FISICA I E LABORATORIO

L’insegnamento è una delle attività formative di base del corso di laurea in Scienze Ambientali, e consente allo studente/ssa di acquisire la conoscenza e la comprensione dei principali concetti della Meccanica e della Termodinamica classica, bagaglio culturale fondamentale per gran parte del Corso di Laurea, sviluppando nel contempo la capacità di utilizzare il ragionamento logico-deduttivo. Un ulteriore aspetto che viene considerato durante il corso è la pertinenza con gli aspetti e le applicazioni ambientali dei concetti a cui si fa di volta in volta riferimento, in modo da collocare lo studio all’interno di una generale prospettiva di sostenibilità.

Obiettivi formativi dell’insegnamento sono:
1) sviluppare la capacità di risolvere problemi di Meccanica e Termodinamica classiche, applicandone le principali leggi;
2) favorire e stimolare l’utilizzo del ragionamento logico-deduttivo nella risoluzione dei problemi e in generale nelle attività connesse allo studio;
3) sviluppare la capacità di esporre concetti e ragionamenti scientifici in maniera formale rigorosa, sia oralmente sia attraverso esercitazioni scritte;
4) sviluppare la necessaria dimestichezza con i concetti base di Teoria degli Errori, al fine di acquisire un approccio sperimentale adeguato all'indagine scientifica e all'utilizzo degli strumenti di misura;
5) saper trattare e interpretare i dati sperimentali, nonché redigere una relazione scritta stilata in un linguaggio scientifico contestuale.

1. Conoscenza e comprensione
1.1. Conoscere e comprendere le principali leggi e i principali concetti della fisica classica riguardanti la cinematica, la dinamica e la termodinamica.
1.2. Conoscere e comprendere le principali caratteristiche del processo di acquisizione e di elaborazione dei dati sperimentali.

2. Capacità di applicare conoscenza e comprensione
2.1. Saper utilizzare le leggi e i concetti fisici appresi per risolvere problemi teorici e pratici in maniera logica e deduttiva.
2.2. Saper collocare correttamente i concetti appresi in termini di applicazione nello studio dei sistemi ambientali.
2.3. Saper realizzare una raccolta di dati sperimentali e una conseguente elaborazione che risulti consistente nei risultati finali, da rendere esplicita mediante scrittura di una relazione scientifica.

3. Capacità di giudizio
3.1. Saper valutare la consistenza logica dei risultati a cui porta l’applicazione delle leggi fisiche apprese.
3.2. Saper riconoscere eventuali errori tramite un’analisi critica del metodo applicato e dei risultati numerici.

4. Abilità comunicative
4.1. Saper comunicare sia le conoscenze apprese sia gli effetti della loro applicazione utilizzando il linguaggio scientifico appropriato.
4.2. Saper interagire con il docente e con i compagni in modo costruttivo, anche durante l’attività di laboratorio.

5. Capacità di apprendimento
5.1. Saper prendere appunti in modo esauriente e rigoroso, anche attraverso l’interazione con i compagni.
5.2. Selezionare efficacemente le fonti di riferimento per lo studio, anche attraverso l’interazione con il docente, anche per argomenti ed esempi che non sono individuabili facilmente in un libro di testo.

Avere raggiunto gli obiettivi formativi del corso di Istituzioni di Matematica con Esercitazioni. In particolare è opportuno che lo studente/ssa sappia padroneggiare i concetti e i metodi relativi all’algebra vettoriale e al calcolo differenziale e integrale, oltre a possedere le dovute nozioni di trigonometria.

INTRODUZIONE
Introduzione al corso e sua contestualizzazione all’interno del Corso di Laurea. Sistema internazionale di unità di misura. Sistema di riferimento.

CINEMATICA DEL PUNTO MATERIALE
Posizione, velocità, accelerazione. Moto rettilineo uniforme, rettilineo uniformemente accelerato, circolare. Moto nel piano. Velocità radiale e trasversa, accelerazione tangenziale e centripeta. Velocità e accelerazione angolare.

DINAMICA DEL PUNTO MATERIALE
Concetti di forza e di massa (inerziale). Prima legge di Newton. Seconda legge di Newton. Classificazione delle forze. Forza peso, reazioni vincolari. Terza legge di Newton. Attrito statico, dinamico, viscoso. Forze elastiche in una dimensione. Moto armonico semplice. Lavoro di una forza. Energia cinetica. Teorema dell'energia cinetica. Potenza di una forza. Energia potenziale. Sistemi conservativi: energia meccanica e sua conservazione. Bilanci energetici.

DINAMICA DEI SISTEMI DI PUNTI MATERIALI
Definizione di centro di massa. Teorema del moto del centro di massa. Conservazione della quantità di moto. Momento della quantità di moto. Momento di una forza. Equazioni cardinali della dinamica. Il corpo rigido. Momento d'inerzia. Moto traslazionale e moto rotazionale. Equilibrio statico dei corpi rigidi, equazioni cardinali della statica.

MECCANICA DEI FLUIDI
Densità. Pressione. Legge di Stevino. Principio di Pascal. Vasi comunicanti. Martinetto idraulico. Barometro a Hg. Principio di Archimede. Moto di un fluido: descrizioni lagrangiana ed euleriana. Linee e tubi di flusso. Portata. I fluidi ideali. Teorema di Bernoulli. Tubo di Venturi. Coesione, tensione, capillarità.

TERMODINAMICA
Calore e temperatura. Scale di temperatura. Capacità termica, calore specifico. Energia interna. Primo principio della Termodinamica. Gas ideali e gas reali. Legge dei gas ideali. Teoria cinetica dei gas. Enunciati classici del secondo principio della Termodinamica. Entropia. Definizione di Boltzmann dell’entropia.

