PRINCIPI DI INFORMATICA MATEMATICA E FISICA APPLICATI ALLE BIOTECNOLOGIE 4

Modulo FISICA APPLICATA ALLE BIOTECNOLOGIE

Il corso ha l’obiettivo di fornire allo studente le adeguate conoscenze e capacità di comprensione per:

• saper applicare opportunamente le nozioni riguardanti le grandezze fisiche e l'analisi dimensionale; 

• saper applicare il calcolo vettoriale nella risoluzione dei problemi fisici del mondo circostante; 

• saper risolvere quesiti inerenti a problematiche di cinematica, statica e dinamica del punto materiale; 

• saper applicare le conoscenze di fluidostatica e fluidodinamica a problemi reali; 

• saper applicare i concetti fondamentali di termodinamica, quali calore e rendimento di macchine termodinamiche; 

• saper applicare i concetti fondamentali dell’ottica geometrica; saper applicare i concetti fondamentali relativi all'elettromagnetismo

• acquisire le conoscenze di fisica propedeutiche a successivi corsi previsti per il corso di laurea. Inoltre, in riferimento ai cosiddetti Descrittori di Dublino, questo corso contribuisce ad acquisire le seguenti competenze trasversali:

La modalità di insegnamento è generalmente quella più congeniale all'insegnamento di Fisica per il CDL in Biotecnologie. In particolare, la lezione verrà svolta con l'ausilio di slides per approfondimenti su taluni specifici argomenti. Inoltre, verranno utilizzati files multimediali (video e/o audio) per agevolare la comprensione di alcuni argomenti. Al fine di una più solida comprensione degli argomenti proposti verrà proposto lo svolgimento di vari esercizi. Verranno anche presi in considerazione momenti di brainstorming (principalmente per risoluzione di esercizi sottoposti dal docente) e di flipped-classroom in cui gli studenti verranno chiamati direttamente in causa per spiegare o illustrare esercizi o argomenti teorici.

Qualora l'insegnamento venisse impartito in modalità mista o a distanza potranno essere introdotte le necessarie variazioni rispetto a quanto dichiarato in precedenza, al fine di rispettare il programma previsto e riportato nel syllabus.

Informazioni per studenti con disabilità e/o DSA: A garanzia di pari opportunità e nel rispetto delle leggi vigenti, gli studenti interessati possono chiedere un colloquio personale in modo da programmare eventuali misure compensative e/o dispensative, in base agli obiettivi didattici ed alle specifiche esigenze. E' possibile rivolgersi anche al referente CInAP (Centro per l’integrazione Attiva e Partecipata - Servizi per le Disabilità e/o i DSA) del dipartimento.

Obbligatoria

Generalità
Grandezze fisiche; Unità di Misura e S.I.; Fattori di conversione; Cifre significative; Analisi dimensionale.

Calcolo vettoriale
Grandezze vettoriali e grandezze scalari; Vettori e loro proprietà (uguaglianza tra vettori, negativo di un vettore); Somma di vettori: regola del triangolo (punta-coda) e del parallelogramma; Componenti cartesiane dei vettori e vettori unitari (versori); Altre operazioni con i vettori: sottrazione, prodotto di un vettore per uno scalare, prodotto scalare e prodotto vettoriale tra due vettori; Applicazioni.

Cinematica
Sistemi di riferimento; vettore spostamento, velocità istantanea e velocità media; Moto nello spazio fisico e moto rettilineo uniforme; Legge oraria del moto; Vettore accelerazione istantanea e media; Moto uniformemente accelerato e sua legge oraria; Moto di caduta del grave; Moto in due dimensioni: vettori spostamento, velocità media ed istantanea, accelerazione media ed istantanea; Moto dei proiettili; Moto circolare uniforme; Moto oscillatorio armonico; Applicazioni.

Dinamica
Prima legge di Newton; I sistemi di riferimento inerziali e non inerziali; La forza; La massa; Seconda legge di Newton; Statica del punto materiale; Forza peso; Reazione vincolare, Tensione di una fune, Forza centripeta, Forze di attrito statico e dinamico; Resistenza del mezzo e velocità limite; Applicazioni delle leggi della meccanica newtoniana con particolare riferimento al piano inclinato.
Lavoro svolto da una forza; Energia cinetica e teorema dell’energia cinetica; Potenza; Forze conservative; Lavoro della forza peso; Forze elastiche e legge di Hooke; Lavoro forza elastica; Energia potenziale; Energia meccanica e principio di conservazione dell’energia meccanica; Esempio del pendolo semplice; Effetti forze non conservative. Quantità di moto e principio di conservazione della quantità di moto;
Cenni di cinematica rotazionale: Momento d’inerzia; Momento di una forza; Momento angolare; Conservazione del momento angolare. Condizioni di equilibrio meccanico. Applicazioni.

