Insegnamento FISICA
| Nome del corso | Biotecnologie |
|---|---|
| Codice insegnamento | GP000517 |
| Curriculum | Comune a tutti i curricula |
| CFU | 6 |
| Regolamento | Coorte 2018 |
| Erogato | Erogato nel 2018/19 |
| Erogato altro regolamento | |
| Attività | Base |
| Ambito | Discipline matematiche, fisiche, informatiche e statistiche |
| Settore | FIS/03 |
| Tipo insegnamento | Obbligatorio (Required) |
| Tipo attività | Attività formativa monodisciplinare |
| Suddivisione |
FISICA - Canale A
| Codice | GP000517 |
|---|---|
| CFU | 6 |
| Docente responsabile | Luca Gammaitoni |
| Docenti |
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| Ore |
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| Attività | Base |
| Ambito | Discipline matematiche, fisiche, informatiche e statistiche |
| Settore | FIS/03 |
| Tipo insegnamento | Obbligatorio (Required) |
| Lingua insegnamento | ITALIANO |
| Contenuti | Il metodo sperimentale, grandezze e unità di misura. Elementi di meccanica, elettricità e magnetismo. Elementi di metodi di misura e analisi degli errori. |
| Testi di riferimento | - P. Mazzoldi, M. Nigro, C. Voci, Elementi di Fisica (3 volumi) - Halliday, Resnick, Walker, Fondamenti di Fisica (Casa Editrice Ambrosiana) - G. Ruffo, Fisica per Moduli (2 volumi). |
| Obiettivi formativi | Lo studente deve acquisire conoscenze di base su dinamica del punto materiale, statica e dinamica dei fluidi, elettricità, magnetismo e teoria degli errori. Le lezioni forniscono le basi teoriche relative agli argomenti trattati. Alcuni esercizi numerici proposti sono dedicati a rendere lo studente autonomo nel trovare le migliori soluzioni ed acquisire la manualità per le valutazioni numeriche. |
| Prerequisiti | Pre-requisiti essenziali. Nozioni di base di algebra, manipolazione delle espressioni numeriche e letterali, soluzione di equazioni di I e II grado. Nozioni di base di analisi matematica: funzioni elementari quali polinomi, funzioni trigonometriche, esponenziali, logaritmi. Pre-requisiti importanti. Nozioni di base di analisi matematica: derivate delle funzioni elementari, regole di derivazione delle funzioni composte, concetto di integrale e integrali di funzioni elementari. Nozioni di base di calcolo vettoriale: concetto di vettore, prodotto scalare e prodotto vettoriale. |
| Metodi didattici | Tutto il programma viene svolto con lezioni frontali. Allo scopo permettere agli studenti di acquisire la metodologia per risolvere specifici problemi, vengono proposti in aula esercizi che vengono risolti dal docente coinvolgendo gli studenti nel processo di soluzione e nella procedura di escuzione dei calcoli specifici. |
| Modalità di verifica dell'apprendimento | La valutazione avviene tramite una prova scritta. Ogni prova scritta è composta da circa venti domande, di cui un terzo è composto da quesiti teorici e i due terzi sono costituiti da esercizi numerici. Le domande spaziano sull'intero programma del corso. Durante la prova scritta è consentito usare solo il foglio contenente il testo dell'esame, i fogli protocollo messi a disposizione dal docente, una calcolatrice. Non è consentito l'utilizzo di telefoni cellulari, appunti, libri di testo. Per informazioni sui servizi di supporto agli studenti con disabilità e/o DSA visita la pagina http://www.unipg.it/disabilita-e-dsa |
| Programma esteso | Introduzione al corso ed informazioni pratiche. La fisica e il metodo sperimentale. Grandezze fisiche e unità di misura. Sistema Internazionale. Equazioni dimensionali. Grandezze fisiche scalari e vettoriali. Richiami di calcolo vettoriale. Cinematica del punto. Velocità media e velocità istantanea. Accelerazione media e accelerazione istantanea. Calcolo della legge oraria di un moto a partire dalla conoscenza della dipendenza temporale della velocità istantanea: richiami generali al calcolo integrale e suo significato fisico-geometrico. Leggi orarie di moto rettilineo uniforme e moto rettilineo uniformemente accelerato. Moto circolare uniforme e accelerazione centripeta. Legge oraria. Primo principio della dinamica (inerzia). Massa, secondo principio della dinamica e definizione di forza. Terzo principio della dinamica (azione e reazione). Forza di gravitazione universale. Forza peso. Forza elastica. Forze di attrito statico e dinamico. Forze di attrito viscoso. Problema generale della dinamica. Moto sotto l'azione di una forza elastica. Pendolo semplice. Considerazioni generali sul moto armonico. Definizione di lavoro nel caso di forza costante. Considerazioni ed esempi su lavoro motore, lavoro resistente, lavoro nullo. Unità di misura del lavoro. Definizione