Guida degli insegnamenti

Syllabus

Partially translatedTradotto parzialmente
[3S005] - FISICAPHYSICS
MARCO PELLEGRINI
Lingua di erogazione: ITALIANOLessons taught in: ITALIAN
Laurea - [AT03] SCIENZE E TECNOLOGIE ALIMENTARI First Cycle Degree (3 years) - [AT03] FOOD SCIENCE AND TECHNOLOGY
Anno di corsoDegree programme year : 1 - Secondo Semestre
Anno offertaAcademic year: 2018-2019
Anno regolamentoAnno regolamento: 2018-2019
Obbligatorio
Crediti: 6
Ore di lezioneTeaching hours: 54
TipologiaType: A - Base
Settore disciplinareAcademic discipline: FIS/07 - FISICA APPLICATA (A BENI CULTURALI, AMBIENTALI, BIOLOGIA E MEDICINA)

LINGUA INSEGNAMENTO LANGUAGE

ITALIANO

ITALIAN


PREREQUISITI PREREQUISITES

Risultano propedeutiche a questo corso le conoscenze di base di matematica (rappresentazione sullo spazio cartesiano, proporzionalità diretta e inversa, equazioni e sistemi di equazioni di primo e secondo ordine, funzioni esponenziali e logaritmiche, funzioni geometriche semplici, trigonometria elementare) e di chimica (atomo, molecola, legame chimico)

Basic mathematical concepts (representation on the Cartesian space, direct and inverse proportion, first and second order equations and systems, exponential and logarithmic functions, simple geometrical functions, elementary trigonometry); knowledge of basic concepts in Chemistry (atom, molecule, chemical bond).


MODALITÀ DI SVOLGIMENTO DEL CORSO DEVELOPMENT OF THE COURSE

Le 54 ore (6 CFU) sono suddivise in lezioni teoriche (4 CFU), di regola supportate da presentazioni a video, ed esercitazioni in aula e laboratorio (2 CFU). Sulla piattaforma informatica Moodle sono disponibili informazioni relative allo svolgimento del corso ed il materiale relativo alle lezioni svolte in aula.

The course includes theoretical lectures (4 ECTS), classroom exercises (2 ECTS). Classroom lectures and information about the Course are available on the e-learning web site.


RISULTATI DI APPRENDIMENTO ATTESI LEARNING OUTCOMES
Conoscenze e comprensione.

L’insegnamento permette agli studenti di acquisire il linguaggio e la metodologia delle scienze fisiche, e cioè una buona conoscenza delle leggi fondamentali della fisica e una capacità di analisi utili per descrivere, comprendere e interpretare in modo quantitativo, con valutazione o calcolo delle grandezze coinvolte, i principali aspetti fisici della realtà che ci circonda. Il corso è centrato sulla fisica teorica e sperimentale di base (meccanica, proprietà dei fluidi, termodinamica, proprietà elettriche e magnetiche della materia) che è necessaria per fornire una solida base scientifica a studi di tipo interdisciplinare.


Capacità di applicare conoscenze e comprensione.

Lo studente dovrà acquisire un modo rigoroso e analitico di ragionare e di affrontare i fenomeni fisici. In particolare dovrà possedere una conoscenza di base delle leggi della Fisica Classica, applicandole in modo appropriato per interpretare i fenomeni elementari che riguardano il movimento, l’energia e le proprietà termiche, elettriche e magnetiche della materia, usando correttamente le unità di misura delle più comuni grandezze fisiche e conoscendo i fattori di conversione tra unità di misura omogenee. Inoltre, lo studente dovrà essere in grado di applicare tali leggi per risolvere esercizi numerici e dovrà saper comunicare in modo chiaro il procedimento usato per arrivare alla loro soluzione. Lo studente dovrà infine mostrare di aver compreso il metodo scientifico con cui misurare e interpretare in modo critico i fenomeni fisici osservati durante le esperienze di laboratorio.


