Corso di Laurea in Informatica
Corso di: FISICA
Anno accademico: 2003-2004
Docente: Prof.ssa CARLA TARICCO
INDICE
Obiettivi del corso
Il corso si propone di introdurre alla conoscenza della meccanica, delle principali proprietà del campo elettrico e del campo magnetico, con cenni al comportamento della materia soggetta a tali campi; introdurre alla conoscenza del comportamento degli elementi di un circuito in corrente continua ed in corrente alternata; introdurre alla conoscenza delle principali proprietà delle onde elettromagnetiche, con cenni ai problemi connessi alla trasmissione di tali onde.
Prerequisiti del corso
Conoscenze di base di analisi matematica.
Modalità d'esame
L'esame e' costituito da una prova scritta seguita da una prova orale.
Non sono previsti scritti parziali (esoneri) durante il corso. La prova scritta ha validita' illimitata.
Se lo studente si ritira durante l'esame orale, lo scritto rimane comunque valido.
Alla fine della prova scritta viene fatta la correzione in aula e lo studente puo' ancora ritirare il proprio compito.
Libri di testo Si consiglia il
seguente testo:
- SERWAY, Fisica, per Scienze ed Ingegneria, vol II, Ed.EdiSES
Per la parte riguardante la Meccanica, fare riferimento a quanto svolto a lezione ed eventualmente al testo:
- RESNICK ALLIDAY, Fisica.
Per approfondimenti:
-
ALONSO FINN, Campi e onde
Ulteriore materiale didattico puo' essere reperito in biblioteca.
IMPORTANTE: Argomento d'esame saranno tutti e soltanto gli argomenti svolti in aula. Sono percio' fondamentali gli appunti presi a lezione, a cui si affianchera' il testo consigliato.
Esercitazioni
Esercizi in preparazione allo scritto saranno svolti durante le lezioni.
Sono previste inoltre esercitazioni che si terranno nella Sala Congressi secondo il seguente calendario:
venerdi' 13/2/'04 ore 11.30-13.30
venerdi' 20/2/'04 ore 11.30-13.30
venerdi' 27/2/'04 ore 11.30-13.30
mercoledi' 3/3/'04 ore 16-18
mercoledi' 10/3/'04 ore 16-18.
Orario di ricevimento
Durante il corso, il ricevimento degli studenti si svolgera' nel seguente orario:
lunedi' ore 13.15-15, stanza n. 45 (Dipartimento di Informatica).
Programma dettagliato del corso
Il metodo sperimentale (galileiano).
Grandezze fisiche - definizioni operative.
Misure dirette, indirette e con strumenti tarati. Errori sistematici.
Errori casuali: caso di misura singola,poche e molte misure. Errori relativi.
Equazioni dimensionali. Unita' di misura. Il Sistema Internazionale (SI).
Richiamo ai vettori: operazioni, scomposizione. Vettore di posizione e di spostamento.
Sistemi di coordinate (cartesiane, polari, geografiche).
Misura di angoli piani e solidi.
Parti della meccanica.
LA CINEMATICA.
Concetto di punto. Descrizione del moto: traiettoria geometrica ed equazione oraria.
Moto rettilineo: velocita' media ed istantanea. Moto rettilineo uniforme.
Velocita' vettoriale. Accelerazione media ed istantanea. Moto rettilineo
uniformemente accelerato. Accelerazione vettoriale.
Moto circolare: velocita' angolare media ed istantanea. Moto circolare uniforme. Velocita' angolare vettoriale. Accelerazione angolare media ed istantanea. Moto circolare uniformemente accelerato. Accelerazione angolare vettoriale. Moto delle proiezioni su assi ortogonali: moto oscillatorio armonico.
Composizione di moti: principio di Galileo dell'indipendenza degli spostamenti. Composizione di due moti armonici sullo stesso asse: interferenza costruttiva e distruttiva, battimenti. Teorema di Fourier. Composizione di moti su assi ortogonali, uno uniforme ed uno uniformemente accelerato: moto del proiettile.
LA DINAMICA.
Sforzi e forze. Il dinamometro. La forza come grandezza vettoriale. Equilibrio e quiete. I 4 tipi di forze fondamentali.
Il primo principio (principio d'inerzia). Sistemi inerziali.
Il secondo principio. Massa inerziale e massa gravitazionale.
Il terzo principio (di azione e reazione): caso di equilibrio e caso di movimento.
Sistemi isolati. Quantita' di moto e conservazione della quantita' di moto.
Momento della quantita' di moto. Momento di una forza. Teorema del momento della quantita' di moto. Conservazione del momento della quantita' di moto.