generale di lavoro nel caso di forza variabile. Definizione di potenza e sua unità di misura. Teorema delle forze vive e definizione di energia cinetica. Esempio di applicazione del teorema delle forze vive ad un corpo sotto l'azione della forza peso lungo tre percorsi notevoli. Lavoro compiuto da alcune forze notevoli lungo un percorso chiuso: forza peso, forza elastica, forza di attrito. Forze conservative e non conservative. Definizione di energia potenziale. Definizione di energia meccanica e teorema di conservazione dell'energia meccanica. Fenomeni elettrostatici. Forze elettriche e cariche elettriche. Struttura elettrica microscopica della materia e dell'atomo. Additività della carica elettrica. Isolanti e conduttori. Legge di Coulomb. Costante dielettrica del vuoto e costante dielettrica relativa. Confronto tra forza coulombiana e forza gravitazionale. Campo elettrico. Principio di sovrapposizione (additività di forza e campo elettrici). Esercizio sul principio di sovrapposizione: campo di un dipolo elettrico. Flusso di un vettore attraverso una superficie. Angolo solido. Teorema di Gauss. Alcune applicazioni del teorema di Gauss: campo di una sfera isolante uniformemente carica, campo di un piano uniformemente carico, campo di un doppio piano carico. Lavoro della forza elettrostatica di una carica puntiforme. Energia potenziale elettrostatica. Potenziale elettrico. Energia potenziale e potenziale elettrico di un condensatore piano. Elettrostatica dei conduttori. Forza elettromotrice e corrente elettrica. Legge di Ohm, resistenza e conducibilità. Resistenze in serie e in parallelo. Effetto Joule. Resistività. Corrente alternata e potenza efficace. Fenomeni magnetici elementari. Esperimenti di Oersted e Ampère. Seconda legge di Laplace e forza di Lorentz. Campo di induzione magnetica. Moto di una particella carica in campo magnetico uniforme. Spettrometro di massa. Legge di Biot e Savart. Permeabilità magnetica del vuoto e permeabilità magnetica relativa: diamagneti, paramagneti, ferromagneti. Prima legge di Laplace. Campo di una spira percorsa da corrente e momento magnetico. Campo di un solenoide. Cenni al fenomeno di induzione magnetica. Densità e pressione in un fluido. Equazione di continuità. Portata. Equazione di Bernoulli ed alcune sue conseguenze: paradosso idrostatico, forza di Archimede, effetto Venturi. Metodi di misura: misure dirette ed indirette. Errori sistematici, errori statistici, sensibilità strumentale. Valore medio come migliore stima di una grandezza misurata. Varianza, deviazione standard e deviazione standard della media. Distribuzione di misure ripetute intorno al valor medio. Misure di conteggi, distribuzione poissoniana e deviazione standard. Errori casuali ed indipendenti, distribuzione gaussiana, deviazione standard ed intervalli di confidenza. Propagazione degli errori. Casi notevoli: somma e differenza, prodotto e quoziente. Propagazione in quadratura per errori indipendenti e casuali. Formula generale di propagazione degli errori tramite derivate parziali. |
FISICA - Canale B
| Codice | GP000517 |
|---|---|
| CFU | 6 |
| Docente responsabile | Silvia Corezzi |
| Docenti |
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| Ore |
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| Attività | Base |
| Ambito | Discipline matematiche, fisiche, informatiche e statistiche |
| Settore | FIS/03 |
| Tipo insegnamento | Obbligatorio (Required) |
| Lingua insegnamento | Italiano |
| Contenuti | 1) Introduzione al metodo sperimentale 2) Elementi di meccanica: cinematica e dinamica del punto materiale 3) Elementi di elettrostatica e magnetostatica 4) Fluidi 5) Cenni di teoria degli errori |
| Testi di riferimento | - P. Mazzoldi, M. Nigro, C. Voci, Fisica, Vol. 1 e 2, (Ed. EdiSES) - D. Halliday, R. Resnik, K.S. Krane, Fondamenti di Fisica, Casa Editrice Ambrosiana, Milano. - Kesten-Tauck, Fondamenti di Fisica (Ed. Zanichelli) |
| Obiettivi formativi | Il Corso di Fisica si prefigge di sviluppare competenze scientifiche propedeutiche alle altre attività previste dal corso di studi, fornendo agli studenti la conoscenza dei principi generali della fisica basilari alla comprensione a livello molecolare dei sistemi e dei processi biologici. Lo studente deve acquisire conoscenze di base su dinamica del punto materiale, statica e dinamica dei fluidi, elettricità, magnetismo e teoria degli errori. Le lezioni forniscono le basi teoriche relative agli argomenti trattati. Alcuni esercizi numerici proposti sono dedicati a rendere lo studente autonomo nel trovare le migliori soluzioni ed acquisire la manualità per le valutazioni numeriche. Al termine del Corso ci si attende che gli studenti dimostrino di aver sviluppato capacità di ragionamento, nonché la capacità di applicare la conoscenza e comprensione di modelli matematici, fisici, statistici e informatici per l'analisi e l'elaborazione dell'informazione e dei dati sperimentali relativamente a sistemi e processi biologici. |
