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Oggetto:
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Fisica (CTF)

Oggetto:

Physics

Oggetto:

Anno accademico 2022/2023

Codice attività didattica
FAR0014
Docenti
Prof. Ada Maria Solano (Titolare del corso)
Dott. Francesco Pace (Esercitatore)
Corso di studio
[f003-c504] laurea magistrale in chimica e tecnologia farmaceutiche - a torino
Anno
1° anno
Periodo
Secondo semestre
Tipologia
Di base
Crediti/Valenza
7
SSD attività didattica
FIS/01 - fisica sperimentale
Erogazione
Mista
Lingua
Italiano
Frequenza
Consigliata
Tipologia esame
Scritto ed orale
Prerequisiti

Sono richieste conoscenze di algebra, calcolo vettoriale, trigonometria, nonche' i concetti di base del calcolo differenziale ed integrale. La frequenza al corso di Matematica e Statistica è fortemente consigliata.

A good knowledge of algebra, vectorial calculus and trigonometry is required, as well as the basics of differential and integral calculus. The attendance to the course of Mathematics and Statistics is strongly recommended.
Propedeutico a

L'insegnamento di Fisica è propedeutico a Chimica Fisica. Inoltre le conoscenze acquisite permettono una migliore comprensione ed assimilazione dei programmi insegnati in molti altri corsi degli anni successivi.

Physics is preparatory for Physical Chemistry. Moreover the knowledge and the skills acquired in the Physics course allows the best assimilation of the concepts taught in several other courses of the following years.
Oggetto:

Sommario insegnamento

Oggetto:

Obiettivi formativi

Lo studente dovrà acquisire l'insieme delle grandezze e delle leggi fisiche essenziali per la comprensione della fenomenologia fisica presente nelle materie oggetto di studio nel corso di laurea. 

The student will gain knowledge of the principles of Physics needed to understand the physical phenomena that she/he will encounter in the subjects studied in the degree course.

Oggetto:

Risultati dell'apprendimento attesi

L'insegnamento si propone di fornire una conoscenza critica dei principi di base della Fisica classica utili per il prosieguo del corso di studi e per la successiva attività professionale.

In accordo con i descrittori di Dublino, alla fine del corso e per il superamento dell'esame, lo studente dovrà essere in grado di:

  1. identificare gli elementi essenziali di un fenomeno fisico, grandezze fisiche coinvolte e leggi che lo regolano, sapendo classificare i fenomeni fisici e confrontarli facendo emergere analogie e differenze;
  2. applicare le conoscenze acquisite e utilizzare il metodo scientifico per risolvere problemi complessi che coinvolgono diversi fenomeni fisici;
  3. esporre in lingua italiana corretta e con proprietà di linguaggio tecnico-scientifico le proprie conoscenze, sapendo organizzare logicamente i contenuti;
  4. aver raggiunto una buona capacità di apprendimento, che permetta di individuare le informazioni necessarie ad affrontare lo studio di argomenti delle aree formative specifiche del corso di studio che coinvolgono fenomeni fisici.

The goal of the Physics course is to provide the student with a critical knowledge of the basic laws of classical Physics, which are necessary for a better understanding of the arguments that she/he will encounter during the studies and the professional carrier.

In agreement with the Dublin Descriptors, at the end of the course the student should be able:

  1. to identify and classify physical phenomena, the physical quantities involved and the laws that regulate them, knowing how to make analogies and differences;
  2. to apply acquired knowledge and understanding, together with the scientific method, for analysing and solving complex problems involving various physical phenomena;
  3. to use a correct and appropriate scientific language, knowing how to logically organize the contents;
  4. to demonstrate that she/he has achieved a good learning ability (not only in the form of memorization of information) which allows to identify the information necessary to face the study of topics of the specific training areas of the course of study that involve physical phenomena.
Oggetto:

Programma

Introduzione; Grandezze fisiche e loro misura; Vettori - Presentazione del corso. Introduzione sulla Fisica ed il metodo scientifico. Grandezze fisiche e Sistema Internazionale di unita' di misura. Analisi dimensionale. Conversione di unita' di misura. Notazione scientifica. Incertezza sistematica e casuale di una misura. Frequenza statistica, valor medio e deviazione standard. Distribuzione di Gauss. Grandezze scalari e vettoriali. Elementi di calcolo vettoriale.

