ITALIANO

Il corso si suddivide in due parti.
Nella prima si introdurranno i concetti di grandezze fisiche, misure ed errori, cinematica e dinamica del punto e dei sistemi di punti, meccanica dei corpi rigidi, energia e lavoro, oscillatore armonico, principi di conservazione dell'energia e meccanica dei fluidi.
Nella seconda parte, si affronteranno i concetti fondamentali di temodinamica, quelli relativi al campo ed al potenziale elettrostatico. Il lavoro elettrico, la legge di Gauss, i conduttori, i dielettrici, la corrente ed i circuiti elettrici, il campo magnetico e la forza magnetica, le sorgenti del campo magnetico, la legge di Ampere, i campi elettrici e magnetici variabili nel tempo. Il corso si concluderà con le leggi dell'ottica geometrica.

Principale: "Principi di Fisica" di Serway e Jewett, EdiSES.
Altri: Elementi di Fisica I, Mazzoldi-Nigro-Voci, EdiSES.
Elementi di Fisica II, Elettromagnetismo e Onde. Mazzoldi-Nigro-Voci. 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, di meccanica dei fluidi, dei principi fondamentali dell'elettromagnetismo e della loro sintesi nelle equazioni di Maxwell a partire dalla osservazione dei fenomeni elettromagnetici naturali. Lo studente dovrà possedere conoscenze approfondite sui principi di conservazione in fisica, sui campi di forze e loro specifiche proprietà e sui modelli elementari di trattazione dei sistemi fisici complessi.
Dall'insieme di queste conoscenze, le principali abilità acquisite (capacità di applicare le conoscenze acquisite, Descrittore di Dublino 2, e di adottare con autonomia di giudizio l’opportuno approccio, Descrittore di Dublino 3) consisteranno nella capacita' di modellizzare fenomeni fisici anche complessi, abilità nell'esecuzione di esercizi e problemi e capacità di sviluppare autonomamente semplici dimostrazioni basate sull'estensione e l'applicazione delle conoscenze acquisite.

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 96 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 4 prove scritte "in itinere" (2 per ciascuna parte del corso) per valutazione e autovalutazione.

La valutazione del livello di apprendimento dello studente è effettuata in modo costante durante il corso. Vengono infatti somministrate agli studenti 4 prove scritte "in itinere" da effettuarsi al termine di specifici cicli di lezioni tematicamente coerenti. La finalità è la verifica parziale del livello di apprendimento raggiunto dallo studente sui temi del ciclo specifico offrendo, al tempo stesso, allo studente uno strumento di auto-valutazione rispetto al proprio grado di preparazione. Ogni prova "in itinere", anche se limitata come contenuti allo specifico ciclo tematico, simula nella struttura la prima prova scritta oggetto dell'esame e consiste nella soluzione di 3/4 problemi a risposta aperta. Gli studenti che abbiano riportato una valutazione complessiva positiva (>18/30) delle 4 prove "in itinere" possono, se lo desiderano, essere esonerati dallo svolgimento della prima prova scritta finale (P1).
La verifica dell'apprendimento del corso di Fisica (esame) prevede il superamento di due prove obbligatorie, la prima srcitta (P1) che prevede la soluzione di 4/5 problemi a risposta aperta da svolgere complessivamente in 2/2,5 ore, e la seconda orale (P2) consistente nella discussione di almeno 3 argomenti riguardanti l'intero corso e 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 o 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 in 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.

La frequenza alle lezioni e alle esercitazioni in aula, anche se non obbligatoria, è fortemente consigliata.

