ITALIANO

Il corso si divide in due parti. Nella prima parte, si introdurranno i concetti di grandezze fisiche, misure ed errori, cinematica e dinamica del punto energia e lavoro, oscillatore armonico, principi di conservazione dell'energia e meccanica dei fluidi.
Nella seconda parte, si affronteranno i concetti fondamentali della temodinamica, preceduti da elementi di termometria e calorimetria. Primo, secondo e terzo principio della termodinamica. Legge di stato dei gas perfetti. Teoria cinetica dei gas.

Principale:
1. "Principi di Fisica" di Serway e Jewett, EdiSES.
Altri:
1. Elementi di Fisica I, Mazzoldi-Nigro-Voci, EdiSES.
2. Esercizi di Fisica, Gordon-McGrew-Serway- Jewett, EdiSES

Al termine del corso, lo studente dovrà aver acquisito (Descrittore di Dublino 1) le principali conoscenze di base della meccanica del punto, dei sistemi di punti e del corpo rigido, e della meccanica dei fluidi. Dovrà inoltre possedere conoscenze approfondite sui principi di conservazione in fisica, sui campi di forze e le loro specifiche proprietà, e sui modelli elementari per la trattazione dei sistemi fisici complessi.
Sulla base di queste conoscenze, le principali abilità acquisite — intese sia come capacità di applicare le conoscenze acquisite (Descrittore di Dublino 2), sia come autonomia di giudizio nell'adottare l'approccio più opportuno (Descrittore di Dublino 3) — consisteranno in:
capacità di modellizzare fenomeni fisici anche complessi;
abilità nell'esecuzione di esercizi e problemi;
capacità di sviluppare autonomamente semplici dimostrazioni, basate sull'estensione e l'applicazione delle conoscenze acquisite.
Lo studente dovrà essere in grado di esporre in modo chiaro e ordinato i concetti fondamentali della meccanica e i risultati ottenuti nella soluzione di problemi, utilizzando correttamente la terminologia e il formalismo matematico di base della disciplina. Dovrà inoltre saper illustrare il procedimento logico seguito nella risoluzione di un esercizio, motivando le ipotesi semplificative adottate (Descrittore di Dublino 4).
Lo studente dovrà aver acquisito un metodo di studio basato sull'approccio quantitativo proprio della fisica, che gli consenta di affrontare con autonomia gli ulteriori strumenti di base (matematici e fisici) richiesti dagli insegnamenti successivi del corso di studi, nonché di applicare i concetti di meccanica e di meccanica dei fluidi all'analisi di semplici sistemi e fenomeni di interesse ambientale (Descrittore di Dublino 5).

Matematica di base, trigonometria, geometria elementare ed analitica. E’ utile la conoscenza delle tecniche elementari di integrazione e derivazione. La conoscenza di tutte le tecniche matematiche elencate e la capacità di saperle applicare in modo efficace sono prerequisiti indispensabili per seguire il corso con profitto.

Il corso è organizzato in lezioni frontali. Sono previste un totale di 72 ore di lezioni frontali, equamente divise tra le due parti di corso. Ogni lezione ha tipicamente la durata di 2 ore. Al termine di ogni ciclo di lezioni tematicamente coerenti sono previste lezioni di esercitazioni numeriche in aula svolte dal docente o da un tutor e consistenti in soluzione di problemi. Sono inoltre effettuate 2 prove scritte "in itinere" (1 per ciascuna parte del corso) per valutazione e autovalutazione.
Tutte le lezioni vengono registrate e rese disponibili, insieme al restante materiale didattico (slide, esercizi, ecc.), sulla piattaforma Microsoft Teams del corso.

La valutazione del livello di apprendimento dello studente è effettuata in modo costante durante il corso. Vengono infatti somministrate agli studenti 2 prove scritte "in itinere" da effettuarsi al termine di specifici cicli di lezioni tematicamente coerenti. La finalità è duplice: da un lato verificare in modo parziale il livello di apprendimento raggiunto dallo studente sui temi del ciclo specifico; dall'altro, offrire allo studente uno strumento di autovalutazione rispetto al proprio grado di preparazione. Ogni prova "in itinere", anche se limitata, nei contenuti, allo specifico ciclo tematico, simula nella struttura la prima prova scritta oggetto dell'esame e consiste nella soluzione di 2 problemi a risposta aperta. Gli studenti che abbiano riportato una valutazione complessiva positiva (media >18/30) nelle 2 prove "in itinere" possono, se lo desiderano, essere esonerati dallo svolgimento della prima prova scritta finale (P1, vedi sotto).
La verifica dell'apprendimento del corso di Fisica (esame) prevede il superamento di due prove obbligatorie: la prima, scritta (P1), consiste nella soluzione di 3 problemi a risposta aperta, da svolgere in un totale di 3 ore; la seconda, orale (P2), consiste nella discussione di almeno 3 argomenti riguardanti l'intero corso, comprendenti anche semplici dimostrazioni di teoria. La durata della seconda prova è variabile (da 20 a 60 minuti). Lo studente è ammesso alla seconda prova (P2) solo previo superamento della prima (P1). Lo studente che, per effetto della valutazione "in itinere", sia stato esonerato dalla prova scritta finale P1, può sostenerla nuovamente oppure accedere direttamente alla prova orale P2. Le prove P1 e P2 hanno lo scopo di verificare: i) la capacità di comprensione delle problematiche proposte durante il corso; ii) la capacità di applicare correttamente le conoscenze teoriche (Descrittore di Dublino 2); iii) l'abilità di formulare, con autonomia di giudizio, osservazioni appropriate sulle possibili alternative modellistiche (Descrittore di Dublino 3); iv) l'abilità di comunicare in modo efficace e pertinente in forma scritta (Descrittore di Dublino 4).
Il voto (in trentesimi) è una media dei voti ottenuti in P1 e in P2. Esso rappresenta il risultato conseguito dallo studente per il corso di Fisica 1.