Cinematica dei moti lineari e dei moti circolari - Sistema di riferimento. Posizione, spostamento, traiettoria. Velocita' media e istantanea e loro interpretazione grafica. Accelerazione media e istantanea e loro interpretazione grafica. Componente tangenziale e radiale dell'accelerazione. Leggi orarie. Leggi del moto rettilineo uniforme e del moto rettilineo uniformemente accelerato. Moto di oggetti in caduta libera. Moto in due dimensioni. Moto parabolico. Gittata e tempo di volo. Grandezze angolari. Leggi del moto circolare uniforme e uniformemente accelerato.

Dinamica del moto di traslazione - Principi della dinamica. Sistemi di riferimento inerziali. Forza di gravitazione universale e forza peso. Reazione vincolare. Forze d'attrito statico e dinamico. Moto lungo un piano inclinato. Tensione delle funi. Carrucole. Moto di oggetti collegati.

Lavoro ed energia - Lavoro di una forza. Energia cinetica. Teorema dell'energia cinetica. Forze conservative ed energia potenziale. Conservazione dell'energia meccanica in presenza di sole forze conservative. Potenza meccanica. Rendimento.

Moto armonico - Forze elastiche e moto armonico semplice: grandezze cinematiche ed energia. Il pendolo semplice. Oscillazioni smorzate e forzate. Risonanza.

Quantita' di moto e urti - Quantita' di moto e impulso. Conservazione dell'energia e della quantita' di moto in un sistema isolato. Urti elastici ed anelastici.

Dinamica rotazionale - Centro di massa e baricentro. Moto del centro di massa. Moto di rotolamento. Momento di una forza. Energia cinetica rotazionale. Momento di inerzia. Momento angolare e sua conservazione.

Statica ed elasticita' - Condizioni di equilibrio statico. Leve ed articolazioni del corpo umano. Guadagno meccanico di una leva. Sforzi e deformazioni. Elasticita' delle ossa.

Fluidostatica - Densita' e pressione. Principio di Pascal. Legge di Stevino e pressione idrostatica. Misura della pressione atmosferica. Manometri. Spinta di Archimede e condizione di galleggiamento.

Fluidodinamica dei liquidi ideali e viscosi - Portata. Equazione di continuita'. Fluidi ideali. Legge di Bernoulli e applicazioni. Fluidi reali, viscosita’ e resistenza idrodinamica. Legge di Poiseuille. Moto laminare e turbolento.

Moto in fluido viscoso; Tensione superficiale e capillarita' - Attrito viscoso e legge di Stokes. Sedimentazione e centrifugazione. Forze di coesione e tensione superficiale. Legge di Laplace. Forze di adesione. Capillarita’ e legge di Jurin.

Calorimetria - Temperatura e calore. Principio zero della termodinamica. Scale termometriche e temperatura assoluta. Dilatazione termica lineare e volumica. Capacita’ termica e calore specifico. Cambiamenti di fase e calore latente. Meccanismi di trasmissione del calore: conduzione, convezione e irraggiamento.

Gas perfetti e gas reali - Gas e vapori. Mole e numero di Avogadro. Equazione di stato dei gas perfetti. Miscele di gas e pressioni parziali. Elementi di teoria cinetica dei gas. Energia interna e temperatura. Gas reali e pressione di vapor saturo. Umidita’.

Principi della termodinamica - Primo principio. Principali trasformazioni termodinamiche. Trasformazioni reversibili e irreversibili. Secondo principio. Macchine termiche e rendimento. Ciclo di Carnot. Entropia. 

