- Area di Scienze
- Corso di Laurea Triennale
- Scienze Biologiche [E1301Q]
- Insegnamenti
- A.A. 2024-2025
- 1° anno
- Fisica
- Introduzione
Syllabus del corso
Obiettivi
- Conoscenza e capacità di comprensione
Al termine dell'insegnamento lo studente dovrà conoscere le basi di fisica utili per la comprensione della dei processi fisici e le basi per la descrizione fisica della natura. - Capacità di applicare conoscenza e comprensione
Al termine dell'insegnamento lo studente dovrà essere in grado di applicare le conoscenze acquisite alle materie che affronterà negli anni successivi di studio e durante il lavoro di tesi utilizzando strumenti fondamentali per rappresentare lo stato e l’evoluzione di un sistema fisico e le interazioni coinvolte - Autonomia di giudizio
Lo studente dovrà essere in grado di elaborare in modo autonomo quanto appreso e saper interpretare in modo autonomo le problematiche fisiche che dovrà affrontare nella sua carriera scolastica o lavorativa. - Abilità comunicative
Alla fine dell'insegnamento lo studente saprà esprimersi in modo appropriato nella descrizione degli eventi fisici e con sicurezza di esposizione. - Capacità di apprendimento
Alla fine del corso lo studente dovrà dimostrare di aver appreso le nozioni fondamentali della fisica che sono d’interesse per il mondo biologico e di aver sviluppato una capacità d’apprendimento utile non solo per il superamento dell’esame ma più in generale per gli studi futuri e la futura attività lavorativa.
Contenuti sintetici
In questo insegnamento verranno affrontati argomenti di:
Fondamenti di meccanica, Energia, Lavoro e conservazione, Meccanica dei fluidi, Termodinamica, Elettromagnetismo. Cenni di Ottica, fisica moderna e spettroscopia
Programma esteso
Descrizione vettoriale Grandezze misurabili, scalari e vettoriali, analisi dei dati Equazioni del moto
Moti rettilinei, parabolici, circolari, armonici
interazioni fondamentali e principi della dinamica
Forze e quantita di moto, momenti delle forze e momenti angolari
Lavoro, energia
Teorema dell’energia cinetica, forze conservative e non, energia potenziale
Principi di conservazione
Quantità di moto e urti, momento angolare e moti orbitali, conservazione dell’Energia
Principi di fluidostatica e fluidodinamica
Leggi di Pascal, Stevino, Archimede, Equazione di continuità, Equazione di Bernoulli
Energia termica, calore, temperatura, entropia
Teoria cinetica del gas perfetto – I e II principio della termodinamica
Interazioni elettrostatiche
Carica elettrica, campo elettrico - teorema di Gauss - potenziale elettrico – capacità
Trasporto di carica
Leggi di Ohm e di Kirchhoff, effetto Joule – correnti come sorgenti di campi magnetici
Campi magnetici e induzione elettromagnetica
Forza di Lorentz, legge di Biot-Savart, legge di Ampere, legge di Faraday
Le equazioni di maxwell
Descrizione dei fenomeni elettromagnetici, la Luce, equazione d’onda energia e momento
Cenni di Fenomeni ottici:
- eggi della riflessione e rifrazione, interferenza e diffrazione,
- microscopia, interazione luce-materia
Cenni di fisica Moderna:
Effetto fotoelettrico, fotoni,
Aspetti quantistici della materia
L’atomo di Bohr, la funzione d’onda, L’equazione di Schrodinger tecniche spettroscopiche
Principi fisici alla base delle spettroscopie ottiche, delle spettroscopie di risonanza magnetica, e della spettrometria di massa
Prerequisiti
Sono richieste le conoscenze basilari dell'analisi matematica
Modalità didattica
L'insegnamento verrà erogato in modalità di lezioni frontali cercando di coinvolgere attivamente gli studenti (didattica interattiva) con semplici dimostrazioni in aula di processi fisici e risoluzione di esercizi insieme evidenziando l'applicazione della teoria appresa a lezione. Verranno quindi affrontati argomenti teorici alternandoli ad esercizi strettamente legati agli argomenti svolti. Verranno anche svolti esercizi riassuntivi preparativi per i compiti parziali.
Materiale didattico
- Andrea Alessandrini Fisica per le scienze della vita Casa Editrice Ambrosiana. Distribuzione esclusiva Zanichelli 2023
- J.W. Jewett & R.A. Serway “Principi di Fisica”, EdiSES, vol.1 e 2,
Periodo di erogazione dell'insegnamento
Secondo semestre
Modalità di verifica del profitto e valutazione
La valutazione delle conoscenze degli studenti averà mediante esame scritto ed orale.