Prima parte:
Introduzione alla rappresentazione dei dati sperimentali. Valor medio. Indeterminazione della misura. Deviazione dalla media. Deviazione media e deviazione quadratica media. Errori e propagazione degli errori. Grandezze fisiche, definizione operativa. Sistemi di riferimento. Punto materiale: validità delle approssimazioni. Cinematica del punto: moto rettilineo, velocità ed accelerazione nel moto rettilineo. Moto nel piano, posizione, velocità ed accelerazione. Moti relativi e invarianza galileiana.Applicazioni ed esercizi. Dinamica del punto: principio d'inerzia, concetto di forza e sua definizione operativa. Leggi di Newton. Quantità di moto e impulso. Classificazione delle forze. Forza peso, reazioni vincolari, forza di attrito radente, forza elastica, tensione dei fili. Il ruolo della forza centripeta. Forze apparenti. Piano inclinato. Applicazioni. Lavoro di una forza: esempi di calcolo per la forza peso, la forza elastica, la forza d'attrito radente. Campi di forze. Forze conservative. Energia potenziale. Energia cinetica. Energia meccanica e conservazione dell'energia meccanica. Teorema del lavoro e dell'energia cinetica. Oscillatore armonico e pendolo semplice. Energia dell'oscillatore armonico. Momento di una forza rispetto ad un polo. Momento della quantità di moto. Urti tra punti materiali: urto elastico, urto completamente anelastico. Statica dei corpi rigidi. Pressione e densità. Statica dei fluidi, leggi di Stevino e di Pascal. Principio di Archimede. Dinamica dei fluidi. Equazione di continuità. Teorema di Bernoulli e applicazioni. Fluidi viscosi. Fenomeni di superficie e di capillarità. Turbolenza.
Seconda parte:
Sistemi e stati termodinamici. Equilibrio termodinamico. Temperatura, termometri. Lavoro e calore. Primo principio della termodinamica. Energia interna. Trasformazioni termodinamiche. Calorimetria. Calori specifici. Gas ideali e reali. Equazione di stato dei gas ideali. Energia interna del gas ideale. Trasformazioni adiabatiche, isoterme, isocore e isobare. Trasformazioni cicliche. Secondo principio della termodinamica. Ciclo di Carnot. Entropia. Potenziali termodinamici. Entalpia e Energia libera. Teoria cinetica dei gas. Entropia e disordine.

Italian

The module is splitted in two sections.
We begin by defining what a Physical Quantity is, and the Units of Measurement plus uncertainties. These definitions form the basis to understand all the following sections. The first part of the module focuses on Mechanics, which is divided into the following subsections: Kinematics, Dynamics, Work and Energy, and Fluid Mechanics.
The second part of the Module focuses on Thermodynamics, preceded by elements of Thermometry and Calorimetry. This section is composed by the following subsections: first, second and third law of thermodynamics, ideal gas law, kinetic theory of gases

Recommended textbook:
1. Serway R.A., Jewett J.W., Physics for Scientists and Engineers with Modern Physics, Brooks/Cole Cengage learning
Learning resources:
1. Elementi di Fisica I, Mazzoldi-Nigro-Voci, EdiSES.
2. Physics problems, Gordon-McGrew- Serway-Jewett, EdiSES

By the end of the course, students will acquire (Dublin Descriptor 1) the fundamental knowledge of the mechanics of point particles, systems of particles and rigid bodies, and of fluid mechanics. They will also be expected to have an in-depth understanding of the conservation principles in physics, of force fields and their specific properties, and of elementary models for treating complex physical systems.
Building on this knowledge, the main skills acquired — both in terms of the ability to apply the knowledge gained (Dublin Descriptor 2) and the autonomy of judgement needed to adopt the most appropriate approach (Dublin Descriptor 3) — will consist of:
the ability to model physical phenomena, including complex ones;
proficiency in solving exercises and problems;
the ability to independently develop simple derivations, based on the extension and application of the knowledge acquired.
Students will be able to present the fundamental concepts of mechanics and the results obtained in problem solving in a clear and well-organized manner, correctly using the basic terminology and mathematical formalism of the discipline. They will also be able to explain the logical procedure followed in solving an exercise, justifying the simplifying assumptions adopted (Dublin Descriptor 4).
Students will have developed a study method based on the quantitative approach typical of physics, enabling them to independently tackle further basic tools (mathematical and physical) required by subsequent courses in their degree programme, as well as to apply the concepts of mechanics and fluid mechanics to the analysis of simple systems and phenomena of environmental relevance (Dublin Descriptor 5).

