ITALIANO

Il corso di Fisica e Statistica da 9 CFU, è suddiviso in due parti: una di Fisica da 6 CFU e l'altra parte di Statistica ed elaborazione dati da 3 CFU.
Lo studente acquisirà familiarità e conoscenza con argomenti concernenti la teoria degli errori, la cinematica e la dinamica del punto materiale, la statica e la dinamica dei fluidi, la termodinamica e l’elettromagnetismo classico. Argomenti principali trattati saranno: metodo scientifico e calcolo vettoriale; cinematica e dinamica del punto materiale; leggi delle forze; fluidodinamica; termodinamica; campi elettrico e magnetico

1) "Principi di Fiisca per indirizzo biomedico e farmaceutico" Autori: F. Borsa e A. Lascialfari. EdiSES
2) "Principi di Fisica" Autori: Serway Jewett. EdiSES
Per la parte di Statistica ed Esercitazioni di Laboratorio:
1) "Elaborazione statistica dei dati sperimentali" Autori: G. Filatrella e P. Romano. EdiSES
2) "Introduzione all’analisi degli errori" Autore: J. R Taylor. Zanichelli

Conoscenze: Approfondimento delle leggi fondamentali della fisica, allo scopo di acquisire competenze teoriche e operative nell’ambito delle sue applicazioni in campo biologico. Apprendimento delle caratteristiche degli strumenti di misura, valutazione, presentazione e discussione di dati sperimentali attraverso opportune esercitazioni di laboratorio che verterenno sugli argomenti teorici trattati nel corso.

Capacità: Al termine del corso, lo studente conoscerà le leggi fondamentali della meccanica classica, della termodinamica, dell'elettromagnetismo e le metodologie che portano alla soluzione di problemi che riguardano fenomeni meccanici, termici ed elettromagnetici. In particolare, lo studente sarà in grado di: - definire le grandezze utilizzate per descrivere i fenomeni fisici fondamentali, e le loro unità di misura; - interpretare le leggi che governano tali fenomeni; - risolvere problemi concernenti fenomeni di natura meccanica, termica e di elettrodinamica classica di base.

Competenze Trasversali: Abilità ed autonomia nella risoluzione di problemi. Lo studente avrà imparato a ragionare criticamente e saprà applicare le nozioni di fisica di base a problemi più complessi che affronterà nei suoi successivi studi. Grazie alla pratica in laboratorio acquisire lo studente acquisirà la consapevolezza dell’importanza della sicurezza in un qualsiasi laboratorio di ricerca.

Matematica di base: trigonometria, calcolo differenziale ed integrale.

Il corso è organizzato nel modo seguente: 6 ore settimanali di lezioni frontali in aula, per un totale di 72 ore su tutto il semetre.
Ogni settimana, 4 riguarderanno la prima parte del corso (ed includeranno anche delle esercitazioni numeriche volte alla compresione degli argoementi tarttati), le altre 2 verteranno sulla parte di teoria della misura. A fine corso, ci saranno 3 esercitazini di laboratorio, da svolgersi presos il laboratorio didattico del Dipartimento, di 3 ore ciascuna (9 ore in totale).
Il corso prevede la frequenza obbligatoria alle attività di laboratorio durante le quali gli studenti lavoreranno in gruppi di tre/quattro componenti. Nelle attività pratiche di laboratorio devono essere seguite scrupolosamente le norme di sicurezza che verranno preliminarmente illustrate al fine di operare in un laboratorio di fisica. Entro 7 gironi dal termine di ciascuna esercitazione, gli studenti dovranno consegnare delle relazioni scritte nelle quali descriveranno l'esperienza fatta, mettendo in pratica i concetti di presentazione ed elaborazione dati che hanno imparato. La frequenza verrà registrata mediante la raccolta delle firme durante le esercitazioni. Lo studente non potrà assentarsi dalle attività di laboratorio per più di 1 volta.

