Anno di corso: 1

Crediti: 6
Crediti: 8
Crediti: 8
Crediti: 3
Tipo: Lingua/Prova Finale
Crediti: 3
Tipo: Lingua/Prova Finale
Crediti: 3
Tipo: Lingua/Prova Finale
Crediti: 3
Tipo: Lingua/Prova Finale
Crediti: 3
Tipo: Lingua/Prova Finale
Crediti: 3
Tipo: Lingua/Prova Finale
Crediti: 3
Tipo: Lingua/Prova Finale
Crediti: 3
Tipo: Lingua/Prova Finale

Anno di corso: 2

Anno di corso: 3

FISICA I CON LABORATORIO

Scheda dell'insegnamento

Anno accademico di regolamento: 
2015/2016
Anno di corso: 
1
Anno accademico di erogazione: 
2015/2016
Tipo di attività: 
Obbligatorio
Lingua: 
Italiano
Crediti: 
14
Ciclo: 
Annualita' Singola
Ore di attivita' didattica: 
126
Prerequisiti: 

Conoscenza di matematica (algebra e trigonometria)

Moduli

Metodi di valutazione

Modalita' di verifica dell'apprendimento: 

Prova scritta inerente al modulo di Fisica I, prova orale su entrambi i moduli.
La preparazione alla prova scritta verrà fatta attraverso esercitazioni svolte durante il corso.
La prova orale include la valutazione di una relazione sulle esperienze svolte in laboratorio.

Valutazione: 
Voto Finale

Obiettivi formativi

Il corso e' diviso in due moduli di 8 e 6 cfu, con un unico esame finale. Il primo modulo consiste di lezioni frontali con esercitazioni ed ha durata annuale; il secondo modulo prevede una parte teorica e una parte sperimentale dove gli studenti, suddivisi in gruppi di tre persone cadauno, svolgono esperienze in laboratorio.
La frequenza e' obbligatoria per il II modulo che si terrà interamente nel II semestre.

Contenuti

Programma:
INTRODUZIONE
Unità di misura - Dimensioni delle grandezze fisiche - Vettori e loro algebra.
CINEMATICA
Traiettoria - Velocità istantanea - Accelerazione – I vettori spostamento e accelerazione - Moto con accelerazione costante - Moto circolare – Moto armonico – Moto parabolico nel piano.
DINAMICA
Principio d'inerzia - Forza e massa - Leggi di Newton – Reazioni vincolari - Forza peso - Forza elastica - Forze di attrito - Impulso e media temporale di una forza.
LAVORO ED ENERGIA
Lavoro di una forza ed energia cinetica - Energia potenziale - Forze conservative e non conservative - Potenza – Conservazione dell’energia meccanica.
MOTI RELATIVI
Velocità e accelerazioni relative – Sistemi di riferimento inerziali – Relatività galileiana – Sistemi di riferimento non inerziali – Forza centrifuga e forza di Coriolis.
SISTEMI DI PARTICELLE
Forze interne ed esterne – Centro di massa - Conservazione della quantità di moto e del momento angolare - Energia di un sistema di particelle e moto del centro di massa - Urti in una e due dimensioni - Sistemi con massa variabile.
DINAMICA DEL CORPO RIGIDO
Rotazioni rigide intorno ad un asse - Momento d'inerzia - Teorema degli assi paralleli – Moto di puro rotolamento – Equilibrio statico.
OSCILLAZIONI
Energia dell’oscillatore armonico – Somma di moti armonici - L'oscillatore forzato e smorzato.
GRAVITAZIONE
Forze centrali - Leggi di Keplero – Forza gravitazionale – Massa inerziale e massa gravitazionale - Campo gravitazionale.
MECCANICA DEI FLUIDI
Generalità sui fluidi - Pressione - Principio di Archimede – Regime stazionario - Portata - Equazione di Bernoulli.
MOTO ONDULATORIO
Onde trasversali e longitudinali - Onde sinusoidali - Velocità delle onde – Rappresentazione matematica di un’onda viaggiante - Equazione delle onde – Principio di sovrapposizione - Onde stazionarie.

Programma delle lezioni frontali:
DESCRIZIONE PRELIMINARE DELL'ANALISI DELLE INCERTEZZE
Errori come incertezze; inevitabilità degli errori; importanza di conoscere gli errori; la stima degli errori nel lettura di scale; la stima degli errori nelle misure ripetibili.
Come rappresentare ed utilizzare gli errori. Stima migliore +/- errore; cifre significative; confronto di valori misurati ed accettati; confronto di due misure; verifica della proporzionalità con un grafico; errori relativi; moltiplicazione di due valori numerici di misure.
PROPAGAZIONE DEGLI ERRORI
Incertezze nelle misure dirette; somme e differenze, prodotti e quozienti; errori indipendenti in una somma; funzioni arbitrarie di una variabile; formula generale per la propagazione degli errori. Analisi statistica degli errori casuali. Errori casuali e sistematici; la media e la deviazione standard; la deviazione standard come incertezza in una singola misura; la deviazione standard della media; errori sistematici.
LA DISTRIBUZIONE NORMALE
Istogrammi e distribuzioni; distribuzioni limite; la distribuzione normale; la deviazione
standard come il limite di confidenza del 68%; giustificazione della media come miglior stima; deviazione standard della media.
RIGETTO DEI DATI E MEDIE PESATE
Il problema del rigetto dei dati; criterio di Chauvenet. Medie pesate: il problema di combinare misure separate; la media pesata.
Metodo dei minimi quadrati. Dati che dovrebbero adattarsi ad una linea retta; adattamento ad altre curve col metodo dei minimi quadrati.
LA DISTRIBUZIONE BINOMIALE E LA DISTRIBUZIONE DI POISSON
Definizione della distribuzione binomiale; proprietà della distribuzione binomiale.
La distribuzione di Poisson. Definizione e proprietà della distribuzione di Poisson.
Il test chi quadro per una distribuzione