Elettricita’ e circuiti - Carica elettrica. Forza di Coulomb. Campo elettrico e sua rappresentazione grafica; esempi. Legge di Gauss. Energia potenziale elettrica e potenziale elettrico. Superfici equipotenziali. Condensatori a facce piane e parallele. Capacita’ di un condensatore. Dielettrici. Intensita’ di corrente elettrica. Resistenza elettrica e leggi di Ohm. Potenza elettrica. Effetto Joule. Correnti e tensioni continue ed alternate, valori efficaci. Resistenze e condensatori in serie e in parallelo. Amperometro e voltmetro.

Elettromagnetismo ed onde elettromagnetiche - Campo magnetico. Forza di Lorentz. Selettore di velocita'. Spettrometro di massa. Forza esercitata su un filo percorso da corrente. Campi magnetici generati da correnti. Flusso di campo magnetico e legge di Faraday-Neumann-Lenz. Onde elettromagnetiche. Lo spettro elettromagnetico. Natura ondulatoria e corpuscolare della luce. L'effetto fotoelettrico. Il fotone e la costante di Planck.

Introduzione sulle onde - Generalita' sulle onde ed equazione di propagazione. Interferenza e principio di sovrapposizione. Riflessione e rifrazione alla superficie di separazione tra due mezzi. Onde stazionarie ed armoniche.

Onde sonore - Onde sonore. Suoni puri e complessi. Colonne d'aria e onde stazionarie. L'orecchio dal punto di vista fisico. Pressione e intensita' sonora. Sensazione sonora e decibel. Curva di udibilita'. Effetto Doppler.

Ottica geometrica e ottica fisica - Onde elettromagnetiche e spettro. Velocita' della luce nel vuoto. Indice di rifrazione di un mezzo. Dispersione della luce bianca. Riflessione totale e fibre ottiche. Principio di Huygens. Condizioni per l'ottica geometrica. Lenti sottili e metodo grafico per la costruzione delle immagini. Legge dei punti coniugati. L'occhio come sistema ottico. Acuita' visiva. Principali difetti visivi (miopia, ipermetropia e presbiopia) e loro correzione. Lente d'ingrandimento. Microscopio ottico. Cenni di ottica fisica: frange di interferenza, diffrazione da singola fenditura e reticoli di diffrazione. Polarizzazione della luce. Potere rotatorio di una sostanza otticamente attiva.

Radiazioni e radioattivita' - Radiazioni elettromagnetiche e corpuscolari. Dualita' onda-corpuscolo. Relazione di de Broglie. Nuclei e forze nucleari. Difetto di massa ed energia di legame. Curva di stabilita' e radioisotopi. Decadimenti alfa, beta e gamma. Legge del decadimento radioattivo: vita media ed emivita. Attivita' e potenza di una sorgente radioattiva.

Raggi X; Interazione della radiazione con la materia; Elementi di dosimetria - Raggi X e loro produzione: radiazione di frenamento e radiazione caratteristica. Interazione con la materia: effetto fotoelettrico ed effetto Compton. Raggi gamma e produzione di coppie. Legge di attenuazione spaziale e coefficiente di assorbimento. L'immagine radiologica. Radiazioni ionizzanti e non ionizzanti. Cenni sull'interazione delle diverse radiazioni con la materia. Principali unita' dosimetriche: dose, dose equivalente e dose efficace.

Introduction; Physical quantities and their measurement; Vectors -Presentation of the course. Introduction on Physics and the scientific method. Physical quantities and the International System of Units. Dimensional analysis. Conversion of units. Scientific notation. Systematic and statistical uncertainty of a measurement. Statistical frequency, mean value and standard deviation. Gauss distribution. Scalar and vector quantities. Basic vector operations.

