Guida degli insegnamenti
Syllabus
Partially translatedTradotto parzialmente
Paolo MARIANI
Lingua di erogazione: ITALIANOLessons taught in: ITALIAN
Laurea - [ST01] SCIENZE BIOLOGICHE First Cycle Degree (3 years) - [ST01] BIOLOGICAL SCIENCES
Dipartimento: [040017] Dipartimento Scienze della Vita e dell'AmbienteDepartment: [040017] Dipartimento Scienze della Vita e dell'Ambiente
Anno di corsoDegree programme year : 1 - Secondo Semestre
Anno offertaAcademic year: 2018-2019
Anno regolamentoAnno regolamento: 2018-2019
Obbligatorio
Crediti: 8
Ore di lezioneTeaching hours: 64
TipologiaType: A - Base
Settore disciplinareAcademic discipline: FIS/07 - FISICA APPLICATA (A BENI CULTURALI, AMBIENTALI, BIOLOGIA E MEDICINA)
ITALIANO
Italian
Conoscenze di base di matematica (rappresentazione cartesiana, proporzionalità diretta e inversa, equazioni e sistemi di primo e secondo grado, esponenziali, logaritmi, funzioni geometriche semplici, trigonometria elementare); conoscenze di chimica di base (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).
Sono previste lezioni teoriche (7 crediti, 56 ore) e esercitazioni in laboratorio didattico svolte in gruppo (1 credito, 8 ore). La frequenza al corso, seppure non obbligatoria, è consigliata. La frequenza al laboratorio didattico è fortemente consigliata. C’è un’ampia disponibilità di date e orari in cui effettuare i laboratori didattici. La prenotazione dei laboratori si effettua via web, sul moodle del dipartimento di scienze della vita e dell’ambiente dedicato agli studenti del corso.
The course includes theoretical lectures and classroom exercises (7 credits, 56 hours) and a Physics Practical Laboratory work, attended in small groups (1 credit, 8 hours). Course attendance, although not mandatory, is strongly recommended. Attendance to the Physics Practical Laboratory is mandatory. Many dates to attend Physics Practical Laboratory are available and can be booked via web in the e-learning platform dedicated to the students in the Department of Life and Environmental Science website.
L’insegnamento permette agli studenti di acquisire il linguaggio e la metodologia delle scienze fisiche, una buona conoscenza delle leggi fondamentali della fisica e una capacità di analisi utili per descrivere, comprendere e interpretare in modo quantitativo i principali aspetti fisici della realtà che ci circonda, con particolare riferimento ai problemi di interesse biologico. Il corso è centrato sulla fisica teorica e sperimentale di base (meccanica, proprietà dei fluidi, termodinamica, proprietà elettriche e magnetiche della materia) necessaria per acquisire una solida base scientifica per sviluppare studi di tipo interdisciplinare.
Capacità di applicare conoscenze e comprensione.
Lo studente dovrà sviluppare la capacità di ragionare in modo logico, rigoroso e quantitativo per affrontare lo studio dei fenomeni fisici. In particolare, dovrà essere in grado di applicare le leggi della fisica classica 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.
Lo svolgimento delle esercitazioni nel laboratorio didattico e l'elaborazione della relazione di laboratorio, svolte con un lavoro di gruppo, contribuiscono a migliorare il grado di autonomia di giudizio e la capacità comunicativa dello studente. L'analisi dei dati raccolti dagli studenti durante le esercitazioni pratiche e lo svolgimento degli esercizi contribuiscono a migliorare le capacità di utilizzo dei concetti di matematica e statistica appresi.
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, electric and specialties 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. Also students have to know how properly use the units of the common physical quantities and know 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.
The activities carried on during the practical laboratories and laboratory reports’ compilation, developed in a working group, will stimulate and improve student's autonomy and communication skills. Moreover, the analysis of data collected during the experimental activities and the exercises performed to solve the physical problems will help the students to exploit the mathematical and statistical concepts learned in previous courses.
Lezioni frontali (7 CFU, 56 ore):
Introduzione alla Fisica e ai suoi metodi. Grandezze fisiche e misurazioni. Concetti di spazio e tempo. Cinematica del punto materiale: definizione di vettore posizione, velocità ed accelerazione. Traiettorie e leggi orarie per: moto rettilineo uniforme, moto rettilineo uniformemente accelerato, moto circolare, moto circolare uniforme. Dinamica: leggi di Newton, esempi notevoli di forze. Momento angolare e momento di una forza, conservazione del momento angolare. Centro di massa. Equilibrio di un corpo rigido e cenni di dinamica rotazionale. Quantità di moto. Conservazione della quantità di moto. Lavoro ed energia. Conservazione dell'energia meccanica. Forze non conservative. Urti elastici ed anelastici. 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. Moto laminare. Legge di Poiseille. Cadute di pressione. Termodinamica: principio zero della termodinamica. Definizione di temperatura assoluta. Calore specifico. Capacità termica. Trasformazioni di stato. Calore latente di trasformazione. Sistema termodinamico. Gas perfetto e sua equazione di stato. Calore, lavoro ed energia interna. Principi della termodinamica. Trasformazioni termodinamiche reversibili ed irreversibili: isocora, isobara, isoterma ed adiabatica. Trasformazioni cicliche e rendimento di macchine termodinamiche. Ciclo di Carnot e suo rendimento. Entropia e disuguaglianza di Clausius. Carica elettrica, campo elettrico e potenziale elettrico. Particelle cariche in un campo elettrico. Conduttori ed isolanti. Capacità. Elettricità e leggi di Ohm. Campo magnetico e sue proprietà Particelle cariche in un campo magnetico. Il circuito RC come modello per lo studio del funzionamento della membrana neuronale.