| Prerequisiti | Pre-requisiti essenziali. Nozioni di base di algebra, manipolazione delle espressioni numeriche e letterali, soluzione di equazioni di I e II grado. Nozioni di trigonometria, di geometria piana e di analisi matematica Pre-requisiti importanti. Nozioni di base di analisi matematica: derivate delle funzioni elementari, regole di derivazione delle funzioni composte, concetto di integrale e integrali di funzioni elementari. Nozioni di base di calcolo vettoriale: concetto di vettore, prodotto scalare e prodotto vettoriale. |
| Metodi didattici | Tutto il programma viene svolto con lezioni frontali in aula. Per permettere agli studenti di acquisire la metodologia di risoluzione di specifici problemi, vengono proposti in aula esercizi che vengono risolti dal docente coinvolgendo gli studenti nel processo di soluzione e nella procedura di esecuzione dei calcoli specifici. |
| Altre informazioni | La frequenza delle lezioni è facoltativa ma fortemente consigliata |
| Modalità di verifica dell'apprendimento | Esame scritto obbligatorio. Ogni prova scritta è composta da circa venti quesiti, di cui un terzo è rappresentato da esercizi concettuali/teorici e due terzi da esercizi numerici. Le domande spaziano sull'intero programma del corso. Durante la prova scritta è consentito usare solo il foglio contenente il testo dell'esame, i fogli protocollo messi a disposizione dal docente, una calcolatrice. Non è consentito l'utilizzo di telefoni cellulari, appunti, libri di testo. Per informazioni sui servizi di supporto agli studenti con disabilità e/o DSA visita la pagina http://www.unipg.it/disabilita-e-dsa |
| Programma esteso | INTRODUZIONE ALLO STUDIO DELLA FISICA Il metodo scientifico. La misura in fisica. Il Sistema Internazionale (SI) delle unità di misura. Multipli e sottomultipli. Analisi dimensionale. I vettori e le operazioni sui vettori: Grandezze scalari e grandezze vettoriali in fisica. Elementi di calcolo vettoriale: somma, prodotto per uno scalare, prodotto scalare, prodotto vettoriale. Identificazione di un vettore mediante le sue componenti. CINEMATICA: Come si muovono le cose? Il concetto di moto. La traiettoria del moto. Le grandezze cinematiche fondamentali: posizione, velocità, accelerazione. La descrizione del moto: vettore posizione, vettore velocità, vettore accelerazione (tangenziale e centripeta). Il moto nel piano come composizione di moti rettilinei. La cinematica del moto rettilineo: legge oraria e diagramma orario; come risalire dalla velocità alla posizione; come risalire dall'accelerazione alla velocità. La cinematica di alcuni moti rettilinei particolari: il moto rettilineo uniforme e il moto rettilineo uniformemente accelerato. Rappresentazione grafica delle leggi del moto rettilineo. Un esempio di moto uniformemente accelerato verso il basso è il moto di caduta libera di un corpo in prossimità della superficie terrestre: il caso unidimensionale di caduta libera verticale; il caso bidimensionale di caduta libera di un corpo lanciato. Esempi di impostazione e risoluzione di problemi: il moto unidimensionale di caduta libera; il moto di caduta sotto l'azione di un'accelerazione orizzontale. Il moto circolare: descrizione del moto circolare uniforme e uniformemente accelerato. Periodo del moto circolare uniforme. DINAMICA: Perché si muovono le cose? Le leggi della dinamica: il principio di inerzia; la legge di Newton; il principio di azione e reazione. Riconoscere e descrivere le forze: forza gravitazionale e forza peso; reazioni vincolari (reazione di un piano liscio, tensione di un filo); forza di attrito statico, dinamico, viscoso e non-viscoso. LAVORO ED ENERGIA Lavoro infinitesimo compiuto da una forza in corrispondenza di uno spostamento infinitesimo del suo punto di applicazione (cioè del corpo su cui essa agisce) e lavoro della forza in corrispondenza di uno spostamento finito. Potenza istantanea e potenza media. Calcolo del lavoro compiuto da alcune forze: forza peso, forza elastica, reazione vincolare e tensione, forza di attrito dinamico. Energia cinetica e Teorema dell'energia cinetica. Energia potenziale: espressione dell'energia potenziale relativa alla forza peso e dell'energia potenziale elastica. Forze conservative e non-conservative. Energia meccanica. Teorema di