Dinamica dei fluidi ideali
Definizione fluidi; Pressione; Fluidostatica: Legge di Stevino; principio di Pascal; principio di Archimede; Applicazioni; Dinamica dei fluidi ideali: Linee di flusso e tubi di flusso; Portata volumica e conservazione della portata volumica; Equazione di Bernoulli; Applicazioni dell’equazione di Bernoulli (Tubo di Venturi, Teorema di Torricelli).

Termodinamica
Sistemi termodinamici e sistemi in contatto termico; Equilibrio termodinamico; Termometri e scale termometriche; Principio zero della termodinamica; Dilatazione lineare e volumica; Calorimetria; Capacità termica e calore specifico; Temperatura di equilibrio; Calore latente; Trasmissione del calore: conduzione, convezione ed irraggiamento; Trasformazioni termodinamiche; Lavoro, calore ed energia interna; Primo principio della termodinamica; I gas perfetti; Trasformazioni isoterma, isocore e isobara; Legge dei gas perfetti; Calore specifico molare; Relazione di Mayer; Trasformazioni adiabatiche; Macchine termiche; Rendimento; Enunciati del secondo principio della termodinamica; La funzione di stato entropia.

Ottica geometrica
Leggi della riflessione e della rifrazione; Formazione dell'immagine da specchi piani e sferici; Lenti sottili; Applicazioni.

Elettromagnetismo
Proprietà delle cariche elettriche; Conduttori ed isolanti; La legge di Coulomb; Il campo elettrico; Campo elettrico di una carica puntiforme; La legge di Gauss; Potenziale Elettrico ed energia potenziale; Differenza di potenziale elettrico in un campo uniforme; Potenziale elettrico ed energia potenziale elettrica dovuti a cariche puntiformi; Capacità e condensatori (collegamento in serie e in parallelo); La corrente elettrica; Legge di Ohm; Resistenza elettrica (collegamento in serie e in parallelo); Effetto Joule;
Il campo magnetico; Forza di Lorentz; Moto di una particella carica in un campo magnetico uniforme; Legge di Biot-Savart; Legge di Ampere; Legge di Faraday-Newmann-Lenz;
Introduzione alle leggi di Maxwell; Onde elettromagnetiche e proprietà (cenni).

1. D. Halliday, R. Resnick, J. Walker "Fondamenti di Fisica" (2015) Casa Ed. Ambrosiana;
2. Mazzoldi, Nigro, Voci: “Elementi di Fisica Vol. 1 – Meccanica e Termodinamica. Seconda edizione.” (EdiSES)
3. D. Halliday, R. Resnick, J. Walker "Fundamental of Physics" Casa Ed. Ambrosiana

L'esame consiste in una prova scritta e una prova orale.

La prova scritta consisterà in una serie di quesiti a risposta multipla e/o nella risoluzione di alcuni problemi mirati alla verifica della comprensione degli argomenti proposti durante il corso e della capacità di applicare le conoscenze acquisite individuando le strategie risolutive più opportune. La valutazione della prova scritta terrà conto dell’impostazione di risoluzione dei problemi, della correttezza dei calcoli numerici e delle argomentazioni a supporto della procedura seguita. Il colloquio orale mirerà alla verifica delle abilità comunicative e di appropriatezza espressiva nell'impiego del linguaggio tecnico scientifico.
La verifica dell’apprendimento potrà essere effettuata anche per via telematica, qualora le condizioni lo dovessero richiedere.

Le domande di seguito riportate non costituiscono un elenco esaustivo ma rappresentano solo alcuni esempi:

• Principi di Newton. Forze e loro trattazione. Diagrammi delle forze · Forze conservative.

• Energia e Lavoro.

• Principio di Archimede – Galleggiamento e affondamento.

• Legge di Stevino e pressione idrostatica. 

• Principio di Pascal e torchio idraulico. 

• Teorema di Bernoulli e sua dimostrazione.

• Macchine Termiche: loro efficienza; ciclo di Carnot; 2° principio della termodinamica. 

• 1° e 2° principio della termodinamica. Energia interna.

• Calore latente, capacità termica e calore specifico