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. Meccanica dei sistemi di punti: forze interne e forze esterne, centro di massa. Quantità di moto e conservazione della quantità di moto: esempi ed applicazioni. Momento angolare e momento di una forza. Teorema del momento angolare. Conservazione del momento angolare. Sistema di riferimento del centro di massa. Teorema di Koenig. Urti tra punti materiali: urto elastico, urto completamente anelastico. Dinamica del corpo rigido: definizione e proprietà. Moto di un corpo rigido. Rotazioni rigide attorno ad un asse fisso. Momento d'inerzia. Teorema di Huygens-Steiner. Pendolo composto. Moto di puro rotolamento. 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.
Cariche elettriche. Struttura elettrica della materia, materiali isolanti e conduttori. La legge di Coulomb. Il Campo elettrostatico prodotto da distribuzioni discrete o continue di cariche. Linee di forza del campo elettrostatico. Moto di una carica in un campo elettrostatico. Lavoro della forza elettrica. Potenziale elettrostatico. Energia potenziale elettrostatica. Campo come gradiente del potenziale. Superfici equipotenziali. Rotore del campo elettrostatico. Dipolo elettrico: forza e momento torcente su un dipolo elettrico. Flusso del campo elettrostatico, legge di Gauss e sue applicazioni. Divergenza del campo elettrostatico. Conduttori in equilibrio. Schermo elettrostatico. Condensatori. Collegamento di condensatori. Energia del campo elettrostatico. Polarizzazione elettrica, dielettrici e costante dielettrica. Equazioni generali della elettrostatica in presenza di dielettrici. Conduzione elettrica. Corrente elettrica stazionaria. Legge di Ohm. Modello classico della conduzione. Resistori in serie e in parallelo. Forza elettromotrice. Legge di Ohm generalizzata. Carica e scarica di un condensatore. Corrente di spostamento. Leggi di Kirchhoff. Interazione magnetica e campo magnetico. Elettricità e magnetismo. Forza magnetica su una carica in moto e su un conduttore percorso da corrente. Momenti meccanici su circuiti piani. Effetto Hall. Moto di particelle cariche in un campo magnetico. Campo magnetico prodotto da circuiti percorsi da corrente. Azioni elettrodinamiche tra fili percorsi da corrente. Legge di Ampère. Proprietà magnetiche della materia. Magnetizzazione e correnti amperiane. Legge di Gauss per il campo magnetico. Equazioni della magnetostatica in presenza di mezzi magnetizzati. Induzione elettromagnetica, forza elettromotrice indotta, legge di Faraday e sue applicazioni. Autoinduzione e mutua induzione. Legge di Ampère-Maxwell. Le equazioni di Maxwell in forma differenziale.
Ottica geometrica. leggi della riflessione e della rifrazione.

Italian

The module is divided in two sections.
We begin by defining what a Physical Quantity is, and the Units of Measurement and uncertainty. 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, and Electromagnetism. This section is composed by the following subsections: Electrostatics, Electric current, Magnetostatics and Electromagnetic Induction. The module will end by providing elements of geometrical optics.

Reccommended textbook: Serway R.A., Jewett J.W., Physics for Scientists and Engineers with Modern Physics, Brooks/Cole Cengage learning
Learning resources: Elementi di Fisica I, Mazzoldi-Nigro-Voci, EdiSES.
Elementi di Fisica II, Elettromagnetismo e Onde. Mazzoldi-Nigro-Voci. EdiSES.

This module provides basic knowledge and understanding (Dublin descriptor 1) of the laws of Physics, including mechanics, fluid static and fluid dynamics, and the basic principles of electromagnetism, including Maxwell equations. Particular emphasis is given to the sections, which will help students with the following, more specialised modules, such as Mechanics for Building Science (year 2), Electromagnetism for Electrical Engineering (year 2) and Fluid Dynamics for Hydraulic Constructions (year 3).
Important objectives of this module are to teach students how to solve physics problems (Dublin descriptor 2: applying knowledge and understanding) and how to model physical phenomena by choosing the right approach through independent thinking (Dublin descriptor 3: making judgments).

Basic mathematic, trigonometry, basic geometry and analytic geometry; integral and derivative calculus, are all strictly needed to successfully complete the module.

The module consists of traditional lectures, practicals, as well as midterm exams. There are 96 hours of lectures, equally divided between the two sections of the module. Each lecture lasts for 2 hours. Practicals are meant to provide examples on how to solve physics problems. There are 4 midterm exams (2 for each section of the module) to help students keep track of their understanding and help the module leaders calibrate the explanation of each topic.

The level of understanding of students is tested throughout the module. There are 4 written midterm exams. Midterm exams are meant to provide students with the possibility to show an ongoing understanding of the topics, and the ability to solve problems related to the specific subjects studied. Midterm exams will pertain only the topics discussed during the lessons preceding the exams. Therefore, they should be regarded as a way to help the student deal with a subset of topics only. Each midterm exam consists of 3/4 problems of physics. Students achieving a positive outcome (>18/30) in all 4 midterm exams can be exempted from the final exam, if they wish.
To successfully complete the module, a student must pass 2 exams: a written test consisting of 4/5 problems (to be solved within 2/2.5 hours) and an oral test where the student must show a good understanding of at least 3 topics discussed during the lectures (duration of the oral test is between 20 and 60 minutes). The student must pass the written test to be admitted to the oral test. Any student who has been exempted from the final written test can decide to either take the written test or take the final oral test.
The written and oral final tests aim to evaluate i) students' knowledge and understanding (Dublin descriptor 1), ii) students' ability to apply their knowledge (Dublin descriptor 2), iii) the students' capacity of independently choose between different solutions to solve physics problems (Dublin descriptor 3), iv) the students' communication skills (Dublin descriptor 4).
The final score (out of 30 point max) is the average of the score of the written test and that of the oral test. This is also the final mark.