Basic mathematics, trigonometry, elementary and analytic geometry. Familiarity with elementary techniques of integration and differentiation is also useful.
Knowledge of all the mathematical techniques listed above, together with the ability to apply them effectively, is an essential prerequisite for successfully following the course.

The course is organized as lectures. A total of 72 hours of lectures are scheduled, divided equally between the two parts of the course. Each lecture typically lasts 2 hours. At the end of each thematically coherent block of lectures, classroom sessions are held for numerical exercises, conducted by the lecturer or by a tutor, consisting of problem solving. In addition, 2 written "in itinere" (mid-term) tests are administered (1 for each part of the course) for assessment and self-assessment purposes.
All lectures are recorded and made available, together with the remaining course materials (slides, exercises, etc.), on the course's Microsoft Teams platform.

Student learning is assessed on an ongoing basis throughout the course. Specifically, students are given 2 written "in itinere" (mid-term) tests, to be taken at the end of specific thematically coherent blocks of lectures. The purpose is twofold: on the one hand, to provide a partial assessment of the student's learning progress on the topics covered in the relevant block; on the other, to offer students a tool for self-assessing their own level of preparation. Although limited, in content, to the specific thematic block, each "in itinere" test mirrors, in its structure, the first written examination (see below) and consists of solving 2 open-ended problems. Students who obtain an overall positive result (average >18/30) across the 2 "in itinere" tests may, if they wish, be exempted from taking the first final written test (P1, see below).
Assessment of learning in the Physics course (examination) requires passing two compulsory tests: the first, written (P1), consists of solving 3 open-ended problems, to be completed within a total of 3 hours; the second, oral (P2), consists of a discussion of at least 3 topics covering the whole course, including simple theoretical derivations. The duration of the second test varies (from 20 to 60 minutes). Students are admitted to the second test (P2) only after passing the first (P1). Students who, as a result of the "in itinere" assessment, have been exempted from the final written test P1 may either retake it or proceed directly to the oral test P2. Tests P1 and P2 are designed to assess: i) the ability to understand the problems addressed during the course; ii) the ability to correctly apply theoretical knowledge (Dublin Descriptor 2); iii) the ability to formulate, with autonomy of judgement, appropriate observations on possible alternative modelling approaches (Dublin Descriptor 3); iv) the ability to communicate effectively and appropriately in written form (Dublin Descriptor 4).
The final grade (out of 30) is the average of the grades obtained in P1 and P2. It represents the student's overall result for the Physics course.

Part One: 
Introduction to the representation of experimental data. Mean value. Measurement uncertainty. Deviation from the mean. Mean deviation and root-mean-square (standard) deviation. Errors and error propagation. Physical quantities, operational definition. Reference frames. Material point: validity of approximations. Kinematics of a point particle: rectilinear motion, velocity and acceleration in rectilinear motion. Motion in a plane: position, velocity and acceleration. Relative motion and Galilean invariance. Applications and exercises. Dynamics of a point particle: principle of inertia, the concept of force and its operational definition. Newton's laws. Momentum and impulse. Classification of forces. Weight force, constraint reactions, sliding friction force, elastic force, tension in strings. The role of centripetal force. Apparent (fictitious) forces. Inclined plane. Applications. Work done by a force: example calculations for the weight force, the elastic force, and the sliding friction force. Force fields. Conservative forces. Potential energy. Kinetic energy. Mechanical energy and conservation of mechanical energy. Work-energy theorem. Simple harmonic oscillator and simple pendulum. Energy of the harmonic oscillator. Torque (moment of a force) about a pole. Angular momentum. Collisions between point particles: elastic collision, perfectly inelastic collision. Statics of rigid bodies. Pressure and density. Fluid statics: Stevin's law and Pascal's law. Archimedes' principle. Fluid dynamics. Continuity equation. Bernoulli's theorem and applications. Viscous fluids. Surface and capillary phenomena. Turbulence.
Part Two: 
Thermodynamic systems and states. Thermodynamic equilibrium. Temperature, thermometers. Work and heat. First law of thermodynamics. Internal energy. Thermodynamic transformations (processes). Calorimetry. Specific heats. Ideal and real gases. Ideal gas equation of state. Internal energy of an ideal gas. Adiabatic, isothermal, isochoric and isobaric transformations. Cyclic transformations. Second law of thermodynamics. Carnot cycle. Entropy. Thermodynamic potentials. Enthalpy and free energy. Kinetic theory of gases. Entropy and disorder.