Competenze trasversali.

autonomia di giudizio, ovvero capacità di valutare in autonomia le implicazioni ed i risultati pratici dei problemi che risolve e sviluppo della capacità di risolvere problemi complessi partendo dai concetti base che possono essere combinati e associati ad altre informazioni per arrivare ad un livello di conoscenze superiore.


Knowledge and Understanding.

The course focuses on the study of matter, energy, forces, and their interaction in the world and universe around us. The course enables students to acquire the necessary competences on the physical basic laws and concepts (both theoretical and experimental), useful to describe and to understand the physical properties of the matter in the framework of the life and environmental sciences. The course presents the fundamentals of theoretical and experimental Physics (mechanics, fluid properties, thermodynamics, electrical and magnetic properties) necessary for graduate study in interdisciplinary disciplines requiring a strong scientific background.


Capacity to apply Knowledge and Understanding.

Students must acquire a rigorous, quantitative and analytic way of thinking and dealing with physical phenomena. In particular, students have to learn the laws of General Physics and to appropriately apply them to interpret the basic phenomena involving movement, energy and thermal, electrical and magnetic properties of matter. Students have also to know how properly use the units of the common physical quantities and the conversion factors between homogeneous units.

Students have to be able to apply the laws of Physics to solve numerical exercises and to communicate the method used to obtain their solution. Finally, students should be able to show understanding of the scientific method used to measure and critically interpret the physical phenomena observed during practical laboratories.


Transversal Skills.

a) independent judgment: ability to assess the implications and the practical results of the various problems to be solved or situations to be interpreted; b) development of the ability to solve complex problems starting from "packages" of base knowledge that can be put together and matched with other information to acquire a higher knowledge level.



PROGRAMMA PROGRAM

Lezioni frontali (4 CFU, 36 ore):

1. Metodo scientifico. Misurazioni ed unità di misura. Concetto di forza. I e III Legge di Newton. Forza peso. Forza normale. Forza di attrito. Tensione dei fili. Forza elastica. Misurare le forze. Grandezze scalari e vettoriali. Operazioni con i vettori: somma, differenza, prodotto scalare e prodotto vettoriale. Posizione e spostamento. Velocità. Accelerazione. II Legge di Newton. Traiettoria. Moto rettilineo uniforme. Moto rettilineo uniformemente accelerato. Caduta dei corpi. Il moto in due dimensioni. Il moto del proiettile. Il moto circolare. Lavoro ed energia. Conservazione dell’energia meccanica. Forze non conservative. Urti. Quantità di moto. Conservazione della quantità di moto. Centro di massa. Equilibrio di un corpo rigido. Momento di una forza. Equilibrio di un punto materiale. Cenni alla dinamica rotazionale (1 CFU).

2. Meccanica dei fluidi: definizione di fluido ideale. Proprietà dei fluidi. Definizione di pressione. Legge di Stevino. Principio di Archimede. Legge di Pascal. Equazione di continuità. Equazione di Bernoulli. Fluidi reali (cenni) (1 CFU).

3. Termodinamica: principio zero della termodinamica. Definizione di temperatura assoluta. Calore specifico. Capacità termica. Trasformazioni di stato. Calore latente di trasformazione. Sistema termodinamico. Gas perfetto. Calore, lavoro ed energia interna. Primo principio della termodinamica. Trasformazioni termodinamiche. Trasformazioni cicliche. Secondo principio della termodinamica. Entropia (1.5 CFU).

4. La macchina del clima. Irraggiamento. Fondamenti di elettromagnetismo. Microscopia (cenni) (0.5 CFU).



Esercitazioni di laboratorio (2 CFU, 18 ore):

Scopo delle esercitazioni di laboratorio didattico è apprendere i principi e i metodi della misura attraverso l’uso dei più comuni strumenti di laboratorio e l’elaborazione statistica e grafica dei dati ottenuti. In particolare, verranno considerati i seguenti esperimenti: allungamento di una molla elicoidale e verifica della legge di Hooke; relazioni quantitative tra le grandezze fisiche che descrivono un moto uniformemente accelerato; forze su un piano inclinato; determinazione della densità dei liquidi o di solidi; spinta ascensionale in funzione del volume e della massa di un corpo. Ogni esperimento verrà svolto in gruppi di 5 studenti. Al termine delle esercitazioni, ogni gruppo dovrà consegnare una relazione su tutte le attività svolte in laboratorio, descrivendo per ogni esperienza il montaggio sperimentale e presentando i dati ottenuti, i calcoli eseguiti, i risultati analitici calcolati (espressi con il corretto numero di cifre significative) e la discussione/interpretazione degli stessi.