conservazione dell'energia meccanica. LA FORZA ELETTRICA Interazione gravitazionale e interazione elettromagnetica; la forza elettrica. La carica elettrica; struttura elettrica della materia; quantizzazione della carica elettrica; principio di conservazione della carica elettrica; isolanti e conduttori. La legge di Coulomb; il principio di sovrapposizione. Il concento di campo elettrico come ente di mediazione dell'azione a distanza fra cariche elettriche. Linee di campo come utile rappresentazione grafico dell'andamento del campo nello spazio. Espressione del campo elettrostatico generato da una singola carica puntiforme e da un insieme discreto di cariche puntiformi. Flusso di un vettore attraverso una superficie. Enunciato della legge di Gauss. Applicazione della legge di Gauss al calcolo del campo elettrico prodotto da distribuzioni di carica a simmetria sferica e a simmetria piana: piano infinito uniformemente carico, guscio sferico uniformemente carico, sfera uniformemente carica. Lavoro della forza elettrica. Conservatività del campo elettrostatico: energia potenziale elettrica e potenziale elettrico. Potenziale generato da una carica puntiforme, da un sistema di cariche puntiformi, da un doppio-strato uniformemente carico con cariche opposte. Moto di una carica in un campo elettrostatico. DIELETTRICI E CONDUTTORI I materiali dielettrici (isolanti) e la costante dielettrica relativa. Campo elettrico in un mezzo dielettrico: il caso del doppio-strato uniformemente carico con cariche opposte; il caso di una carica puntiforme (ovvero la legge di Coulomb in un mezzo dielettrico). Meccanismi di polarizzazione dei dielettrici: polarizzazione indotta e polarizzazione orientazionale. Il concetto di carica di polarizzazione. I materiali conduttori e i portatori mobili di carica. Condizione di equilibrio di un conduttore. Conduttore cavo. Il caso della sfera conduttrice carica. Conduttore in un campo elettrico esterno: il fenomeno dell'induzione elettrostatica. Conduttori a contatto. La conduzione elettrica nei materiali conduttori. Il concetto di velocità di deriva. Intensità di corrente e densità di corrente. Corrente elettrica stazionaria. Legge di Ohm della conduzione elettrica. Conducibilità e resistività. Collegamento di resistenze elettriche in serie e in parallelo. Potenza dissipata da una corrente elettrica attraverso una resistenza ed effetto Joule. LA FORZA MAGNETICA Il magnetismo. Relazione tra fenomeni elettrici e magnetici: le azioni magnetiche sono manifestazione dell'azione a distanza fra cariche elettriche in moto. Il campo magnetico come mediatore dell'interazione fra cariche elettriche in moto. L'effetto del campo magnetico: Forza magnetica su una carica in moto (forza di Lorentz). Forza magnetica su un tratto infinitesimo di filo percorso da corrente (2a legge elementare di Laplace). Forza magnetica su un conduttore percorso da corrente. Il caso del filo rettilineo in campo magnetico uniforme. Moto di particelle cariche in campo magnetico uniforme: carica che entra in campo magnetico uniforme con velocità perpendicolare alla direzione del campo; spettrometro di massa; selettore di velocità. Le sorgenti del campo magnetico: Campo magnetico prodotto da un tratto infinitesimo di filo percorso da corrente (1a legge elementare di Laplace). Campo magnetico prodotto da un circuito percorso da corrente. Campo magnetico prodotto da una carica in moto. Il campo magnetico prodotto da alcuni circuiti particolari: filo rettilineo indefinito; solenoide rettilineo indefinito. I FLUIDI Cos'è un fluido. Densità e pressione. Fluidi a riposo: Variazione della pressione con la profondità e con l'altezza; principio di Archimede. Fluidi in movimento: equazione di continuità; equazione di Bernoulli. INTRODUZIONE ALL'ANALISI DEGLI ERRORI La misura e l’inevitabilità degli errori. Metodi di misura: misure dirette ed indirette. La stima degli errori nella lettura di scale. La stima degli errori nelle misure ripetibili. Come rappresentare ed utilizzare gli errori: notazione; cifre significative; errore relativo; discrepanza. Errori casuali ed errori sistematici. Analisi statistica degli errori casuali: valore medio come migliore stima di una grandezza misurata; varianza e deviazione standard; deviazione standard della media. Distribuzione di misure ripetute intorno al valore medio (misure di conteggi e distribuzione poissoniana; errori casuali ed indipendenti e distribuzione gaussiana, deviazione standard e intervalli di confidenza). La propagazione degli errori: somme e differenze; prodotti e quozienti. Propagazione in quadratura per errori indipendenti e casuali. |