FUNDAMENTALS OF PHYSICS

L’insegnamento ricade tra le attività formative affini/integrative corso di laurea magistrale in Science and Technology of Bio and Nanomaterials. Lo scopo è quello di integrare le conoscenze e le competenze relative agli argomenti trattati dagli insegnamenti di base di fisica a livello di laurea triennale, quali la meccanica classica, l’elettromagnetismo classico, la fisica delle onde e l’ottica, di modo che gli/le studenti possano completare la preparazione in tali discipline e sia adeguatamente preparato per affrontare i corsi più avanzati previsti dal piano di studi.
Tra gli obiettivi formativi dell’insegnamento, si segnala innanzitutto lo sviluppo della capacità di applicare leggi e teorie fisiche allo studio delle proprietà di materiali e a casi concreti nell’ambito di quei fenomeni propri della meccanica classica, dell’elettromagnetismo, della propagazione di onde, dell’ottica. Inoltre, particolare riguardo viene dato allo sviluppo della capacità di elaborare un ragionamento logico, con opportuno rigore metodologico, sia per la risoluzione di problemi che per l’analisi di situazioni che rimandano alla fenomenologia oggetto dell’insegnamento.

1. Conoscenza e comprensione.
1.1. Conoscere e comprendere le principali teorie sviluppate nell’ambito dello studio dei fenomeni inerenti la meccanica dei corpi e dei fluidi, l’elettromagnetismo, la propagazione di onde, l’ottica.
1.2. Conoscere e comprendere la relazione tra la risposta di un sistema sottoposto ad un opportuno stimolo meccanico, elettrico, magnetico e ottico e le relative proprietà fisiche.
1.3. Conoscere e comprendere gli ambiti di applicazione dei diversi approcci descrittivi, facenti capo a specifici modelli teorici.

2. Capacità di applicare conoscenza e comprensione.
2.1. Saper applicare i concetti e i modelli appresi nella risoluzione di quesiti teorici.
2.2. Saper applicare i metodi e i modelli appresi nello studio delle proprietà di uno specifico sistema fisico, con particolare riferimento ai fenomeni della meccanica, dell’elettromagnetismo, ondulatori e ottici.

3. Capacità di giudizio.
3.1. Saper valutare la consistenza dei risultati derivanti dall’analisi di un sistema fisico effettuata sulla base delle nozioni apprese, sia in ambito teorico che sperimentale.
3.2. Saper effettuare un’analisi critica del metodo utilizzato per lo studio di uno specifico sistema fisico, valutando la possibilità di approcci alternativi.

4. Abilità comunicative.
4.1. Saper comunicare in forma scritta le conoscenze apprese e riferirsi all’effetto della loro applicazione con appropriato linguaggio scientifico e padronanza della relativa terminologia e simbologia.
4.2. Saper interagire in maniera costruttiva e rispettosa con il docente e con i compagni di corso, sia durante la lezione in aula che al di fuori di tale contesto.

5. Capacità di apprendimento.
5.1. Saper prendere appunti in maniera efficace e rigorosa, arrivando ad identificare e selezionare le nozioni e gli argomenti trattati a lezione in base alla loro importanza e priorità.
5.2. Saper consultare criticamente i testi e il materiale indicato dal docente.
5.3. Saper individuare fonti di riferimento alternative per lo studio, anche attraverso l’interazione con il docente.

Si richiede di aver pienamente raggiunto gli obiettivi formativi previsti dagli insegnamenti di base di fisica a livello di laurea triennale. In particolare, gli/le studenti devono avere un’adeguata conoscenza dei principi e delle teorie di base relative alla cinematica e alla dinamica dei corpi, alla meccanica delle forze, al concetto di energia, alle proprietà delle forze e dei campi elettrici e magnetici, alla fenomenologia dei moti oscillatori.
Inoltre, si richiede di aver raggiunto gli obiettivi formativi previsti dagli insegnamenti di base di matematica, affinché gli/le studenti abbiano padronanza degli strumenti matematici utilizzati per l’esposizione degli argomenti oggetto delle lezioni. In particolare, è opportuno che gli/le studenti siano in possesso dei concetti di base relativi al calcolo differenziale e integrale, alle proprietà di funzioni vettoriali, alla trattazione di equazioni differenziali.
Infine è necessaria la comprensione della lingua inglese, almeno a livello scritto, per quel che riguarda lo specifico linguaggio scientifico e i termini tecnici adottati dal docente, in modo da comprendere il materiale e le presentazioni proposti durante le lezioni.

Si specifica che il programma è da intendersi debitamente flessibile nei contenuti, poiché il docente avrà cura, introducendo le varie parti del corso, di confrontarsi con gli/le studenti per appurare le conoscenze pregresse e di valutare man mano quali argomenti affrontare, quali richiamare dai corsi precedenti e quali approfondire, nonché il tempo in aula da dedicare per ciascun punto del programma.

Cinematica e dinamica del punto materiale
Modello del punto materiale, legge oraria del moto, grandezze fondamentali. Leggi di Newton, concetto di forza, classificazione delle forze.

Lavoro ed energia
Lavoro di una forza, energia cinetica e potenziale, forze conservative, conservazione dell'energia meccanica.

Dinamica dei sistemi di punti
Quantità di moto, centro di massa, conservazione della quantità di moto. Definizione di corpo rigido, traslazioni e rotazioni, momento d'inerzia, momento angolare, effetti giroscopici.

Meccanica dei fluidi
Equilibrio statico in un fluido, principio di Pascal, principio di Archimede. Moto in regime stazionario, teorema di Bernoulli, moto in un fluido, fenomeni di superficie.