Kinematics of linear and circular motions - Reference systems. Position, displacement, trajectory. Average and instantaneous speed and acceleration and their graphic interpretation. Tangential and radial component of acceleration. Laws of uniform rectilinear motion and uniformly accelerated rectilinear motion. Objects in free fall. Two dimensional motion. Parabolic motion, range and time of flight. Angular quantities. Laws of uniform and uniformly accelerated circular motion.

Dynamics of translation motion - Principles of dynamics. Inertial reference systems. Universal gravitational force and weight force. Normal force. Force of static and dynamic friction. Motion along an inclined plane. Tension and pulleys. Motion of connected objects.

Work and energy - Work done by a force. Kinetic energy. Work-energy theorem. Conservative forces and potential energy. Mechanical energy and its conservation. Work of non-conservative forces. Mechanical power. Efficiency.

Harmonic motion - Elastic forces and simple harmonic motion: kinematic quantities and energy. The simple pendulum. Damped and forced oscillations. Resonance.

Momentum and collisions - Momentum and impulse. Conservation of energy and momentum in an isolated system. Elastic and inelastic collisions.

Rotational dynamics - Center of mass and center of gravity. Motion of the center of mass. Rolling motion. Torque. Rotational kinetic energy. Moment of inertia. Angular momentum and its conservation.

Statics and elasticity - Conditions of equilibrium in a rigid body. Levers and joints of the human body. Mechanical yield. Stress and strain. Elasticity of the bones.

Fluidostatics - Density and pressure. Pascal's principle. Stevino's law and hydrostatic pressure. Atmospheric pressure measurement. Manometers. Archimedes' principle.

Dynamics of ideal and viscous fluids - Flow rate. Continuity equation. Ideal fluids. Bernoulli's law and applications. Real fluids, viscosity and hydrodynamic resistance. Poiseuille's law. Laminar and turbulent flow.

Viscous fluid motion; Surface tension and capillarity - Viscous friction and Stokes' law. Sedimentation and centrifugation. Cohesive strength and surface tension. Laplace's law. Capillarity and Jurin's law.

Calorimetry - Temperature and heat. Zero principle of thermodynamics. Thermometric scales and absolute temperature. Linear and volumic thermal expansion. Heat capacity and specific heat. Phase changes and latent heat. Mechanisms of heat exchange: conduction, convection and radiation.

Gases - Gases and vapors. Mole and Avogadro's number. Equation of state of ideal gases. Gas mixtures and partial pressures. Basic elements of kinetic theory of gases. Internal energy and temperature. Real gases and saturated vapor pressure. Humidity.

Principles of thermodynamics - First law. Main thermodynamic transformations. Reversible and irreversible processes. Second law. Thermal machines and efficiency. Carnot cycle. Entropy.

Electricity and circuits - Electric charge. Coulomb's force. Electric field; examples. Gauss law. Electric potential energy and electric potential. Equipotential surfaces. Parallel-plate capacitor. Capacitance. Dielectrics. Electric current. Resistance and Ohm's laws. Electric power. Joule effect. Direct and alternating currents and voltages, effective values. Resistors and capacitors in series and in parallel. Ammeter and voltmeter.

Electromagnetism and electromagnetic waves - Magnetic field. Lorentz's force. Speed selector. Mass spectrometer. Magnetic force acting on a current-carrying conductor. Magnetic field generated by current. Magnetic field flux and Faraday-Neumann-Lenz law. Electromagnetic waves. Electromagnetic spectrum. Wave and corpuscular nature of light. Photoelectric effect. The photon and the Planck constant.

Introduction on waves - Wave characteristics and propagation equation. Interference and superposition principle. Reflection and refraction at the separation surface between two media. Standing waves and harmonics.

Sound Waves - Sound pressure and intensity. Weber-Fechner law. Intensity level and decibels. The ear from the physical point of view. Audibility curve. Doppler effect.

