FISICA

A.A. di erogazione 2020/2021
Insegnamento obbligatorio

Laurea triennale in BIOTECNOLOGIE
 (A.A. 2020/2021)

Docenti

Anno di corso: 
1
Tipologia di insegnamento: 
Base
Settore disciplinare: 
FISICA APPLICATA (A BENI CULTURALI, AMBIENTALI, BIOLOGIA E MEDICINA) (FIS/07)
Lingua: 
Italiano
Crediti: 
6
Ciclo: 
Secondo Semestre
Ore di attivita' frontale: 
56
Dettaglio ore: 
Lezione (32 ore), Esercitazione (24 ore)

Lo scopo del corso è quello di fornire agli studenti contenuti e strumenti per osservare e comprendere i fenomeni naturali, inquadrarli nel contesto delle leggi fisiche, rappresentare le variabili che li descrivono in modo grafico e analizzare quanto rappresentato in maniera critica. Il corso concorre agli obiettivi formativi del Corso di Laurea, sviluppando le capacità di: osservazione e interpretazione dei fenomeni fisici anche tramite conoscenze matematico-statistiche; valutazione critica dei dati sperimentali; integrazione delle conoscenze apprese in diversi ambiti per applicarle nella soluzione di problemi nuovi e interdisciplinari.

Alla fine del corso gli studenti saranno capaci di:
- osservare i fenomeni naturali inquadrandoli in un contesto di leggi fisiche
- risolvere in maniera autonoma semplici problemi fisici rappresentando i risultati in modo grafico per comprendere la relazione tra variabili
- analizzare i dati raccolti con semplici esperienze, stendendo brevi relazioni scientifiche che descrivano il fenomeno, l’analisi dati e il risultato ottenuto
- utilizzare programmi di analisi dati che permettano di rappresentare i dati raccolti in modo grafico e di effettuare operazioni di interpolazione di dati sperimentali sulla base delle aspettative teoriche.

Per comprendere gli argomenti del corso e realizzare le attività pratiche previste, agli studenti è richiesto di possedere i seguenti elementi, affrontati durante il corso di Matematica del primo semestre:

- nozioni base di matematica (algebra, trigonometria, basi del calcolo differenziale e integrale)
- nozioni base di statistica e analisi dei dati (raccolta dati, distribuzioni e proprietà statistiche, variabili casuali, analisi dei dati per mezzo di programmi su PC)
- capacità di interpretare un grafico di funzione.

INTRODUZIONE
- excursus sul ruolo della fisica nella biologia
- i vettori e la loro composizione
- concetto di errore in una misura sperimentale: accuratezza e consistenza
- introduzione al programma di analisi di filmati Tracker, il programma di riferimento per l’analisi dati

MOTI e FORZE
- le variabili della cinematica: spazio, tempo, velocità e accelerazione
- rappresentazione grafica delle variabili e loro analisi
- il moto di caduta libera: analisi di diversi filmati di moto uniformemente accelerato e interpretazione dei dati ottenuti
- il moto parabolico: analisi di diversi filmati e applicazione delle leggi del moto allo sport
- i moti armonici e i moti armonici smorzati: il moto circolare uniforme; il moto di un pendolo; analisi di filmati di entrambi i moti
- la dinamica e le sue leggi: i concetti di forza e massa; le tre leggi di Newton; esempi di forze
- i tipi di attrito; la resistenza aerodinamica di un fluido e i suoi effetti
- il piano inclinato: l’importanza del sistema di riferimento; analisi di filmati in presenza di diversi tipi di attrito

ENERGIA e PRINCIPI DI CONSERVAZIONE
- le forme di energia e le trasformazioni “energetiche”
- i concetti di lavoro e potenza
- i principi di conservazione di: energia, quantità di moto e momento angolare; la loro applicazione (ad es. nel moto degli animali, nell’impresa sportiva)

