Parte 1 Introduzione (2 ore) Il metodo sperimentale. La misura in Fisica. Il Sistema Internazionale delle unità di misura. Analisi dimensionale e cambiamenti di unità di misura. Lunghezza. Tempo. Massa. Densità. Calcolo di ordini di grandezza e cifre significative. Parte 2 Meccanica (28 ore, compresi gli esercizi) 2.1 Cinematica Definizione di punto materiale. Moto unidimensionale. Sistemi di riferimento. Spostamento. Velocità media e instantanea. Legge oraria. Moto rettilineo uniforme. La velocità come derivata. Accelerazione media e istantanea. Moto uniformemente accelerato. Accelerazione di gravità e caduta libera in assenza di attrito. Integrale del moto. Grandezze scalari e vettoriali. Versori. Scomposizione dei vettori. Somma e prodotti tra vettori. Vettore posizione e spostamento. Velocità e accelerazione in due e tre dimensioni. Composizione dei moti e traiettoria in due dimensioni. Moto del proiettile. Gittata. Moto circolare uniforme. Velocità angolare. Moto relativo. Cambiamento di sistemi di riferimento. 2.2 Dinamica del punto materiale Definizione di forza. Prima legge della dinamica. Sistemi di riferimento inerziali. Definizione di massa inerziale. Seconda legge della dinamica. Alcune forze particolari: forza peso, reazione vincolare, tensione di una fune, forza elastica. Forze di attrito statico e dinamico. Resistenza del mezzo, velocità limite. Forza centripeta. Forze apparenti in sistemi non inerziali. Esempi di forza centrifuga. Peso apparente. Terza legge della dinamica. Legge della gravitazione di Newton. Massa gravitazionale. 2.3 Lavoro ed Energia Proprietà del prodotto scalare tra due vettori. Definizione di lavoro ed energia cinetica. Teorema dell'energia cinetica. Energia potenziale gravitazionale. Energia potenziale elastica. Forze conservative. Conservazione dell'energia meccanica. Definizione della potenza. Sistemi isolati e non isolati. Variazione dell'energia meccanica e lavoro delle forze non conservative. 2.4 Moti oscillatori e periodici Moto armonico semplice. Legge oraria del moto di una molla. Definizione di ampiezza, periodo, frequenza e pulsazione angolare. Moto del pendolo semplice. 2.5 Sistemi di punti materiali Definizione della quantità di moto. Teorema dell'impulso. Conservazione della quantità di moto per un sistema isolato a due corpi. Urti elastici, anelastici e totalmente anelastici. Derivazione delle velocità finali negli urti totalmente anelastici. Derivazione delle velocità finali negli urti elastici in una dimensione. Centro di massa per un sistema di masse puntiformi e per un solido a densità variabile. Conservazione della quantità di moto per un sistema isolato a molti corpi. Generalizzazione della seconda legge della dinamica. Parte 3 Fluidi e Termodinamica (20 ore, compresi gli esercizi) 3.1 Fluidi e loro dinamica Stati della materia: solido, liquido e gas. Grandezze estensive e intensive. Definizione di pressione e sue unità di misura. Principio di isotropia della pressione. Forze in un fluido a riposo. Legge di Stevino. Principio dei vasi comunicanti. Principio di Pascal. Misura della pressione assoluta con il barometro di Torricelli. Misura della pressione relativa con il manometro a tubo aperto. Principio di Archimede. Condizione di galleggiamento. Separazione nella centrifuga. Dinamica dei fluidi. Fluido ideale. Linee di flusso. Equazione di continuità. Equazione di Bernoulli. Legge di Torricelli. Principio di Venturi. Fluidi reali e formula di Poiseuille. 