Geometric and physical optics - Electromagnetic waves and spectrum. Speed ​​of light in vacuum. Refractive index of a medium. Dispersion of white light. Total reflection and optical fibers. Huygens' principle. Conditions for geometric optics. Thin lenses and image construction. The human eye. Visual acuity. Main visual defects (myopia, hyperopia and presbyopia) and their correction. Optical microscope. Basic elements of physical optics: interference fringes, single slit diffraction and diffraction gratings. Polarization of light. Rotatory power of an optically active substance.

Radiation and radioactivity - Electromagnetic and corpuscular radiation. Wave-particle duality. De Broglie wavelength. Nuclei and nuclear forces. Mass defect and binding energy. Nuclear stability and radioisotopes. Alpha, beta and gamma radioactive decays. Law of radioactive decay: average life and half life. Activity and power of a radioactive source.

X rays; Interaction of radiation with matter; Elements of dosimetry - X rays and their production: bremsstrahlung and characteristic radiation. Interaction with matter: photoelectric and Compton processes. Gamma rays and pair production. Spatial reduction law and absorption coefficient. The radiological image. Ionizing and non-ionizing radiation. Interaction of different radiations with matter. Main dosimetric units: dose, equivalent dose and effective dose.

Oggetto:

Modalità di insegnamento

Lezioni frontali per un totale di 48 ore svolte dalla Prof.sa Solano ed esercitazioni per un totale di 16 ore svolte dal Prof. Pace.

Nel caso di un'eventuale emergenza Covid-19, le lezioni potranno essere erogate via Webex.

Il materiale didattico sara' reso disponibile sulla piattaforma Moodle.

Formal lessons (48 hours, prof. Solano) and exercise sessions (16 hours, prof. Pace).

Depending on the Covid emergency situation, lectures might be delivered in streaming via Webex.

Materials will be available on the Moodle platform.

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Modalità di verifica dell'apprendimento

Esame scritto con soluzione di problemi a risposta aperta ed orale con domande sul programma svolto. 

Nella situazione in cui l'esame non possa svolgersi in presenza, la parte scritta si svolgera' utilizzando Moodle con videosorveglianza via Webex e la parte orale via Webex.

Written exam with open exercises and oral exam with questions on the program of the course.

In case of Covid emergency, the written exam will take place online using Moodle with video surveillance via Webex and the oral exam will take place via Webex.

Testi consigliati e bibliografia

Oggetto:

- J.S. Walker: Fondamenti di fisica, ed. Pearson;
- J.W. Kane, M.M. Sternheim, Fisica Applicata, EMSI;
- D. Scannicchio, Fisica Biomedica, EdiSES; 
- F. Borsa, A. Lascialfari, Principi di Fisica per indirizzo biomedico e farmaceutico, EdiSES; 
- J.W. Jewett, R.A. Serway: Principi di fisica, EdiSES;
- A. Giambattista: Fisica generale, ed. McGraw-Hill;
- D.C. Giancoli: Fisica con fisica moderna, Casa Editrice Ambrosiana; 
- G. Bellini, G. Manuzio: Fisica per le scienze della vita, ed. Piccin

- J.S. Walker: Physics, 5th edition - Pearson;
- D.C. Giancoli: Physics, 7th edition - Pearson;
- A. Giambattista, B. Richardson, R. Richardson: College Physics, 4th edition - Mc Graw-Hill international edition;
- R.A. Serway: College Physics, 11th edition - Cengage



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Note

Gli appelli dell'a.a. 2022/23 si svolgeranno in presenza. E' comunque garantita la possibilita' di svolgere l'esame da remoto per gli studenti che ne hanno diritto, previa presentazione della prevista certificazione.

 

Registrazione
  • Aperta
    Apertura registrazione
    01/10/2022 alle ore 00:00
    Chiusura registrazione
    31/03/2024 alle ore 23:55
    Oggetto:
    Ultimo aggiornamento: 16/09/2022 16:57

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