TEORIA DEGLI ERRORI E LABORATORIO
Errori sistematici e casuali. Accuratezza e precisione. Cifre significative. Valor medio, varianza, deviazione standard. Propagazione quadratica degli errori. Istogrammi. Distribuzione Gaussiana. Limiti di confidenza. Media pesata. Metodo dei minimi quadrati. Regressione lineare.
Un’esperienza di meccanica in laboratorio, al fine di acquisire dimestichezza con alcune strumentazioni e di applicare le nozioni apprese di Teoria degli Errori.

Come supporto allo studio, ogni testo di Fisica a livello universitario contenente le nozioni di base della meccanica e della termodinamica classiche è accettabile. Eventualmente, lo studente/ssa mostrerà al docente il testo per l’approvazione. Si suggerisce comunque il testo:
J. Walker, D. Halliday, R. Resnick, “Fondamenti di Fisica Vol. I – Meccanica Onde Termodinamica”, VII Ed., Casa Editrice Ambrosiana, Milano 2015.
Il testo è disponibile inoltre in un volume unico, comprendente Elettromagnetismo e Fisica Moderna, utile allo studente/ssa per sviluppare altri argomenti di Fisica anche autonomamente, a seconda dell’indirizzo di studi scelto nell’ambito delle Scienze Ambientali.
Data la generalità delle nozioni di base della teoria degli errori, ogni testo universitario contenente le stesse è accettabile. Si consiglia comunque il seguente testo:
J.R. Taylor, “Introduzione all'analisi degli errori. Lo studio delle incertezze nelle misure fisiche”, Zanichelli, Bologna 1999.
Come lettura integrativa, si consiglia inoltre:
M. Loreti, “Teoria degli Errori e Fondamenti di Statistica”, Decibel-Zanichelli, Bologna 1998 (liberamente disponibile nel sito: http://wwwcdf.pd.infn.it/labo/INDEX.html ).

Il metodo previsto di verifica dell’apprendimento consiste nel superamento obbligatorio di una prova scritta, e nella consegna di una relazione scientifica sull’attività seguita in laboratorio. Il voto finale sarà quello riportato nella prova scritta. La consegna della relazione di laboratorio è comunque obbligatoria per la ratifica del voto, e dovrà avvenire entro la data di svolgimento della prova scritta.
La prova scritta consiste in una serie di esercizi, da risolvere numericamente giustificando i metodi utilizzati per la soluzione. Tale prova mira a verificare che lo studente/ssa abbia acquisito i concetti presentati durante le lezioni e li sappia applicare con coerenza e consistenza allo scopo di risolvere dei problemi. In dipendenza dalla struttura del semestre, la prova scritta potrà essere sostituita dal superamento di due prove scritte intermedie, previste una verso la metà e l’altra alla fine del corso. La durata della prova scritta è di due ore (un’ora ognuna, nel caso delle due prove intermedie). Durante ogni prova scritta è consentito soltanto l’uso di una calcolatrice scientifica e la consultazione di un formulario (quest’ultimo verrà consegnato direttamente dal docente): non è quindi ammesso l’uso di appunti, libri, supporti elettronici. L’esame si intende superato con un minimo voto accettabile di 18/30 e un voto massimo di 30/30 (eventualmente cum laude).
La stesura della relazione di laboratorio dovrà riportare l’attività svolta o a cui si è assistito in laboratorio, e deve riportare la descrizione degli apparati sperimentali, la descrizione delle strategie adottate, dei protocolli di misura, dell’elaborazione dei dati raccolti, nonché i risultati finali, con relativa incertezza.

L’insegnamento è organizzato in:
a) lezioni frontali alla lavagna, eventualmente integrate da 1-2 proiezioni in powerpoint per la presentazione di esempi di applicazioni fisiche nel campo delle Scienze Ambientali;
b) attività di laboratorio, da organizzarsi in dipendenza dalla numerosità della coorte, in cui gli studenti/sse assistono o partecipano a un’attività sperimentale al fine di acquisire dimestichezza con alcune strumentazioni e applicare le nozioni apprese di Teoria degli Errori. E' richiesta la presenza ad almeno metà delle lezioni tenute in laboratorio.
Nella piattaforma moodle di Ateneo saranno inoltre presenti gli eventuali materiali didattici proiettati in aula, nonché testi d’esame svolti.

Italiano

Accessibilità, Disabilità e Inclusione.
Accomodamenti e Servizi di Supporto per studenti con disabilità o con disturbi specifici dell’apprendimento:
Ca’ Foscari applica la Legge Italiana (Legge 17/1999; Legge 170/2010) per i servizi di supporto e di accomodamento disponibili agli studenti con disabilità o con disturbi specifici dell’apprendimento. In caso di disabilità motoria, visiva, dell’udito o altre disabilità (Legge 17/1999) o un disturbo specifico dell’apprendimento (Legge 170/2010) e si necessita di supporto (assistenza in aula, ausili tecnologici per lo svolgimento di esami o esami individualizzati, materiale in formato accessibile, recupero appunti, tutorato specialistico a supporto dello studio, interpreti o altro), si contatti l’ufficio Disabilità e DSA disabilita@unive.it.

scritto

Questo insegnamento tratta argomenti connessi alla macroarea "Povertà e disuguaglianze" e concorre alla realizzazione dei relativi obiettivi ONU dell'Agenda 2030 per lo Sviluppo Sostenibile