Questo corso si propone di:

• Presentare allo studente concetti di Fisica Classica di base (Meccanica, Termodinamica ed Elettromagnetismo) ;
• Illustrare l'efficacia del metodo scientifico come strumento di indagine conoscitiva e base per la soluzione dei problemi di Fisica ed Ingegneria;
• Far scoprire la quotidianità dei fenomeni fisici e l'importanza della loro conoscenza per le applicazioni tecnologiche;
• Mostrare come sia possibile studiare tutti i fenomeni fisici in termini di semplici equazioni e modelli semplici;
• Far comprendere il ruolo delle approssimazioni in Fisica ed Ingegneria;
• Mettere lo studente in grado di risolvere semplici problemi di Fisica di base.

Alla fine del corso lo studente dovrà essere in grado di padroneggiare i seguenti semplici concetti:

• Moto;
• Inerzia, Quantità di Moto e Forza;
• Lavoro ed Energia Meccanica;
• Attrito e Dissipazione;
• Equilibrio e Non-Equilibrio;
• Oscillazioni libere, smorzate e forzate;
• Momento di Inerzia, Momento Angolare e Momento della Forza;
• Forza di Gravitazione;
• Densità, Pressione e viscosità;
• Temperatura e Calore;
• Energia Interna ed Entropia;
• Potenziali termodinamici;
  
• Carica elettrica e Legge di Gauss;
  
• Campo e Potenziale elettrico;
• Induzione elettrostatica;
  
• Dipolo elettrico e Polarizzazione;
• Correnti elettriche e Legge di Ohm;
• Dipolo magnetico e Campo Magnetico;
• Legge di circuitazione e Equivalenza di Ampère;
• Magnetizzazione;
• Legge di Faraday-Neumann;
• Approssimazione quasi-stazionaria e correnti alternate;
• Corrente di spostamento e onde elettromagnetiche;
• Propagazione ondosa;
• Potenziali ritardati;
• Rifrazione;
• Dispersione ed assorbimento;
• Interferenza;
• Diffrazione;
  

Finalità della Fisica - Il Metodo Scientifico - Fenomeni fisici - Grandezze fisiche - Dimensioni - Sistemi di Unità di Misura - Costanti universali.

II. Cinematica del punto (5 ore)
Moto - Vettore posizione - Velocità - Accelerazione - Moto uniforme - Moto uniformemente accelerato - Moto vario - Legge del moto ed equazione oraria - Composizione e decomposizione dei movimenti - Moto dei gravi - Moto circolare - Velocità ed accelerazioni angolari - Moto periodico - Pulsazione e frequenza.

III. Dinamica del Punto Materiale (6 ore)
Inerzia e I^a Legge di Newton - Massa - Quantità di Moto - Il Principio di Relatività di Galilei - Trasformazioni di Galilei e teorema di addizione delle velocità - Forza e II^a Legge di Newton - Conservazione della quantità di moto e III^a Legge di Newton - Forze di contatto - Forze di tensione - Forze di attrito di contatto - Forze di attrito viscoso.

IV. Lavoro ed Energia (5 ore)
Lavoro ed integrali curvilinei - Energia - Energia cinetica e Teorema del lavoro e dell'energia cinetica - Energia Potenziale e Conservazione dell'energia meccanica - Forze conservative - Attrito interno - Dissipazione - Urti elastici ed anelastici.

VIII. Cenni di Meccanica dei Fluidi (4 ore)
Sistemi di molte particelle - Sistemi omogenei - Sistemi isotropi - Sistemi continui - Densità - Pressione - Pressione idrostatica - Legge di Stevino - Principio di Archimede - Viscosità - Numero di Reynolds - Moti stazionari e turbolenti - Equazione di Bernoulli - Equazione di Poiseuille.

XI. Elementi di Calcolo Vettoriale (5 ore)
Scalari,Vettori e Tensori - Campi scalari e superfici di livello - Campi vettoriali e linee di flusso - Derivate direzionali - Integrali di linea, di superficie e di volume - Flusso e Circuitazione - Gradiente e superfici equipotenziali - Divergenza e sorgenti dei campi vettoriali - Teorema di Gauss - Gradiente, Laplaciano e Flusso del gradiente del campo 1/r - Identità di Green - Rotore - Teorema di Stokes - Operatori - Coordinate sferiche e cilindriche.