I FLUIDI
- pressione e densità
- fluidi a riposo: la legge di Stevino; il principio di Pascal; il principio di Archimede e le sue applicazioni (dalla mongolfiera ai pesci ossei)
- la fluidodinamica con fluidi ideali: l’equazione di continuità; l’equazione di Bernoulli e le sue applicazioni (dall’ala dell’aereo ai pesci cartilaginei)
- i fluidi viscosi: la portata; il moto laminare e quello turbolento; la relazione tra portata e viscosità nelle due condizioni e la sua applicazione al sistema circolatorio
- la tensione superficiale: definizione e applicazioni; la flottazione; i liquidi tensioattivi
- la capillarità e la legge di Jurin
- la legge di Laplace e il funzionamento degli alveoli polmonari

TERMODINAMICA
- il calore e il principio zero della termodinamica
- la temperatura e la relazione con il calore: modi di trasferimento del calore e concetto di equilibrio dinamico negli esseri viventi
- calore specifico e capacità termica
- i gas perfetti, le variabili di stato, le leggi delle trasformazioni e la rappresentazione tramite il diagramma di Clapeyron
- il primo principio della termodinamica e la sua applicazione
- l’entropia e il secondo principio della termodinamica
- le macchine termiche e il loro rendimento

OTTICA
- lo spettro elettromagnetico
- l’ottica geometrica:
* riflessione e rifrazione
* indice di rifrazione e dispersione cromatica
* la lamina a facce parallele e il prisma
* la riflessione totale e le fibre ottiche
* le lenti sottili
* l’occhio: caratteristiche; difetti; formazione dell’immagine
- l’ottica ondulatoria:
* l’interferenza e l’esperimento di Young
* l’interferenza nelle lamine sottili
* la diffrazione da un’apertura singola
* la diffrazione da un’apertura circolare e il potere risolutivo di uno strumento ottico
* il reticolo di diffrazione e la spettrometria
* la polarizzazione della luce e la misura del potere rotatorio delle sostanze

ELETTROSTATICA
- la carica elettrica
- la forza di Coulomb
- il campo elettrico e il potenziale elettrico
- il dipolo elettrico
- il flusso del campo elettrico e il teorema di Gauss
- conduttori e isolanti
- i condensatori e il concetto di capacità
- la corrente elettrica e gli elementi di un circuito elettrico
- carica e scarica di un circuito RC

MAGNETISMO
- confronto tra elettricità e magnetismo
- il campo magnetico
- la forza di Lorentz e lo spettrometro di massa
- relazione tra campo elettrico e campo magnetico
- il filo percorso da corrente: la legge di Biot-Savart e la legge di Ampere
- l’induzione magnetica e la legge di Faraday
- le equazioni di Maxwell

Il corso si articola in:

- lezioni frontali (32h) durante le quali il docente partirà da domande stimolo per affrontare i diversi ambiti della fisica. Tali domande consentiranno di organizzare percorsi che dimostrino come le stessi leggi siano in grado di spiegare fenomeni apparentemente diversi; lo spunto per tali domande sarà il più possibile legato all’ambito di studio del Corso di Laurea. Ogni percorso prevederà piccoli esperimenti, quando possibile, svolti in aula con materiali poveri.

- esercitazioni (24h) durante le quali verranno:
* svolti esercizi che permettano un’applicazione critica di quanto visto a lezione e richiedano la rappresentazione grafica delle variabili coinvolte nel fenomeno fisico, con valutazione critica di quanto ottenuto
* analizzati dati sperimentali raccolti sottoforma di filmati di alcuni dei fenomeni trattati a lezione. Tali filmati, forniti dal docente, verranno analizzati tramite il software open source Tracker, che verrà installato sui PC portatili degli studenti in modo da poter lavorare direttamente in aula. In caso di analisi non realizzabile tramite Tracker, verrà utilizzato il software Excel. Questa parte dell’attività permetterà di esercitarsi per poter svolgere gli assignment previsti come verifica dell’apprendimento.

La verifica dell’apprendimento avviene in diverse fasi:
- durante il corso – verifica 1: agli studenti verranno affidati quattro assignment consistenti nell’analisi di filmati riguardanti i fenomeni fisici trattati a lezione e nella stesura di brevi relazioni che contengano la descrizione del fenomeno, l’analisi dei dati e le conclusioni. L’attività potrà essere svolta singolarmente o in gruppo (formato da un numero massimo di tre studenti). Per ogni assignment ci sarà un termine massimo per la consegna e lo studente/gli studenti dovranno implementare le correzioni indicate dalla docente.