Lectures (4 ECTS)

1. Scientific method. Measurements and measurement units. Forces. Newton’s Laws I and III. Weight force. Normal force. Frictional force. Tension force. Elastic force. Measurements of the forces. Operations on vectors: addiction, subtraction, scalar product and vector product. Position and displacement. Speed. Acceleration. Newton’s Law II. Trajectory. Uniform motion. Rectilinear uniformly accelerated motion. Falling bodies. The motion in two dimensions. The motion of the projectile. The circular motion. Work and energy. Conservation of mechanical energy. Non-conservative forces. Impacts. Momentum. Conservation of momentum. Centre of mass. Balance of a rigid body. Moment of a force. Equilibrium of a material point. Rotational dynamics (notes) (1 ECTS).

2. Fluid Mechanics: definition of ideal fluid. Properties of fluids. Definition of pressure. Stevin’s Law. Archimedes’ principle. Pascal’s Law. Continuity equation. Bernoulli’s equation. Real fluids (notes) (1 ECTS).

3. Thermodynamics: Zero law of thermodynamics. Definition of absolute temperature. Specific heat. Heat capacity. State transformations. Latent heat. Thermodynamic systems. Perfect gases. Heat, work and internal energy. First law of thermodynamics. Thermodynamic processes. Cyclic transformations. Second law of thermodynamics. Entropy (1.5 ECTS).

4. The climate machine. Radiation. Fundamentals of Electromagnetism. Microscopy (notes) (0.5 ECTS).



Laboratory experiences (2 ECTS):

The aim of the practical laboratories is to teach students the principles and methods of measurement using the most common laboratory instruments, basic statistical processing, and data graphical representation. In particular, students will perform the following experiments: elongation of a helical spring and verification of Hooke's law; elongation of an elastic body; quantitative relationships between the physical quantities describing a uniformly accelerated motion; forces on a sloping plane; determination of liquids’ or solids’ mass densities; action of atmospheric pressure; Archimede’s force as a function of the volume and the mass of a body. Each experiment will be carried out by groups of 5 students. At the end of the laboratory practice, each group will have to prepare a report on all the activities carried out in the laboratory, describing for each experiment the set-up and the data obtained, the executed calculations, the calculated analytical results (expressed with the correct number of significant digits ) and the final discussion / interpretation.


MODALITÀ DI SVOLGIMENTO DELL'ESAME DEVELOPMENT OF THE EXAMINATION
Modalità di valutazione dell'apprendimento.

Alla fine del corso, per gli studenti iscritti al primo anno, sono previste due prove a risposta multipla (meccanica e termodinamica), che includono sia domande teoriche, sia esercizi, seguite da una prova orale, dove è possibile discutere la relazione di laboratorio per migliorare il proprio voto.
Tutti gli studenti hanno anche l’opzione di svolgere un esame scritto, seguito da una prova orale ed, eventualmente, della presentazione di una relazione di laboratorio. La prova scritta consiste in due quesiti da risolvere mentre il colloquio orale è articolato su tre tematiche tra quelle elencate nel programma del corso.


Criteri di valutazione dell'apprendimento.

Lo studente, nel corso della prova, dovrà dimostrare: a) la comprensione dei principi e delle leggi fondamentali della Fisica; b) la capacità di applicare le leggi presentate durante il corso c) la capacità di risolvere esercizi di fisica, applicando le leggi e i principi della meccanica o termodinamica. Per superare l’esame di fisica, lo studente dovrà dimostrare di possedere una complessiva conoscenza dei contenuti, esposti in maniera sufficientemente corretta con utilizzo di adeguata terminologia tecnica, e di essere in grado di affrontare ragionamenti deduttivi che gli consentano di realizzare opportuni collegamenti all’interno della materia e di averne acquisito una buona padronanza.