Lavoro di una forza. Forze conservative. Potenziale ed energia potenziale. Energia potenziale elastica e gravitazionale. Teorema delle forze vive (o dell'energia cinetica). Conservazione dell'energia meccanica. Legge della gravitazione universale.
Fenomeni di elettrizzazione: la carica elettrica e sue proprieta' (segno, conservazione e quantizzazione). Interazioni fra cariche: Legge di Coulomb nel vuoto e in un mezzo. Definizione di campo elettrico E. Campo elettrico generato da una carica puntiforme e principio di sovrapposizione. Rappresentazione grafica del campo elettrico. Moto di una carica in un campo uniforme.
Flusso di un campo vettoriale. Teorema di Gauss. Applicazioni: campo generato da una lastra uniformemente carica, da due lastre piane parallele uniformemente cariche, da una sfera carica (isolante o conduttrice).
Conservativita' del campo elettrostatico (caso del campo generato da carica puntiforme e del campo uniforme). Circuitazione del campo elettrico. Superfici equipotenziali e lavoro per spostare una carica su una superficie equipotenziale. Teorema di conservazione dell'energia meccanica per una particella in un campo elettrico.
Dipolo elettrico. Dipolo immerso in campo elettrico.
Conduttori e dielettrici. Conduttori e dielettrici in campo elettrico. Vettore polarizzazione. Suscettivita' elettrica.
Semiconduttori.
Capacita' elettrica di un conduttore. Capacita' di un condensatore. Condensatore piano. Condensatori in serie e in parallelo. Lavoro per caricare un condensatore: energia elettrostatica accumulata. Densita' di energia del campo elettrico.
CORRENTI ELETTRICHE
Corrente elettrica nei conduttori solidi: intensita' di corrente. Legge di Ohm. Resistivita'. Interpretazione microscopica della corrente nei conduttori solidi. Forza elettromotrice. Resistenze in serie e parallelo. Corrente elettrica ed effetti energetici: l'effetto Joule. Leggi di Kirchoff : legge dei nodi e delle maglie. Circuiti RC: carica e scarica del condensatore. Strumenti di misura (cenni).
CAMPO MAGNETICO INDIPENDENTE DAL TEMPO
Magneti. Forza su una carica in moto in campo magnetico e sua traiettoria. Esempi: fasci compatti di particelle, raggi cosmici e campo magnetico terrestre, spettrometro di massa, effetto Hall. Forza su un filo rettilineo percorso da corrente in campo magnetico. Comportamento di una spira percorsa da corrente in campo magnetico. Momento di dipolo magnetico orbitale di una particella carica.
Campo magnetico nella materia. Vettore magnetizzazione. Suscettivita' magnetica. Sostanze diamagnetiche, paramagnetiche e ferromagnetiche.
Campo magnetico generato da tratto infinitesimo di corrente. Applicazioni: campo generato da filo rettilineo infinito percorso da corrente, interazione fra fili rettilinei percorsi da corrente, campo magnetico generato da una singola carica in moto.
Il campo magnetico non e' conservativo. Teorema della circuitazione di Ampere. Campo magnetico di un solenoide. Flusso magnetico. Teorema di Gauss per il campo magnetico. Equazioni di Maxwell per campi indipendenti dal tempo.
CAMPI ELETTRICI E MAGNETICI VARIABILI NEL TEMPO
Induzione elettromagnetica: esperienze di Faraday. Legge di Faraday-Henry: forza elettromotrice indotta. Legge di Lenz. Corrente indotta in una spira che si muove in un campo magnetico. Corrente indotta in una spira nel caso di campi magnetici variabili nel tempo. Il principio di conservazione della carica. La legge di Ampere-Maxwell. Autoinduzione. Induttanza del solenoide ideale. Induttanze in serie e in parallelo. Energia nell'induttanza e densita' di energia del campo magnetico. Circuito RL. Circuito LC (cenni). Trasformatori (cenni). Moto di rotazione di una spira in un campo magnetico e correnti alternate. Elementi del circuito in corrente alternata. Reattanza induttiva e capacitiva. Circuito RLC serie. Impedenza. Dissipazione dell'energia e potenza media nei circuiti a corrente alternata. Equazioni di Maxwell per campi variabili nel tempo.
Caratteristiche essenziali dell'onda elettromagnetica. Impedenza del mezzo, trasmissione e riflessione di onde (cenni). Spettro dell'onda elettromagnetica. Dipolo oscillante e produzione di onde elettromagnetiche (cenni). Modulazione e demodulazione del segnale, filtri. Trasmissione di segnali (cenni): cavi coassiali, guide d'onda, guide di luce, fibre ottiche.
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