3.2 Calorimetria e termodinamica Il calore e la temperatura. Principio zero della termodinamica. Misura della temperatura e scale termometriche. Dilatazione termica. Capacità termica e calore specifico. Calore latente. Temperatura di equilibrio. Meccanismi di trasmissione del calore: conduzione, convezione e irraggiamento. Variabili di stato di un sistema termodinamico. Trasformazioni termodinamiche. Piano di Clapeyron. Lavoro di un gas. Primo principio della termodinamica. Trasformazioni isobare, isocore, isoterme, adiabatiche di un gas perfetto. Espansione libera di un gas perfetto. Legge di Boyle e leggi di Gay-Lussac. Equazione di stato dei gas perfetti. Moli e numero di Avogadro. Calore specifico molare a pressione e a volume costante. Relazione tra pressione e volume nelle trasformazioni adiabatiche. Macchine termiche. Rendimento di una macchina termica. Secondo principio della Termodinamica (enunciato di Kelvin-Planck). Ciclo reversibile di Carnot. Dimostrazione del rendimento di una macchina di Carnot. Pompe di calore e macchine frigorifere. Coefficiente di prestazione. Secondo principio della Termodinamica (enunciato di Clausius). Entropia. Calcolo della variazione di entropia nel ciclo di Carnot. Disuguaglianza di Clausius. Variazione di entropia per processi irreversibili. Enunciato entropico del secondo principio della Termodinamica. Microstati e macrostati del sistema. Parte 4 Elettromagnetismo e Ottica (22 ore, compresi gli esercizi) 4.1 Elettrostatica Cenni sulle quattro forze fondamentali della natura. Interazione elettrica, carica elettrica e legge di Coulomb. Atomo di idrogeno. Definizione di campo elettrico. Principio di sovrapposizione. Linee di forza del campo elettrico e criterio di Faraday. Campo generato da una carica puntiforme. Dipolo elettrico. Calcolo del campo elettrico di un dipolo a grandi distanze. Campo elettrico di una distribuzione continua di carica. Densità di carica di volume, superficie, lineare. Definizione di flusso di un campo vettoriale attraverso una superficie. Teorema di Gauss per il campo elettrico. Applicazioni del teorema di Gauss: filo carico infinito, sfera uniformemente carica, sfera cava, piano carico infinito. Campo elettrico nei conduttori. Teorema di Coulomb. Lavoro svolto dal campo elettrico. Energia potenziale elettrostatica. Potenziale elettrico. Superfici equipotenziali. Potenziale di una carica puntiforme. Potenziale di molte cariche puntiformi. Induzione completa. Condensatori e capacità elettrica. Condensatore piano. Potenziale di una sfera conduttrice. Effetto punta. Condensatori in serie e in parallelo. Condensatore con dielettrico. Rigidità dielettrica. 4.2 Corrente elettrica e circuiti Intensità di corrente. Velocità di deriva dei portatori di carica. La conduzione nei metalli. Densità di corrente. Resistenza elettrica. Prima e seconda legge di Ohm. Variazione della resistività con la temperatura. Energia e potenza nei circuiti elettrici. Effetto Joule. Resistenze in serie e in parallelo. Semplici circuiti con resistenze serie e parallelo. Forza elettromotrice. Generatore reale di tensione. 4.3 Campo magnetico Il campo magnetico. Forza di Lorentz. Moto di una particella carica in un campo magnetico. Spettrometro di massa. Forza su un filo percorso da corrente in presenza di un campo magnetico. Legge di Biot-Savart. Campo magnetico al centro di una spira circolare percorsa da corrente. Forza tra due fili percorsi da corrente. Definizione dell'Ampere. Teorema della circuitazione di Ampere. Campo magnetico generato da un filo infinito. Solenoide. 4.4 Onde e ottica geometrica Onde trasversali e longitudinali. Ampiezza, lunghezza d'onda e frequenza di un'onda sinusoidale. Effetto Doppler. Spettro delle onde elettromagnetiche. Approssimazione dell'ottica geometrica. Principio di Huygens. Riflessione della luce. Indice di rifrazione. Rifrazione e legge di Snell. Riflessione interna totale e angolo limite. Dispersione cromatica. Prisma ottico. Arcobaleno e doppio arcobaleno.