L’esame consiste di una prova scritta alla quale segue una prova orale (obbligatoria solo in alcuni casi, come spiegato nel seguito). Il voto finale è espresso in trentesimi. La prova scritta, della durata di 180 minuti, lo studente dovra risolvere una serie di esercizi numerici a risposta aperta. Il punteggio di ciascun esercizio varia tra 2 e 4 punti, a seconda della difficoltà dello stesso. Lo studente dovra risolvere correttamente un numero di esercizi tale da raggiungere un punteggio maggiore o uguale a 16/30 (ottenuto questo come somma dei punteggi nei singoli esercizi). Il numero di esercizi proposti è tale che il massimo voto raggiungibile è ben superiore a 30/30. In pratica lo studente potrà scegliere gli esercizi che ritiene per lui più fattibili. Chi, alla prova scritta, ottiene votazione maggiore o uguale a 18/30 può sostenere l'esame orale o verbalizzare direttamente il voto conseguito. Chi ottiene 16 o 17/30 deve necessariamente sostenere il colloquio orale.

Il corso è suddiviso in due parti, di 6 e 3 CFU ciascuna. Nella prima (6 CFU) vengono affrontati, dal punto di vista teorico, argomenti riguardanti la meccanica del punto, la termodinamica, l'elettrostatica nel vuoto, la conduzione elettrica, la magnetostatica, l'induzione elettromagnetica arrivando a stabilire le equazioni di Maxwell sotto forma integrale. La seconda parte (di 3 CFU) tratterà la teoria della misura e prevederà tre esperienze di laboratorio su tre degli argomenti trattati nella prima parte.