XII. Il Campo Elettrostatico nel Vuoto (5 ore)
La carica elettrica - Il Principio di Conservazione della Carica Elettrica- L'elettroscopio a foglie - Legge di Coulomb - Unità di Misura - Il campo elettrico - Il potenziale elettrostatico e l'Equazione di Poisson - Linee di flusso e superfici equipotenziali del campo elettrico - Legge di Gauss - Le equazioni fondamentali del campo elettrostatico - Potenziale e campo di uno strato e di un doppio strato - Potenziale e campo di una sfera - Potenziale e campo di un cilindro - Potenziale all'interno di un doppio strato con densità di carica uniforme di volume (carica spaziale) - Il dipolo elettrico - Il momento elettrico di dipolo e di multipolo di un sistema di cariche - Energia di un dipolo in un campo esterno - Energia di un sistema di cariche elettriche - Conduttori- Teorema di Coulomb - L'induzione elettrostatica - Il problema di Dirichlet-Neumann - L'induzione completa, lo schermo elettrostatico e la Gabbia di Faraday - Capacità - Condensatori - Energia di un condensatore - Collegamento di condensatori in serie ed in parallelo - Potere disperdente delle punte e sue applicazioni- Macchine Elettrostatiche - Il vettore induzione dielettrica nel vuoto.

XIII. I Dielettrici  (2 ore)
La polarizzazione di un dielettrico e la costante dielettrica - La suscettività dielettrica - La legge di Coulomb in un dielettrico omogeneo e isotropo - Cenni di Struttura della Materia (L'atomo, Stati quantici, Modelli semiclassici dell'atomo, Le molecole, Legami chimici, Il momento elettrico delle molecole) - Il campo elettrico in un dielettrico - Il vettore intensità di polarizzazione - Il vettore induzione dielettrica nella materia - Condizioni di continuità - Condensatori con dielettrici - Confronto fra campo elettrico nel vuoto e nei dielettrici omogenei - Misura della costante dielettrica - Interpetrazione microscopica dei meccanismi di polarizzazione (Polarizzabilità elettronica, Polarizzabilità per orientamento, Campi locali, Formula di Clausius-Mossotti) - Polarizzazione spontanea - Piroelettricità - Ferroelettricità - Piezoelettricità ed Elettrostrizione.

XIV. La corrente elettrica stazionaria (2 ore)
L'intensità di corrente elettrica e la densità di corrente - Il principio di conservazione della carica e l'equazione di continuità - La corrente stazionaria - La legge di Ohm e la resistenza elettrica - Impossibilità di caricare staticamente il volume di un conduttore - I superconduttori (cenni) - Conduttori in serie e in parallelo - Il meccanismo della corrente elettrica dal punto di vista microscopico - Il gas di elettroni di conduzione, il legame metallico e la funzione di distribuzione di Fermi-Dirac - Forza elettromotrice - Effetto Joule - Leggi di Kirchhoff - Teoria dei Circuiti e loro analisi - Teoremi di Thevenin e Norton - Strumenti di misura - Misura della resistenza - Conduzioni non ohmiche (Il potenziale di estrazione degli elettroni, Effetto termonionico, Effetto fotoelettrico, Effetto Volta, Effetti termoelettrici, Effetto Josephson, Semiconduttori, Diodi, Transistors, Celle fotovoltaiche) - Passaggio di elettricità nei liquidi (Elettrolisi, Pila, Accumulatore) - Passaggio di elettricità nei gas (Agenti ionizzanti, Scarica in un gas, il contatore Geiger).

XV. Il Campo Magnetostatico nel vuoto (4 ore)
Magneti e circuiti elettrici - Linee di flusso del campo magnetico - Forza esercitata da un campo magnetico su un circuito percorso da corrente - Il vettore di induzione magnetica - La forza di Lorentz - Moto di cariche libere in un campo magnetico - Il tubo catodico - La legge di Biot-Savart - Formule di Laplace - Forze fra circuiti - Il flusso e la circuitazione dell'induzione magnetica - Le leggi fondamentali della magnetostatica - Momento magnetico di un ago - Il vettore intensità di campo magnetico - Sistemi di unità di misura - Il potenziale vettore - Il Teorema di Equivalenza di Ampère - La bussola delle tangenti e gli strumenti ad ago mobile - Gli strumenti a bobina mobile.

XVI. Le proprietà magnetiche della materia (2 ore)
La permeabilità magnetica relativa - La suscettività magnetica - La polarizzazione magnetica - Sostanze diamagnetiche, paramagnetiche e ferromagnetiche - Interpetrazione microscopica del magnetismo e i domini di Weiss - Correnti atomiche e momento magnetico di un atomo isolato e in un solido - Teorema di Larmor - La polarizzazione di un mezzo in un campo magnetico esterno - Il vettore intensità di magnetizzazione - Il vettore intensità di campo magnetico - Condizioni di continuità - Legge di Curie-Weiss - Confronto fra le proprietà dei campi magnetostatici ed elettrostatici- Circuiti magnetici - Magneti permanenti.