Lo studente può utilizzare liberamente i libri di testo che ritiene più idonei a preparare l'esame. Può fare comunque riferimento ai testi seguenti, sia per la preparazione della prova orale che di quella scritta: - Serway-Jewett "Principi di Fisica", EdiSES (con accesso alla versione e-book) - Gordon, McGrew, Serway, Jewett "Esercizi di Fisica", EdiSES (testo di soli esercizi) - Halliday, Resnik, Walker "Fondamenti di Fisica", Casa Editrice Ambrosiana - Giancoli "Fisica", Casa Editrice Ambrosiana - Ferrari, Luci, Mariani, Pelissetto (in due volumi) "Fisica 1: Meccanica e Termodinamica" e "Fisica 2: Elettromagnetismo e Ottica", Casa Editrice Idelson-Gnocchi

1 Introduzione Il metodo sperimentale. La misura in Fisica. Il Sistema Internazionale delle unit`a di misura. Analisi dimensionale ed i cambiamenti di unit`a di misura. Lunghezza. Tempo. Massa. Calcolo di ordini di grandezza e cifre significative. 2 Meccanica 2.1 Cinematica - Definizione di punto materiale. Moto unidimensionale. Sistemi di riferimento. Spostamento. Ve- locit`a media ed instantanea. Legge oraria. Moto rettilineo uniforme. La velocit`a come derivata. Accelerazione media ed istantanea. Moto uniformemente accelerato. Integrale del moto. Calcolo dalle aree, in alcuni casi semplici. Grandezze scalari e vettoriali. Versori. Scomposizione dei vettori. Somma e prodotti tra vettori. Spostamento, velocit`a ed accelerazione in due e tre dimensioni. Composizione dei moti in due dimensioni. Traiettoria in due dimensioni. Moto del proiettile. Gittata. Moto circolare uniforme. Moto relativo. Cambiamento di sistemi di riferimento. 2.2 Dinamica del punto materiale - Definizione di forza. Prima legge della dinamica. Sistemi di riferimento inerziali. Definizione di massa inerziale. Seconda legge della dinamica. Alcune forze particolari: forza peso, reazione vinco- lare, tensione, forza elastica, forza di Coulomb. Forze di attrito statico e dinamico. Forza centripeta. Forze apparenti. Esempi di forza centrifuga. Terza legge della dinamica. Legge della gravitazione di Newton. Massa gravitazionale. Concetto di campo. Linee di forza. Campo e Potenziale gravitazionale. Il teorema di Gauss e la sua applicazione al campo gravitazionale della Terra (cenni. Facoltativo). Analogie e differenze fra il campo gravitazionale e il campo di una carica puntiforme. 2.3 Lavoro ed Energia - Definizione di lavoro. Teorema dell’energia cinetica. Potenza. Forze conservative. Energia potenziale. Energia meccanica e sua conservazione. Energia potenziale gravitazionale, elastica, elettrostatica. 2.4 Moti oscillatori e periodici - Equazione del moto di una molla. Oscillatore armonico. Definizione di periodo, frequenza e pul- sazione angolare. Velocit`a lineare e velocit`a angolare. Moto circolare uniforme e moto armonico. Il pendolo semplice. 2.5 Sistemi di punti materiali Impulso di una forza e quantit`a di moto. Il centro di massa. Leggi della dinamica per un sistema di punti. Forze esterne e forze interne. Conservazione della quantit`a di moto totale. Generalit`a sugli urti. Urti centrali elastici e anelastici. 