- durante il corso – verifica 2: agli studenti verrà offerta l’opportunità di partecipare a quattro esercitazioni in cui dovranno risolvere a casa esercizi sulla falsariga di quanto fatto durante le ore di esercitazione in aula; gli esercizi verranno inviati tramite e-learning e verrà dato un tempo massimo di consegna. Gli esercizi potranno essere risolti singolarmente o in gruppo (che deve essere lo stesso dell’assignment).

- al termine del corso – esame orale:
* chi ha svolto nei tempi previsti gli assignment e le esercitazioni, può accedere all’esame orale portando un argomento a scelta tra quelli trattati durante il corso
* chi ha svolto nei tempi previsti gli assignment ma non le esercitazioni, può accedere all’esame orale portando un argomento a scelta tra quelli trattati durante il corso e sarà interrogato anche su un assignment a scelta del docente
* chi non ha svolto nei tempi previsti gli assignment, nella prima parte dell’esame orale dovrà svolgere tre esercizi alla lavagna sulla falsariga di quanto fatto durante le esercitazioni; se gli esercizi saranno svolti in modo corretto, potrà procedere con l’esame orale portando un argomento a scelta.

Le tre fasi di verifica hanno scopi diversi:
- la verifica 1 intende verificare la capacità di descrivere il fenomeno fisico, di analizzare dei dati sperimentali e di commentare in modo critico i risultati ottenuti rispetto a quanto atteso
- la verifica 2 intende verificare la capacità di applicare in modo critico quanto appreso, a lezione e durante lo svolgimento degli assignment, a problemi concreti, descrivendo in modo adeguato il percorso logico che ha portato alla soluzione
- l’esame orale intende verificare il livello di conoscenza acquisito dallo studente sull’argomento in discussione, la sua capacità di descriverlo e di analizzarlo con un linguaggio adeguato e la sua capacità di declinarlo in contesti diversi.

Le fasi di verifica durante il corso non concorrono al voto finale ma consentono l’accesso all’esame orale; nel caso in cui gli assignment non siano stati svolti, lo studente può accedere alla parte finale dell’esame orale solo dopo aver svolto correttamente tre esercizi alla lavagna.
Per passare l’esame orale, lo studente deve presentare l’argomento scelto in modo soddisfacente, con un linguaggio adeguato, dimostrando una comprensione soddisfacente dei fenomeni fisici trattati e della teoria che li descrive.

Il valore del voto finale dipenderà dalla capacità dello studente di rispondere alle domande sull’argomento. Il voto di 30 e lode verrà assegnato allo studente che dimostra di possedere un’ottima comprensione dell’argomento e la capacità di applicare le leggi fisiche di quell’ambito a problemi di realtà non discussi direttamente a lezione.

I seguenti testi sono utilizzati nel corso:
- Halliday, Resnick, Walker: Fondamenti di fisica. Vol. 1 e 2, ISBN-10: 8808182983, ISBN-10: 8808183114
- D. J. Rumsey: Statistics For Dummies, 2nd Edition, ISBN: 978-1-119-29352-1
Agli studenti sono fornite le slide di ogni lezione, materiale informativo quando necessario (articoli e note).

Per domande / discussioni / commenti, gli studenti sono invitati a contattare il docente tramite: michela.prest@uninsubria.it

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A.A. 2019/2020

Anno di corso: 1
Curriculum: INDIRIZZO GENERALE

A.A. 2018/2019

Anno di corso: 1
Curriculum: INDIRIZZO GENERALE

A.A. 2017/2018

Anno di corso: 1
Curriculum: INDIRIZZO GENERALE

A.A. 2016/2017

Anno di corso: 1
Curriculum: INDIRIZZO GENERALE

A.A. 2015/2016

Anno di corso: 1
Curriculum: INDIRIZZO GENERALE