Prima parte del corso (6 CFU)
Grandezze fisiche: dimensionali e adimensionali, fondamentali e derivate, scalari e vettoriali. Unità di misura di lunghezze, masse e tempo. Vettori e loro componenti. Modulo di un vettore. Prodotto di un vettore per uno scalare. Somma e differenza di due vettori. Prodotto scalare e vettoriale: regola della mano destra.
Cinematica: Punto materiale. Vettore posizione. Velocità media e istantanea. Accelerazione media e istantanea. Legge oraria e relazione con la velocità e l’accelerazione. Moto rettilineo uniforme e uniformemente accelerato. Legge oraria e velocità in funzione del tempo. Accelerazione di gravità. La velocità in funzione dello spostamento in un moto uniformemente accelerato. Moti bidimensionali. Traiettoria e sua equazione parabolica nel moto di un proiettile. Calcolo della gittata.
Dinamica del punto materiale: I tre principi della dinamica Newtoniana. La fenomenologia legata alla loro formulazione. Sistemi di riferimento inerziali. Fenomenologia della forza gravitazionale. Forza peso. Reazioni vincolari. Fenomenologia delle forze di attrito statico e dinamico. Coefficiente di attrito statico e sua determinazione sperimentale. Applicazioni del secondo principio della dinamica a casi in cui ci sono forze di attrito e reazioni che vincolano i punti a muoversi su piani orizzontali e inclinati. Condizioni di equilibrio per un punto materiale. Moto circolare: raggio vettore, velocità angolare, velocità istantanea e accelerazione centripeta. Forza centripeta. Moto circolare uniforme e vario: accelerazione tangenziale. Energia cinetica di un punto materiale. Lavoro di una forza costante e sua unità di misura. Teorema delle forze vive. Lavoro di una forza variabile. Lavoro compiuto dalla forza peso e sua indipendenza dal cammino percorso. Forze conservative ed energia potenziale. Conservazione dell’energia meccanica in assenza di forze dissipative. Applicazione della conservazione dell’energia meccanica. Il giro della
morte: reazioni vincolari, energia cinetica e forza centripeta coinvolte. Fenomenologia delle forze elastiche. Legge di Hooke. Applicazione del teorema delle forze vive nel caso di forze elastiche ed energia potenziale elastica. Derivazione della legge oraria per un punto materiale soggetto a una forza elastica.
Statica e dinamica dei fluidi: Definizione di densità e pressione per un fluido. Loro unità di misura nel sistema internazionale e unità convenzionali. Legge di Stevino. Barometro di Torricelli. Principio di Pascal. Pressa idraulica. Principio di Archimede. Condizioni di galleggiamento di un corpo in un fluido. Definizione di fluido perfetto: irrotazionalità, incomprimibilità, moto laminare e viscosità. Linee di flusso. Equazione di continuità per un tubo di flusso. Teorema di Bernoulli e sua derivazione. Effetto Venturi. Portanza. Fluidi viscosi, legge di Poiseuille, numero di Reynolds. Sistema circolatorio e pressione arteriosa.
Termodinamica
Sistemi termodinamici. Energia interna. Stati di aggregazione. Trasporto di energia. Principio zero. Termometri. Gas perfetto. Scale termodinamiche. Equazioni di stato. Espansione. Calore. Capacità termica e calore specifico. Calorimetri. Passaggio di stato. Esperienza Joule. Il primo principio della termodinamica. Piano Clapeyron. Energia interna di gas perfetti. Isoterme. Calore molare specifico. Trasformazioni Adiabatiche. Conversione di energia. Secondo principio della termodinamica. Equivalenze tra i due enunciati di Clausus e Kelvin. Processi reversibili e macchine termiche. . Macchina refrigerante. Ciclo di Carnot. Temperatura termodinamica assoluta. Entropia. Entropia dell'universo.
Elettrostatica nel vuoto: Fenomenologia delle forze elettriche. Forza di Coulomb. Conduttori e isolanti. Campo elettrico creato da un singolacarica e principio di sovrapposizione. Campo elettrico creato da un sistema di cariche. Campo di un dipolo. Campo elettrico prodotto da una distribuzione di carica uniforme a forma di anello e di disco. Flusso del campo elettrico attraverso una superficiechiusa. Teorema di Gauss. Campo elettrico prodotto da una distribuzione uniforme di carica filiforme indefinita. Campo prodotto da una distribuzione di carica piana indefinita e uniforme. Caso di due lastre piane e parallele con densità speculare. Campo prodotto da una sfera uniformemente carica. Condensatori. Capacità di un condensatore piano, cilindrico e sferico. Calcolo del lavoro delle forze elettriche e sua indipendenza dal cammino: energia potenziale elettrostatica. Resistenza di un tratto di circuito. Legge di Ohm. Principi di Kirchhoff. Equivalente di resistenze in serie e in parallelo. Forza elettromotrice. Campo magnetico. Forza di Lorentz. Moto di una carica in un campo magnetico. Campo magnetico di un filo e di una spira percorso da corrente. Flusso magnetico. Legge di induzione di Faraday-Neuman. Legge di Lenz.

Seconda parte (3 CFU)
Variabili casuali discrete, continue e nominali. Grandezze fisiche fondamentali e derivate. Valore vero di una grandezza fisica, incertezze ed errori di misura. Errori sistematici e casuali. Strumenti di misura: intervallo di funzionamento, prontezza, sensibilità, risoluzione, precisione e accuratezza. Errori casuali massimi e statistici. Indici di posizione: semisomma dei valori lontani, media, mediana e moda. Indici di dispersione: semidifferenza dei valori lontani, scarto quadratico medio. Cifre significative ed errore relativo. Propagazione degli errori massimi. Propagazione degli errori statistici. Errore sulla media. Istogrammi a barre ed istogrammi ad intervalli. Grafici di due variabili. Definizioni classica e sperimentale della probabilità. Distribuzioni di probabilità discrete e continue. Valor medio e varianza delle distribuzioni di probabilità. Distribuzioni di probabilità binomiale e poissoniana. Distribuzione di probabilità gaussiana: proprietà ed integrale normale degli errori. Metodo dei minimi quadrati. Uso di un computer con sistema operativo Windows. Il programma Microsoft Excel: cosa è e cosa fa un foglio elettronico; come creare una tabella di risultati sperimentali; come elaborare i dati sperimentali; come scrivere una formula.I grafici: varie tipologie di grafici; come creare un grafico; integrazione delle applicazioni Office; retta di regressione lineare (minimi quadrati); interpolazione grafica;esercizi.
Esperienze di laboratorio Prima esperienza: misura di densità di diversi materiali solidi utizzando calibro e picnometro. Seconda esperienza: misura dell'equivalente meccanico della caloria. Terza esperienza: misura della resistenza di un conduttore con metodo volt-amperometrico.