Fenomeni oscillatori e ondulatori
Definizione di onda, equazione di d'Alembert, onda armonica piana. Enunciato del teorema di Fourier. Moto armonico semplice, oscillatore armonico, smorzato, forzato.

Sovrapposizione di onde
Intensità di un’onda, polarizzazione per onde trasversali. Velocità di propagazione delle onde meccaniche, onde acustiche. Principio di sovrapposizione, interferenza. Onde stazionarie, modi normali.

Forza e campo elettrostatico
Interazione elettromagnetica, carica elettrica, legge di Coulomb. Campo elettrostatico, linee di forza.

Potenziale elettrico
Lavoro della forza elettrica, differenza di potenziale, energia potenziale elettrostatica. Moto di una carica in un campo elettrostatico. Dipolo elettrico.

Legge di Gauss
Flusso del campo elettrico, legge di Gauss. Campo e potenziale elettrostatici per distribuzioni di cariche.

Conduttori e condensatori
Conduttori in equilibrio, schermo elettrostatico. Condensatori, capacità, collegamento di condensatori. Condensatore con dielettrico, polarizzazione dei dielettrici. Energia del campo elettrostatico.

Corrente e resistenza elettrica
Conduzione elettrica, intensità e densità della corrente elettrica. Legge di Ohm, resistenza elettrica, effetto Joule. Resistori, collegamento di resistori.

Circuiti elettrici
Circuiti in corrente continua, leggi di Kirchhoff per le reti elettriche. Processi di carica e scarica in un condensatore.

Magnetismo
Fenomeni magnetici, campo magnetico, linee di campo. Forza di Lorentz, momenti meccanici su circuiti piani, moto di una carica in un campo magnetico. Sostanze diamagnetiche, paramagnetiche e ferromagnetiche.

Sorgenti di campo magnetico
Campo magnetico prodotto da una corrente, leggi di Laplace, forza magnetica tra correnti. Legge di Ampère, solenoide ideale.

Campi elettrici e magnetici variabili nel tempo
Induzione elettromagnetica, legge di Faraday-Neumann-Henry, forza elettromotrice, campo elettrico indotto. Autoinduzione, induttori, extracorrenti in un circuito induttivo. Energia del campo magnetico. Oscillazioni elettriche.

Equazioni di Maxwell e onde elettromagnetiche
Legge di Ampère-Maxwell, equazioni di Maxwell. Onde elettromagnetiche, relazioni tra campo elettrico e magnetico, indice di rifrazione, polarizzazione. Densità di energia, intensità di un'onda elettromagnetica. Spettro della radiazione elettromagnetica.

Ottica
Propagazione delle onde di luce, riflessione, rifrazione, dispersione. Sorgenti coerenti. Interferenza di onde luminose, interferenza su lamine sottili, interferenza di N sorgenti coerenti. Fenomeni di diffrazione, diffrazione di Fraunhofer, reticolo di diffrazione.

Come base per lo studio degli argomenti previsti dal programma, nonché per approfondire i concetti trattati a lezione, ogni testo di Fisica generale a livello universitario è da ritenersi adeguato. Eventualmente, gli/le studenti potranno consultare il docente per l’approvazione del testo.
Di seguito, si segnalano alcuni testi in lingua inglese di uso comune:
Raymond A. Serway, John W. Jewett, “Principles of Physics: A Calculus-Based Text”, 5th Edition, Cengage Learning, 2013.
Douglas C. Giancoli, “Physics for Scientists & Engineers with Modern Physics”, 4th Edition, Pearson, 2008.
Inoltre, si segnalano i seguenti testi reperibili in rete:
D. Halliday, R. Resnick, J. Walker, “Fundamentals of Physics”, scaricabile on-line al sito https://archive.org/details/FundamentalsOfPhysicsHallidayResnickWalker
R. Feynman, R. Leighton, M. Sands, “The Feynman Lectures on Physics”, consultabile on-line al sito http://www.feynmanlectures.caltech.edu/

La verifica dell’apprendimento avviene attraverso una prova scritta, il cui superamento è condizione obbligatoria per la registrazione dell’esame. La prova verte su tutto il programma, così come riportato nella sezione “Contenuti”, ed è costituita da:
(i) quesiti in cui è richiesta l’interpretazione di una certa fenomenologia, anche con riferimento a situazioni reali, dovendo talvolta individuare il valore di una certa grandezza fisica e definendo l’evoluzione del sistema sulla base di specifiche condizioni al contorno;
(ii) domande teoriche a risposta aperta in cui, individuata la natura di un certo fenomeno fisico, è richiesto di enunciare uno specifico principio o di illustrare un modello teorico.
Complessivamente, tramite i quesiti si mira a valutare la capacità degli/delle studenti di applicare le competenze e le conoscenze acquisite se posto di fronte a un problema di interpretazione di osservazioni sperimentali, dimostrando la capacità di sviluppare un ragionamento compiuto. Tramite le domande a risposta aperta, si mira a verificare se gli/le studenti hanno piena comprensione dei concetti base relativi alla materia trattata a lezione, nonché l’eventuale grado di approfondimento degli argomenti, e la capacità di esporre tale conoscenza in forma scritta utilizzando un appropriato linguaggio scientifico.

L’insegnamento è organizzato in lezioni frontali, durante le quali il docente si avvale simultaneamente dell’utilizzo della lavagna e della proiezione di presentazioni (documenti powerpoint).
Tramite la piattaforma “moodle” di Ateneo, viene reso disponibile il materiale didattico proiettato durante le lezioni.

Inglese

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