Criteri di misurazione dell'apprendimento.

Il voto finale è attribuito in trentesimi. L’esame si intende superato quando il voto è maggiore o uguale a 18. È prevista l’assegnazione del massimo dei voti con lode (30 e lode).


Criteri di attribuzione del voto finale.

Gli studenti (del primo anno) che ottengono come media delle due prove parziali una votazione superiore a 18/30 (con una votazione minima di 15/30 ad ogni prova), potranno decidere se sostenere la prova orale per migliorare il proprio voto (eventualmente discutendo anche la relazione di laboratorio), o semplicemente accettare la media dei due parziali come voto finale dell’esame. Per gli studenti che svolgono l’esame scritto, la prova consiste in 2 esercizi (riguardanti meccanica, fluidi o termodinamica). La prova orale, obbligatoria dopo lo scritto, consiste in 3 domande su qualsiasi argomento trattato durante il corso di Fisica. Il voto finale terrà in considerazione entrambi i risultati ottenuti (scritto e orale).
La relazione di laboratorio può aumentare il voto di 1-2 trentesimi


Learning Evaluation Methods.

At the end of the course, for first-year Students, there will be two tests with multiple answers (mechanics and thermodynamics), including both theoretical questions and exercises, followed by an oral test, where the students can discuss the laboratory report, in order to improve their final physics exam mark.

All students also have the option to make a written examination, followed by an oral test and, possibly, the presentation of a laboratory report.


Learning Evaluation Criteria.

During the tests, student will have to demonstrate that they: a) have understood the principles and fundamental laws of Physics; b) are able to demonstrate with practical examples the application of the laws studied during the course; c) are able to solve exercises, applying the laws and principles of mechanics or thermodynamics. To pass the Physics exam, the student must demonstrate an overall understanding of the content, present it in a sufficiently correct way, with the use of appropriate technical terminology, and to be able to deal with deductive reasoning that allow to create appropriate links between the studied arguments and to prove that he has acquired a good mastery of them.


Learning Measurement Criteria.

The final mark is awarded out of thirty. The exam is passed when the grade is equal or greater than 18. It is possible to be awarded with the highest marks with honors (30 cum laude).


Final Mark Allocation Criteria.

First-year Students who get at the 2 partial tests (theoretical questions and exercises) an average vote higher than 18/30 (with a minimum score of 15/30 in each partial test), may decide whether to take the oral test to improve their marks (also discussing the laboratory report if they want), or just accept the average of the 2 tests as the final mark. For students who do the (global) written examination, it consists of 2 exercises (mechanics, fluids or thermodynamics). The oral examination, mandatory after the written exam, consists of 3 questions on any subject covered during the course. The final mark will take into account the results obtained in both two tests (written and oral).
The laboratory report may increase by 1-2 points (in thirtieths) the exam mark.



TESTI CONSIGLIATI RECOMMENDED READING

- A. Giambattista, B. McCarthy Richardson, R. C. Richardson, "Fisica Generale. Principi e applicazioni", McGraw-Hill, seconda edizione, 2012.

- Halliday, Resnick, Walker, “Fondamenti di Fisica”, CEA, 7 edizione, 2015.

- Qualunque testo di Fisica per corsi universitari.

- A. Giambattista, B. McCarthy Richardson, R. C. Richardson, "Fisica Generale. Principi e applicazioni", McGraw-Hill, second edition, 2012.

- Halliday, Resnick, Walker, “Fondamenti di Fisica”, CEA, 7 edition, 2015.

- Any Physics text-book for College courses.


Scheda insegnamento erogato nell’A.A. 2018-2019
Le informazioni contenute nella presente scheda assumono carattere definitivo solo a partire dall'A.A. di effettiva erogazione dell'insegnamento.
Academic year 2018-2019

 


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