3 Fluidi e Termodinamica 3.1 Fluidi e loro dinamica Stati della materia: solido, liquido e gas. Grandezze estensive ed intensive. Definizione di pressione e densit`a. Forze in un fluido a riposo. Legge di Stevino. Principio dei vasi comunicanti. Misura della pressione. Esperienza di Torricelli. Principio di Pascal. Principio di Archimede. Dinamica dei fluidi. Fluido ideale. Linee di flusso. Equazione di continuit`a. Equazione di Bernoulli. Principio di Venturi. Fluidi reali (argomento facoltativo): viscosit`a, formula di Poiseuille, resistenza condotto, profilo della velocit`a. 3.2 Calorimetria e termodinamica Il calore e la temperatura. Principio zero della termodinamica. Misura della temperatura e le scale termometriche. Capacit`a termica e calore specifico. Calore latente. Trasmissione del calore (cenni). Temperatura di equilibrio, in funzione delle capacit`a termiche. Sistema termodinamico. Grandezze di stato. Trasformazioni termodinamiche. Lavoro. Esperimento di Joule: equivalente meccanico della caloria. Primo principio della termodinamica. Leggi dei gas. Il numero di Avogadro. Il gas perfetto. Piano di Clapeyron. Trasformazioni isobare, isocore, isoterme, adiabatiche. di un gas perfetto. Es- pansione libera di un gas perfetto. Calori specifici ed energia interna di un gas perfetto. Macchine termiche, frigoriferi e pompe di calore. Secondo principio della termodinamica. Ciclo di Carnot. En- tropia. Disuguaglianza di Clausius. Variazione di entropia per processi irreversibili. Variazione di entropia in generale. 4 Elettromagnetismo 4.1 Elettrostatica Cenni alle forze fondamentali della natura. Carica elettrica. Legge di Coulomb. Atomo di idrogeno. Campo elettrico. Principio di sovrapposizione. Linee di forza del campo. Campo generato da una carica puntiforme. Dipolo elettrico (dimostrazione equazione facoltativa) e sue linee di forza. Flusso di un vettore. Teorema di Gauss. Densit`a di carica di volume, superficie, lineare. Applicazioni del teorema di Gauss: filo carico infinito, piano infinito carico, sfera uniformemente carica. Confronto fra il campo gravitazionale e il campo elettrostatico. Conduttori. Teorema di Coulomb. Induzione elettrostatica. Lavoro svolto dal campo elettrico. Poten- ziale elettrico. Superfici equipotenziali. Potenziale di una carica puntiforme. Potenziale di molte cariche puntiformi. Capacit`a elettrica di un conduttore. Cenni ai condensatori (capacit ‘a del con- densatore piano condensatore piano e sue propriet`a). Energia elettrostatica immagazzinata in un condensatore. Condensatori in serie e parallelo. Cenni sui dielettrici e costante dielettrica relativa. 4.2 Corrente elettrica e circuiti - La conduzione nei metalli. Corrente elettrica. Densit`a di corrente. Resistenza e resistivit`a. Legge di Ohm. Energia e potenza nei circuiti elettrici. Effetto Joule. Forza elettromotrice. Generatore ideale e reale di tensione. Resistenze in serie ed in parallelo. Semplici circuiti con resistenze serie e parallelo. 4.3 Campo magnetico - Il campo magnetico. Forza magnetica su un filo percorso da corrente. Forza di Lorentz. Moto di una particella carica in un campo magnetico. Corrente elettrica e campo magnetico. Legge di Biot- Savart. Campo B generato da un filo infinito. Forze tra conduttori percorsi da corrente. Definizione dell’Ampere. 4.4 Equazioni di Maxwell - Le equazioni di Maxwell (cenni). Velocita’ di propagazione delle onde elettromagnetiche 4.5 Ottica geometrica. Argomento facoltativo -Approssimazione dell’ ottica geometrica. Indice di rifrazione. Riflessione. Rifrazione: legge di Snell. Riflessione totale. Il diottro. Lenti sottili. Distanza focale.

Serway "Principi di Fisica" Edises. Con versione digitale contenente le note del docente