Fisica e laboratorio di informatica per biotecnologie biomolecolari e industriali

PARTE 1

Presentazione del corso. Introduzione ai vettori: somma e prodotto di uno scalare per un vettore. Modulo, prodotto scalare e prodotto vettoriale.Grandezze vettoriali e grandezze scalari. Grandezze fondamentali e derivate. Sistema internazionale. Dimensioni di una grandezza fisica. Moto in una dimensione: legge oraria e suo diagramma. Velocità media e velocità istantanea. Accelerazione media e accelerazione istantanea.Moto a velocità costante e moto ad accelerazione costante. Esempi, applicazioni, esercizi.Moto in due dimensioni. Vettori posizione, velocità e accelerazione. Moto in due dimensioni con accelerazione costante. Moto del proiettile. Gittata e altezza massima di un proiettile. Esercizi.Particella in moto circolare uniforme. Velocità angolare. Accelerazione tangenziale e accelerazione centripeta. Moto vario. Esercizi.

PARTE 2

Esercitazione di laboratorio informatico su "Accelerazione di gravità su un pianeta X". Primi elementi di programmazione su foglio elettronico. Riempimento automatico. Riferimenti assoluti e relativi. Principali funzioni statistiche. Principali tipi di grafici: scatter plot.Principi della Dinamica. Problema fondamentale della dinamica del punto. Applicazioni: piano inclinato, macchina di Atwood.Esercitazione di Laboratorio. Elaborazione dati su foglio elettronico. Uso delle funzioni statistiche. Procedura di regressione lineare. Forze di Attrito. Attrito statico e dinamico. Forze di attrito viscoso. Forza centrifuga. Risoluzione di esercizi.

PARTE 3

Forza di gravitazione universale e approssimazione di forza peso. Definizione di lavoro compiuto da una forza. Lavoro di una forza costante e lavoro di una forza variabile. Energia cinetica. Teorema lavoro-energia. Problemi: pendolo conico, attriti viscosi lineari e quadratici nella velocità. Sedimentazione e centrifugazione. Forza elastica. Forze conservative e non conservative. Energia potenziale. Conservazione dell'energia meccanica per sistemi conservativi. Esercizi. Quantità di moto e sua conservazione. Impulso e quantità di moto. Urti: urto totalmente anelastico e urto elastico in una dimensione. Centro di massa. Moto di un sistema di particelle.

PARTE 4

Momento di una forza. Concetto di corpo rigido e proprietà del centro di massa. Condizioni di equilibrio per un punto materiale. Condizioni di equilibrio per un corpo rigido. Oscillazioni: il moto armonico semplice.Fluidi: definizione di pressione. Legge di Stevino. Legge della portata. Concetto di tubo di flusso e moto laminare. Fluidi ideali: teorema di Bernoulli. Fluidi viscosi: definizione di viscosità. Legge di Poisuielle. Dissipazione di energia meccanica in un fluido viscoso. Forze di trascinamento viscoso. Centrifugazione. esercizi.Coesione e capillarità nei liquidi. Tensione superficiale. Angolo di contatto e capillarità. Legge di Laplace. Molecole tensioattive: il caso del surfattante per i polmoni.

PARTE 5

Temperatura e teoria cinetica dei gas. Temperatura e principio zero della Termodinamica. Termometri e scale di temperatura. Termometro a gas e temperatura assoluta. Gas perfetti. Teoria cinetica dei gas ed equazione di stato dei gas perfetti. Definizione di quantità di calore e calore specifico. Esperimento di Joule ed equivalente meccanico della caloria. Calorimetria. Lavoro termodinamico. Trasformazioni termodinamiche reversibile e irreversibili. Secondo Principio della Termodinamica: enunciati di Kelvin e Clausius. Entropia: definizione termodinamica e definizione statistica. Legge dell'accrescimento dell'entropia. Calcolo della variazione di entropia in transizioni di fase e principali trasformazioni termodinamiche. Ciclo di Carnot e rendimento di una macchina termica. Teorema di Carnot.

PARTE 6

Esercizi e problemi di Termodinamica e Calorimetria. Carica elettrica. Forza di Coulomb. Campo elettrico: definizione, linee di forza, flusso. Teorema di Gauss. Conduttori e isolanti. Campo di un piano carico. Campo in un conduttore. Dipolo elettrostatico dentro un campo elettrico esterno. Momento delle forze ed energia di interazione. Potenziale elettrostatico. Capacita'. Capacita' equivalente serie e parallelo. Condensatore a facce piane e parallele con e senza dielettrico. Mezzi dielettrici e costante dielettrica relativa. Energia immagazzinata in un condensatore carico. Casi notevoli in elettrostatica. Campo di uno strato carico e campo di doppio strato. Campo interno ed esterno di una sfera carica. Energia elettrostatica di distribuzioni di cariche puntiformi. Campo del dipolo sull'asse e perpendicolare all'asse.

PARTE 7

Esercitazione di meccanica del punto e meccanica dei sistemi (Laboratorio Informatico). Corrente elettrica. Resistenza e legge di Ohm. Resistività e sua dipendenza dalla temperatura: conduttori, isolanti e semiconduttori. Energia e potenza elettrica. Potenza dissipata per effetto Joule. Forze elettro-motrici. Resistenza equivalente: resistori in serie e in parallelo. Leggi di Kirchoff e loro applicazioni alla reti lineari. Forza magnetica su una carica in moto. Campo magnetico. Forza magnetica su correnti. Esperienza di Oersted. Teorema di Ampére. Legeg di Biot-Savart e analogie con l'elettrostatica. Dipolo magnetico in un campo magnetico. Spira percorsa da corrente in un campo magnetico esterno. Campo del filo percorso da corrente. Interazioni tra correnti.

PARTE 8

Elaborazione informatica in laboratorio di un caso elettrostatico. Induzione elettro-magnetica: legge di Faraday. Forza elettromotrice dinamica. Legge di Lenz. Forze elettromotrici indotte e campi elettrici: casi notevoli. orrente di spostamento e teorema di Ampére generalizzato. Equazioni di Maxwell. Onde elettromagnetiche. Soluzioni di onda piana. Principali caratteristiche delle onde elettromagnetiche. Trasversalità , polarizzazione. Cenni sulle onde sferiche.

PARTE 9

Velocità di propagazione e indice di rifrazione. Legge della riflessione. Legge di Snell della rifrazione della luce. Riflessione totale: applicazione alla fibre ottiche. Interfrenza della luce (onde piane) e cenni sul concetto di radiazione coerente. Approssimazione di ottica geometrica. Specchi sferici. Lenti sottili in approssimazione parassiale. Lenti convergenti e divergenti. Costruzione dell'immagine per raggi notevoli. Legge dei punti coniugati. Ingrandimento. Esercitazione su test e problemi riguardanti tutto il corso.