Italian

Kinematics and dynamics of a material point, fluid statics and dynamics, thermodynamics and electromagnetic field

1) "Principi di Fiisca per indirizzo biomedico e farmaceutico" Autori: F. Borsa e A. Lascialfari. EdiSES
2) "Principi di Fisica" Autori: Serway Jewett. EdiSES
For laboratory test
1) "Elaborazione statistica dei dati sperimentali" Autori: G. Filatrella e P. Romano. EdiSES
2) "Introduzione all’analisi degli errori" Autore: J. R Taylor. Zanichelli

Knowledge: Deepening of the fundamental laws of physics, in order to acquire theoretical and operational skills in the context of its applications in the biological research. Learning of the characteristics of measurement tools, evaluation, presentation and discussion of experimental data through appropriate laboratory exercises that focus on the theoretical topics covered in the course.

Capacity: At the end of the course, the student will know the fundamental laws of classical mechanics, thermodynamics, electromagnetism and the methods that lead to the solution of problems concerning mechanical, thermal and electromagnetic phenomena. In particular, the student will be able to: - define the quantities used to describe the fundamental physical phenomena, and their units of measurement; - interpret the laws that govern these phenomena; - solve problems concerning phenomena of mechanical, thermal and classical basic electrodynamics.

Transversal skills: Ability and autonomy in solving problems. The student will have learned to reason critically and will be able to apply the concepts of basic physics to more complex problems that he will face in his subsequent studies. Thanks to the practice in the laboratory, the student will acquire the awareness of the importance of safety in any research laboratory.

Basic mathematics: trigonometry, differential and integral calculus.

The course is organized as follows: 6 hours of classroom lectures per week, for a total of 72 hours throughout the semester.
Each week, 4 will cover the first part of the course (and will also include numerical exercises aimed at understanding the subjected elements), the other 2 will focus on the part of the theory of measurement. At the end of the course, there will be 3 laboratory exercises, to be held before the didactic laboratory of the Department, of 3 hours each (9 hours in total).
The course includes compulsory attendance at laboratory activities during which students will work in groups of three / four components. In practical laboratory activities the safety standards must be scrupulously followed and will be preliminarily illustrated in order to operate in a physics laboratory. Within 7 days from the end of each exercise, students will have to submit written reports describing their experience, putting into practice the concepts of presentation and data processing they have learned. Attendance will be recorded by collecting signatures during exercises. The student cannot be absent from the laboratory activities for more than 1 time.

The exam consists of a written test followed by an oral test (compulsory only in some cases, as explained below). The final grade is expressed in thirtieths. The written test, lasting 180 minutes, the student will have to solve a series of numerical exercises with open answers. The score of each exercise varies between 2 and 4 points, depending on its difficulty. The student will have to correctly solve a number of exercises such as to reach a score greater than or equal to 16/30 (obtained this as the sum of the scores in the individual exercises). The number of proposed exercises is such that the maximum achievable score is well above 30/30. In practice, the student can choose the exercises that he considers most feasible for him. Anyone who obtains a grade higher than or equal to 18/30 on the written test can take the oral exam or directly record the grade obtained. Those who get 16 or 17/30 must necessarily take the oral exam

The course is divided into two parts, 6 and 3 CFU each. In the first one (6 CFU), from a theoretical point of view, topics concerning point mechanics, thermodynamics, electrostatics in a vacuum, electric conduction, magnetostatics, electromagnetic induction are dealt with, establishing the Maxwell equations below integral form. The second part (of 3 CFU) will deal with the theory of measurement and will include three laboratory experiences on three of the topics covered in the first part.