The students are strongly encouraged to follow all lectures and engage with the topics and the module leaders.

Section 1:
Introduction to data representation. Average. Uncertainty of measurements. Standard deviation, variance and standard error. Propagation of uncertainty.
Physical quantities and their operational definition. Fundamental and derived quantities. Scalar and vector quantities. Dimensional formula. Unit of measurement. International System of units.
Definition of point particle. Reference frame. One- and two-dimensional motion. Velocity and acceleration. Uniform and non uniform linear motion. Problems.
Force and mass. Fundamental interactions. Inertial frame of reference. Newton’s laws. Weight. Applications of Newton’s laws to different kinds of forces, such as friction and elastic forces, tension. Linear momentum. Elastic force. Harmonic oscillator. Examples
Work done by a constant and by a variable force. Dot product. Elastic force. Potential energy and conservative forces. Work-energy theorem. Power. Conservation of mechanical energy. Conservative and non-conservative forces. Analysis Model: Non-isolated System. Analysis Model: Isolated System. Pendulum as a harmonic oscillator. Energy balance of a harmonic oscillator.
System of particles. Momentum. Internal and external forces. Centre of mass. Conservation of momentum. Elastic and inelastic collision. Koenig’s theorem. Rotational dynamics. Torque and cross product. Angular momentum and momentum of a force. Moment of inertia. Second equation of Newton for extended systems. Rotation about a fixed axis. Angular Position, Velocity, and Acceleration. Analysis Model: Rigid Object Under Constant. Angular Acceleration. Torque. Analysis Model: Rigid Object Under a Net Torque. Calculation of Moments of Inertia. Rotational Kinetic Energy. Energy Considerations in Rotational Motion. Energy Considerations in Rotational Motion. The Vector Product and Torque.
Pressure. Variation of Pressure with Depth. Pressure Measurements. Buoyant Forces and Archimedes’s Principle. Fluid Dynamics. Bernoulli’s Equation. Other Applications of Fluid Dynamics.
Section 2:
Temperature. Zeroth law of thermodynamics. Thermometers. Thermal expansion. Ideal gas law. Kinetic theory of gases. Heat, thermal energy and internal energy. Specific heat capacity and thermal capacity. Latent heat and phase change. First law of thermodynamics. Heat engines and second principle of thermodynamics. Reversible and irreversible processes. Carnot cycle. Absolute temperature scale. Carnot’s theorem. Van der Waals equation. Clausius theorem. Entropy and third law of thermodynamics. Carnot heat engine. Heat pump and refrigerator. Change in entropy of irreversible processes.
Electric charge. Coulomb’s law. The electric field. Gauss’s law. Electrical potential energy. Electric potential. Deriving the field from the potential. Properties of Electric Charges. Charging Objects by Induction. Analysis Model: Particle in a Field (Electric). Electric Field of a Continuous Charge Distribution. Electric Field Lines. Motion of a Charged Particle in a Uniform Electric Field.
Electric Flux. Gauss’s Law. Application of Gauss’s Law to Various Charge Distributions. Conductors in Electrostatic Equilibrium. Electric Potential and Potential Difference. Potential Difference in a Uniform Electric Field. Electric Potential and Potential Energy Due to Point Charges. Obtaining the Value of the Electric Field from the Electric Potential. Electric Potential Due to Continuous Charge Distributions. Electric Potential Due to a Charged Conductor. Definition of Capacitance. Calculating Capacitance. Combinations of Capacitors. Energy Stored in a Charged Capacitor. Capacitors with Dielectrics. Electric Dipole in an Electric Field.
Electric Current. Resistance. A Model for Electrical Conduction. Resistance and Temperature. Superconductors. Electrical Power. Electromotive Force. Resistors in Series and Parallel. Kirchhoff’s Rules.
Analysis Model: Particle in a Field (Magnetic). Motion of a Charged Particle in a Uniform Magnetic Field. Applications Involving Charged Particles Moving in a Magnetic Field. Magnetic Force Acting on a Current-Carrying Conductor. Torque on a Current Loop in a Uniform Magnetic Field. The Hall Effect. The Biot–Savart Law The Magnetic Force Between Two Parallel Conductors. Ampère’s Law. The Magnetic Field of a Solenoid. Gauss’s Law in Magnetism. Magnetism in Matter. Faraday’s Law. Faraday’s Law of Induction. Motional emf. Lenz’s Law. Induced emf and Electric Fields. Generators and Motors. Self-Induction and Inductance. Mutual Inductance. Maxwell’s Equations.
Ray optics. The Nature of Light. Measurements of the Speed of Light. The Ray Approximation in Ray Optics. Analysis Model: Wave Under Reflection. Analysis Model: Wave Under Refraction.