Esercitazioni di laboratorio (1 CFU, 8 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; allungamento di un corpo elastico; 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; azione della pressione atmosferica; 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.
Classroom lectures (7 CFU, 56 hours):
Introduction to Physics and its methods. Physical quantities and measurements. Concepts of space and time. Kinematics of a particle: definition of the position vector, velocity and acceleration. Trajectories and laws: uniform motion, uniformly accelerated rectilinear motion, circular motion, uniform circular motion. Dynamics: Newton's laws, notable examples of forces. Angular momentum and moment of a force, conservation of angular momentum. Centre of mass. Equilibrium of a rigid body and rotational dynamics. Work and energy. Conservation of mechanical energy. Non-conservative forces. Elastic and inelastic collisions. 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. Laminar motion. Poiseille’s law. Thermodynamics: Zeroth law of thermodynamics. Definition of absolute temperature. Specific heat. Heat capacity. State transformations. Latent heat of transformation. Thermodynamic systems: ideal gas and its equation of state. Heat, work and internal energy. Principles of thermodynamics. Reversible and irreversible thermodynamic processes: isochoric, isobaric, isothermal and adiabatic. Cyclic transformations and efficiency of thermodynamic machines. Carnot cycle and its efficiency. Entropy. Inequality of Clausius. Electric charge, electric field and electric potential. Charged particles in an electric field. Conductors and insulators. Capacitors. Electricity and Ohm’s laws. Magnetic field and its properties. Charged particles in a magnetic field. RC as equivalent circuit model for a patch of neural membrane.
Laboratory Practicals (1 CFU, 8 hours):
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.
L'esame consiste in una prova scritta ed in una successiva prova orale. La prova scritta consta di tre esercizi, ciascuno contenente due o tre domande, relativi all'intero programma svolto. La prova scritta si intende superata quando lo studente ha raggiunto la sufficienza (voto corrispondente a 18/30). La prova orale verte sulla discussione della relazione sulle attività svolte durante il laboratorio didattico.
Criteri di valutazione dell'apprendimento.
Durante la prova orale, viene valutata la relazione relativa alle esperienze di gruppo svolte durante il laboratorio didattico. In particolare, verrà esaminata la capacità dello studente di conoscere la definizione e il significato delle grandezze fisiche utilizzate durante il laboratorio didattico e di determinare le leggi fisiche alla base degli esperimenti svolti.
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.
Il voto finale viene attribuito tenendo conto dei risultati della prova scritta e valutando in maniera non quantitativa la prova orale. La lode viene attribuita quando lo studente abbia dimostrato piena padronanza della materia.
Learning Evaluation Methods.
The exam consists of a written test and a following oral examination. The written test consist of 3 exercises, each containing 2 or 3 questions, covering the content of the entire course. The test is approved when the student has successfully solved most of the exercises (the corresponding vote should be equal or higher than 18/30). Oral examination concerns the discussion of the group report on the experiments performed during the Laboratory practice.
Learning Evaluation Criteria.
During the oral examination, the group report on the experiments performed during the Laboratory practice will be evaluated. In particular, the student's ability to learn the definition and meaning of physical quantities involved in the Laboratory practice will be considered, as well as student's capability to know the physics laws fundamentals for the performed experiments.
Learning Measurement Criteria.
The final mark is expressed in a scale from 1 to 30. The exam is passed when the mark is greater than or equal to 18. Students can be awarded with the honour mark (30 cum laude).
Final Mark Allocation Criteria.
The final mark is mainly attributed taking into account the written test mark and evaluating in a non quantitative manner the oral test. The honour mark is given when the student has demonstrated full mastery of the subject.
- A. Giambattista, B. McCarthy Richardson, R. C. Richardson, "Fisica Generale. Principi e applicazioni", McGraw-Hill, seconda edizione, 2012.
- Fisica. Vol. 1: Meccanica e termodinamica. Ferrari V., Luci C., Mariani C. Idelson-Gnocchi
- Fundamentals of Physics – D. Halliday, R. Resnick), J. Walker- Wiley
A. Giambattista, B. McCarthy Richardson, R. C. Richardson, "Fisica Generale. Principi e applicazioni", McGraw-Hill, second edition, 2012.
Fisica. Vol. 1: Meccanica e termodinamica. -Ferrari V., Luci C., Mariani C.- Idelson-Gnocchi
Fundamentals of Physics – D. Halliday, R. Resnick), J. Walker- Wiley
Le informazioni contenute nella presente scheda assumono carattere definitivo solo a partire dall'A.A. di effettiva erogazione dell'insegnamento. Academic year 2018-2019
Università Politecnica delle Marche
P.zza Roma 22, 60121 Ancona
Tel (+39) 071.220.1, Fax (+39) 071.220.2324
P.I. 00382520427