First part (6CFU)
Mechanics of the material point
The scientific method. Physical quantities and their dimensions. Orders of magnitude. Scalar and vector quantities. Operations with the carriers. Material point. Trajectory. Speed. Acceleration. One-dimensional motions. Naturally accelerated motion. Uniform circular motion. Parabolic motion. Inertial systems. Forces and their measure. Mass. The principles of dynamics. Dynamics of curvilinear motion. Real and fictitious forces. Theorem of momentum. Isolated systems. Conservation of momentum. Moment of a force with respect to a point and an axis. Angular momentum. Theorem of angular momentum. Rigid bodies rotating around an axis. Moment of inertia. Center of mass. Levers. Work and energy; gravitational, electrical, elastic, frictional forces. Work of a force. Theorem of kinetic energy. Power. Conservative forces. Energy conservation. Elastic bodies and Hooke's law. Gravitational field.
Fluid mechanics
Pressure, density, specific weight. Liquids and aeriforms. Pascal's principle. Stevino's law. Principle of Archimedes and applications. Pressure measurements. Flow lines. Vector field. Continuity equation. Bernoulli's theorem and applications. Real liquids. Poiseuille scheme. Hagen-Poiseuille's law. Sedimentation. Centrifugation. Blood pressure. Thermodynamics
Thermodynamic systems. Internal energy. Aggregation states. Energy transport. Zero principle. Thermometers. Perfect gas. Thermodynamic stairs. Equations of state. Expansion. Heat. Specific heat and thermal capacity. Calorimeters. State steps. Joule experience. The first principle of thermynamics. Clapeyron plan. Internal energy of perfect gases. Isotherms. Specific molar heat. Adiabatic. Energy conversion. Statements of the second principle of thermodynamics. Equivalences between the two statements. Reversible processes and thermal machines. Yield. Refrigerating machine. Carnot cycle. Absolute thermodynamic temperature. Entropy. Entropy of the universe.
Electricity and magnetism
Phenomenology. Insulators and conductors. Conservation of the charge. Electric field. Coulomb's law. Electrostatic potential. Gauss's law and applications. Capacitance and capacitors. Energy of the electric field. Electric dipole. Electric current. Resistance and resistivity. Ohm's law. Resistors in series and in parallel. Ammeter. Voltmeter. Ohmmeter. Electromotive force. Magnetic field. Lorentz force. Motion of a charge in a magnetic field. Magnetic field of a current-driven wire and coil.
Faraday-Neumann induction law. Lenz's law.

Second part (3 CFU)
Discrete, continuous and nominal random variables. Fundamental and derived physical quantities. True value of a physical quantity, uncertainties and measurement errors. Systematic and random errors. Measurement tools: operating range, readiness, sensitivity, resolution, precision and accuracy. Maximum random and statistical errors. Position indexes: semi-sum of distant values, average, median and fashion. Indexes of dispersion: semi-difference of distant values, standard deviation. Significant figures and relative error. Propagation of maximum errors. Propagation of statistical errors. Error on the media. Bar histograms and interval histograms. Graphs of two variables. Classical and experimental definitions of probability. Discrete and continuous probability distributions. Average value and variance of probability distributions. Binomial and Poissonian probability distributions. Gaussian probability distribution: properties and normal integral of errors. Least squares method. Using a computer with a Windows operating system. The Microsoft Excel program: what is and what does a spreadsheet do; how to create a table of experimental results; how to process experimental data; how to write a formula. Graphs: various types of graphs; how to create a chart; Office application integration; linear regression line (least squares); graphic interpolation; exercises.
Laboratory experience First experience: density measurement of different solid materials using caliber and pycnometer. Second experience: measurement of the mechanical equivalent of the calorie. Third experience: measurement of the resistance of a conductor with volt-amperometric method.