XVII. Campi elettrici e magnetici lentamente variabili (4 ore)
Fenomeni periodici e cenni di Analisi di Fourier (con esercitazioni al computer) - L'induzione elettromagnetica - La legge di Faraday-Neumann e la legge di Lenz - L'Approssimazione Quasi-Stazionaria - Induzione mutua e autoinduzione - L'energia del campo magnetico - Energia assorbita da un mezzo sottoposto ad un campo magnetico variabile - Le correnti alternate - Oscillazioni elettriche - Risonanza -Circuiti Selettivi e Fedeli - Circuiti Filtro - Circuiti in parallelo - L'ammettenza come funzione di risposta - Grandezze efficaci e formula di Galileo Ferraris - Trasformatore statico - Alternatori e dinamo - Motori elettrici sincroni ed asincroni - Correnti trifase - Il telefono - L'altoparlante.

XVIII. Campi elettrici e magnetici rapidamente variabili.Onde elettromagnetiche (4 ore)
Corrente di spostamento - Le equazioni di Maxwell - Equazioni delle onde - Le onde piane - Impulso delle onde elettromagnetiche - Conservazione della energia e vettore di Poynting - Quantità di moto del campo elettromagnetico e tensore degli sforzi di Maxwell - Pressione di radiazione - Potenziali ritardati - Invarianza di gauge - Equazione delle onde inomogenea - Onde sferiche - Campo elettromagnetico di un dipolo oscillante - Formule di Lienard e Larmor

XIX. Ottica e Acustica (8 ore)
Onde in mezzi elastici - Onde stazionarie e onde viaggianti - Onde trasversali e longitudinali - Equazione delle onde - Condizioni iniziali e condizioni al contorno - Trasporto di energia - Intensità - Effetto Doppler - La velocità di propagazione della luce - Costante dielettrica ed indice di rifrazione - Leggi della Riflessione e Rifrazione - Dipendenza della polarizzabilità dalla frequenza - La dispersione della luce e sue applicazioni - La diffusione della luce - La propagazione delle onde elettromagnetiche nei conduttori - L'emissione e l'assorbimento delle onde elettromagnetiche - Sorgenti Laser - Polarizzazione della luce - Interferenza - Formula di Brewster - Principio di Huyghens e formula di Kirchhoff - Diffrazione di Fraunhofer - Reticolo di diffrazione - Reticoli cristallini e diffrazione dei raggi X - Ottica geometrica (Sistemi ottici centrati, Punti cardinali, Lenti spesse e lenti sottili, Potere risolutivo e profondità di campo di uno strumento ottico).

N.B. L'indicazione tra parentesi si riferisce alle ore di lezione previste, cui vanno aggiunte le esercitazioni.
 

La frequenza al corso non è obbligatoria ma è di importanza fondamentale per l'apprendimento degli argomenti e gli studenti sono invitati frequentare con regolarità, soprattutto in considerazione della durata della singola lezione (2h e 30m).

Le lezioni avranno luogo con l'ausilio didattico di presentazioni tipo ppt. Le presentazioni saranno fornite agli studenti, e sono comuinque scaricabili da questo sito. Le presentazioni non costituiscono in alcun modo un sostituto dei libri di testo, ma solo un eventuale sostituto per appunti presi in classe. La loro efficacia didattica vale solo se consultate a video (nelle modalità presentazione, appunto), pertanto non dovrebbero essere stampate.

Gli esami finali si svolgeranno con due prove scritte, una relativa alla prima parte del corso (Meccanica e Termodinamica), l'altra relativa alla seconda parte (Elettromagnetismo e Onde), ed una prova orale. Le tre prove saranno sostenute in cascata: il superamento di una vale come ammissione alla successiva. Di norma l'esame orale avrà luogo nello stesso giorno o nei giorni immediatamente successivi  a quello fissato per la seconda prova scritta pratica.

Libri di testo principali:

P.A. Tipler, and G. Mosca, Corso di Fisica 1 , Zanichelli
E. Amaldi, R. Bizzarri, G. Pizzella, Fisica Generale, Zanichelli

Testi di supporto o alternativi:

F. Wanderlingh, Corso di Fisica Generale, GENAL

P.A. Tipler, and G. Mosca, Corso di Fisica 2 , Zanichelli

P.M. Fishbane, S. Gasiorowicz and S. T. Thornton, Fisica per Scienze ed Ingegneria, Vol. primo, EdiSES
P. Mazzoldi, M. Nigro, C. Voci, Fisica 1^o e 2^o volume, EdiSES

Letture

Aslamazov e Varlamov, Fisica, che meraviglia!, La Goliardica Pavese