ore d'aula Esercitazioni: 24 ore d'aula Lezioni frontali propedeutiche all'attività di laboratorio: 4 ore d'aula Attività sperimentale: 20 ore di laboratorio Crediti complessivamente erogati: 11 CFU

1) Grandezze fisiche e unità di misura: si introducono gli elementi di base della Fisica come scienza sperimentale. Importanza del sistema di unità di misura e del calcolo dimensionale. 2) Vettori: si evidenzia il significato fisico delle grandezze vettoriali. Sottolineatura dell’importanza della distinzione tra grandezze scalari e vettoriali. Richiami alle principali operazioni fra vettori e fra vettori e numeri. 3) Cinematica del punto: introduzione alla rappresentazione matematica del moto. Si focalizza in particolare l’uso del formalismo vettoriale e del calcolo differenziale alla soluzione dell’equazione del moto. Gli studenti devono abituarsi a “leggere” il significato fisico delle relazioni matematiche che usano. 4) Dinamica del punto: si introducono le leggi di Newton e si discute il loro significato fisico come prime leggi di derivazione sperimentale che gli studenti incontrano. Si mostra come l’uso dei concetti introdotti in cinematica consenta la soluzione del problema fisico. Primi accenni a leggi di conservazione ed alla loro importanza in fisica. 5) Forze, lavoro ed energia: si deriva il concetto di energia cinetica. Si introducono le forze conservative e si discute in dettaglio la conservazione dell’energia. 6) Momenti angolari: concetto nuovo preliminare allo studio dei sistemi di punti materiali. 7) Moti relativi: la relatività galileiana viene discussa nel contesto delle leggi del moto. Discussione dettagliata delle leggi di trasformazione fra sistemi di riferimento qualsiasi. Il concetto di sistema di riferimento inerziale acquista concretezza. 8) Dinamica dei sistemi di punti materiali: introduzione del concetto di centro di massa. Discussione del significato del moto del centro di massa e rispetto al centro di massa. Equazioni cardinali del moto e leggi di conservazione. 9) Gravitazione: derivazione della legge di gravitazione universale dalle leggi di Keplero. Discussione del moto sotto l’azione della forza di gravitazione e del significato di energia per orbite legate e non. Fondamentale esempio di costruzione di un modello fisico a partire da osservazioni empiriche. 10) Dinamica del corpo rigido: introduzione dei sistemi continui e concetti di quantità intensive ed estensive a partire dalla definizione di densità. Applicazione delle equazioni cardinali ai corpi rigidi. Concetto di momento di inerzia ed esempi di calcolo con integrazione estesa a tutto il volume. 11) Urti: applicazioni delle leggi di conservazione e conseguenze della loro non applicabilità. 12) Meccanica dei fluidi: applicazione delle leggi della dinamica a sistemi di N particelle. Introduzione ai concetti di pressione, di regime di flusso e della viscosità. Ancora un banco di prova dell’applicazione delle leggi fisiche a sistemi molto diversi da quelli per i quali erano state inizialmente introdotte. La teoria cinetica dei gas come esempio di costruzione di un modello fisico capace di spiegare la fenomenologia sulla base di ipotesi semplici. 13) Oscillazioni e onde: approfondimenti della trattazione matematica della soluzione delle equazioni differenziali degli oscillatori armonici semplici, smorzati e forzati. Introduzione al concetto di risonanza. Derivazione dell’equazione delle onde piane e sua applicazione allo studio della propagazione di onde elastiche trasversali e longitudinali. Il concetto di polarizzazione di un’onda trasversale. 14) Esperienze di laboratorio: alcune semplici esperienze sulla dinamica del punto materiale, dei corpi rigidi e dei fluidi consentono di mettere lo studente di fronte alla necessità di tener conto degli errori di misura e di applicare elementi di teoria degli errori.

Per superare l'esame, lo studente deve superare: 1) una prova scritta (detta prova parziale) o, in alternativa, N.2 prove in itinere 2) una prova orale 3) un colloquio sulle esperienze di laboratorio 1) Prova scritta (prova parziale): ciascuna prova scritta prevede la soluzione di due esercizi su argomenti di meccanica e fluidi tratti dal testo di riferimento, da svolgere senza l'ausilio di testi o altro materiale didattico, eccetto un breve formulario fornito dal docente. Il voto minimo per essere ammessi alla prova orale è 15/30. Lo studente che non avesse sufficienza piena (15-17) in una prova scritta deve sostenere l'orale nella stessa sessione in cui ha sostenuto la prova scritta. - Prove in itinere (prova parziale): Durante il corso gli studenti possono sostenere due prove in itinere, ciascuna composta da due esercizi. Il superamento di entrambe le prove in itinere con voto almeno pari a 18/30 equivale al superamento di una prova parziale (prova scritta). Lo studente che non avesse sufficienza piena (15-17) in una delle due prove in itinere deve sostenere o la prova scritta o, durante la prova orale, un colloquio sul programma non pienamente sufficiente, basato sulla discussione di esercizi numerici. - Validità delle prove parziali: Tutte le prove parziali (sia le prove scritte, sia le prove in itinere) restano valide fino alla sessione d'esame che precede l'inizio di un nuovo ciclo dell'insegnamento, nell'anno accademico successivo a quello in cui si sono svolte le prove. 2) Prova orale: prevede un colloquio sugli argomenti del corso elencati nel programma svolto. Gli studenti che non superano la prova orale possono sostenerla una sola altra volta, non necessariamente nella stessa sessione. Se non la superano nemmeno la seconda volta, dovranno ripetere anche la prova scritta. 3) Laboratorio (frequenza obbligatoria): Lo studente deve svolgere in laboratorio alcune esperienze di meccanica del punto, dei corpi, dei fluidi, scrivere una relazione per ogni esperienza svolta, e discuterle criticamente durante la prova orale. Le prove in itinere non sostituiscono in alcun modo il colloquio sulle relazioni di laboratorio.

La valutazione della preparazione dello studente si baserà sulla comprensione degli argomenti svolti, sull'acquisizione dei concetti e delle metodologie proposte e sulla capacità di applicarle in modo autonomo e consapevole. Più in particolare si valuterà molto positivamente la capacità di orientarsi tra i vari argomenti mettendoli in relazione tra loro, e la capacità di ricavare i risultati più importanti in modo non mnemonico.

P. Mazzoldi, M. Nigro, C. Voci, Elementi di Fisica (Meccanica - Termodinamica). Bologna: Edises, 2007

Testo di riferimento: Mazzoldi, Nigro, Voci "Elementi di Fisica (Meccanica - Termodinamica)". Casa Editrice EdiSES - Bologna Altri testi (in alternativa o per consultazione): 1) Resnick, Halliday, Krane "Fisica 1" Casa Editrice Ambrosiana 2) Serway, Beichner "Fisica per Scienze ed Ingegneria - Vol.I" Casa Editrice EdiSES 3) Walker. "Fondamenti di Fisica" Zanichelli Editore Testi di approfondimento: Feynman "La Fisica di Feynman - Vol. I" Zanichelli Editore Per l'attività di laboratorio i testi a cui si farà riferimento sono: 1) Taylor "Introduzione all'analisi degli errori. Lo studio delle incertezze nelle misure fisiche" Zanichelli Editore 2) Barlow "A Guide to the Use of Statistical Methods in the Physical Sciences" Ed. Wiley 3) Piazza "I capricci del caso" Ed. Springer