Programma delle esperienze di laboratorio:
Calori specifici di solidi.
Studio di moti oscillatori.
Studio di moti rettilinei.
Urti, conservazione del momento.
Conservazione dell’energia.
Elasticità
Momenti di inerzia
Analisi di distribuzioni normali
Statistiche di decadimenti radioattivi.
Determinazione della focale di una lente

Programma esteso

Programma:
INTRODUZIONE
Unità di misura - Dimensioni delle grandezze fisiche - Vettori e loro algebra.
CINEMATICA
Traiettoria - Velocità istantanea - Accelerazione – I vettori spostamento e accelerazione - Moto con accelerazione costante - Moto circolare – Moto armonico – Moto parabolico nel piano.
DINAMICA
Principio d'inerzia - Forza e massa - Leggi di Newton – Reazioni vincolari - Forza peso - Forza elastica - Forze di attrito - Impulso e media temporale di una forza.
LAVORO ED ENERGIA
Lavoro di una forza ed energia cinetica - Energia potenziale - Forze conservative e non conservative - Potenza – Conservazione dell’energia meccanica.
MOTI RELATIVI
Velocità e accelerazioni relative – Sistemi di riferimento inerziali – Relatività galileiana – Sistemi di riferimento non inerziali – Forza centrifuga e forza di Coriolis.
SISTEMI DI PARTICELLE
Forze interne ed esterne – Centro di massa - Conservazione della quantità di moto e del momento angolare - Energia di un sistema di particelle e moto del centro di massa - Urti in una e due dimensioni - Sistemi con massa variabile.
DINAMICA DEL CORPO RIGIDO
Rotazioni rigide intorno ad un asse - Momento d'inerzia - Teorema degli assi paralleli – Moto di puro rotolamento – Equilibrio statico.
OSCILLAZIONI
Energia dell’oscillatore armonico – Somma di moti armonici - L'oscillatore forzato e smorzato.
GRAVITAZIONE
Forze centrali - Leggi di Keplero – Forza gravitazionale – Massa inerziale e massa gravitazionale - Campo gravitazionale.
MECCANICA DEI FLUIDI
Generalità sui fluidi - Pressione - Principio di Archimede – Regime stazionario - Portata - Equazione di Bernoulli.
MOTO ONDULATORIO
Onde trasversali e longitudinali - Onde sinusoidali - Velocità delle onde – Rappresentazione matematica di un’onda viaggiante - Equazione delle onde – Principio di sovrapposizione - Onde stazionarie.

Programma delle lezioni frontali:
DESCRIZIONE PRELIMINARE DELL'ANALISI DELLE INCERTEZZE
Errori come incertezze; inevitabilità degli errori; importanza di conoscere gli errori; la stima degli errori nel lettura di scale; la stima degli errori nelle misure ripetibili.
Come rappresentare ed utilizzare gli errori. Stima migliore +/- errore; cifre significative; confronto di valori misurati ed accettati; confronto di due misure; verifica della proporzionalità con un grafico; errori relativi; moltiplicazione di due valori numerici di misure.
PROPAGAZIONE DEGLI ERRORI
Incertezze nelle misure dirette; somme e differenze, prodotti e quozienti; errori indipendenti in una somma; funzioni arbitrarie di una variabile; formula generale per la propagazione degli errori. Analisi statistica degli errori casuali. Errori casuali e sistematici; la media e la deviazione standard; la deviazione standard come incertezza in una singola misura; la deviazione standard della media; errori sistematici.
LA DISTRIBUZIONE NORMALE
Istogrammi e distribuzioni; distribuzioni limite; la distribuzione normale; la deviazione
standard come il limite di confidenza del 68%; giustificazione della media come miglior stima; deviazione standard della media.
RIGETTO DEI DATI E MEDIE PESATE
Il problema del rigetto dei dati; criterio di Chauvenet. Medie pesate: il problema di combinare misure separate; la media pesata.
Metodo dei minimi quadrati. Dati che dovrebbero adattarsi ad una linea retta; adattamento ad altre curve col metodo dei minimi quadrati.
LA DISTRIBUZIONE BINOMIALE E LA DISTRIBUZIONE DI POISSON
Definizione della distribuzione binomiale; proprietà della distribuzione binomiale.
La distribuzione di Poisson. Definizione e proprietà della distribuzione di Poisson.
Il test chi quadro per una distribuzione

Programma delle esperienze di laboratorio:
Calori specifici di solidi.
Studio di moti oscillatori.
Studio di moti rettilinei.
Urti, conservazione del momento.
Conservazione dell’energia.
Elasticità
Momenti di inerzia
Analisi di distribuzioni normali
Statistiche di decadimenti radioattivi.
Determinazione della focale di una lente

Bibliografia consigliata

P. Mazzoldi, M. Nigro, C. Voci, "Elementi di Fisica vol. 1 - Meccanica e Termodinamica" EdiSES
J.R. Taylor, Introduzione all'analisi degli errori, ed. Zanichelli (1998)
E. Acerbi, Esperimentazioni di Fisica, ed. Città Studi.

Modalità di erogazione

Convenzionale

Metodi didattici

Lezione frontale e laboratorio