Nell'esame scritto lo studente deve risolvere degli esercizi riguardanti le principali tematiche del corso
• equazioni del moto
• interazioni fondamentali e principi della dinamica
• lavoro, energia
• principi di conservazione
• quantità di moto e urti
• principi di fluidostatica e fluidodinamica
• energia termica, calore, temperatura, entropia
• interazioni elettrostatiche
• trasporto di carica
• campi magnetici e induzione elettromagnetica
• le equazioni di maxwell
• fenomeni ottici (Riflessione, trasmissione e assorbimento – interferenza diffrazione)
Il compito è composto da 3 problemi, 2 domande aperte di teoria, 3 esercizi e 3 quiz. Le domande non hanno poi lo stesso valore per il punteggio finale. In particolare il valore è il seguente:
problemi 4 punti, domande aperte 3 punti, esercizi 3 punti e quiz 1 punti.
I problemi si differenziano dagli esercizi per la complessità e dal numero di risposte che si devono dare. I quiz prevedono generalmente una risposta sola.
Per il compito, agli studenti viene consegnato un foglio con le domande. Su questo foglio devono riportere i risultati dei problemi ed esercizi e le risposte alle domande e quiz.
Il compito deve comunque essere svolto su fogli cartacei che verranno consegnati dal docente. Non è permesso un tablet ma è consentito l'utilizzo della calcolatrice.
Chi alla ottiene nel compito un voto pari o superiore a 25 può scegliere di non sostenere l'orale ed accettare il voto ottenuto. Chi ottiene un voto compreso tra 18 e 24 deve sostenere l'orale.
Nell'esame orale vengono discussi dal punto di vista concettuale gli argomenti trattati nel corso per valutare la conoscenze acquisite.
Durante l'anno vengono organizzati tre compiti parziali.
Il primo compito parziale riguardera:
• equazioni del moto
• interazioni fondamentali e principi della dinamica
• lavoro, energia
• principi di conservazione
• quantità di moto e urti
Il secondo parziale riguarderà:
• principi di fluidostatica e fluidodinamica
• energia termica, calore, temperatura, entropia
Il terzo parziale riguarderà:
• interazioni elettrostatiche
• trasporto di carica
• campi magnetici e induzione elettromagnetica
• le equazioni di maxwell
• fenomeni ottici (Riflessione, trasmissione e assorbimento – interferenza diffrazione)
Le modalità di svolgimento dei parziali sono uguali a quelle degli scritti generali.
Chi alla fine otterrà un voto complessivo medio nei parziali pari o superiore a 25 può scegliere di non sostenere l'orale ed accettare il voto dei parziali. Chi ottiene un voto compreso tra 18 e 24 deve sostenere l'orale.
Chi non ha fatto i compiti parziali, deve sostenere lo scritto negli appelli aperti.
Disponibilità a svolgere le prove di esame in inglese per studenti Erasmus (per chi volesse).
Orario di ricevimento
Alla fine delle lezioni o su appuntamento.
Sustainable Development Goals
Aims
- Knowledge and understanding
At the end of the course the student will have to know the basics of physics useful for understanding the physical processes and the bases for the physical description of nature. - Ability to apply knowledge and understanding
At the end of the course, the student must be able to apply the knowledge acquired to the subjects he will face in the following years of study and during the thesis work using fundamental tools to represent the state and evolution of a physical system and the interactions involved - Independent judgment
The student must be able to independently process what he has learned and be able to independently interpret the physical problems he will have to face in his school or work career. - Communication skills
At the end of the course the student will be able to express himself appropriately in the description of physical events and with confidence in exposure. - Learning ability
At the end of the course the student will have to demonstrate that they have learned the fundamental notions of physics that are of interest to the biological world and that they have developed a learning ability that is useful not only for passing the exam but more generally for their studies. future and future work activity.
Contents
The course will cover topics of:
Fundamentals of mechanics, Energy, Work and Conservation, Fluid mechanics, Thermodynamics, Electromagnetism. Overview of optics, modern physics and spectroscopy
Detailed program
Vector description
Measurable, scalar and vector quantities, data analysis
Equations of motion
Straight, parabolic, circular, harmonious motions
Fundamental interactions and principles of dynamics
Forces and momentum, moments of forces and angular moments
Work, energy
Theorem of kinetic energy, conservative and non-conservative forces, potential energy
Conservation principles
Amount of motion and impacts, angular momentum and orbital motions, conservation of energy
Principles of fluidostatics and fluid dynamics
Laws of Pascal, Stevino, Archimede, Equation of continuity, Bernoulli's equation
Thermal energy, heat, temperature, entropy
Kinetic theory of perfect gas - I and II principle of thermodynamics
Electrostatic interactions
Electric charge, electric field - Gauss theorem - electric potential - capacity
Charge transportation
Laws of Ohm and Kirchhoff, Joule effect - currents as sources of magnetic fields
Magnetic fields and electromagnetic induction
Lorentz force, Biot-Savart law, Ampere law, Faraday law
The maxwell equations
Description of electromagnetic phenomena, Light, energy equation and momentum
Hints of optical phenomena:
- Laws of reflection and refraction,
- interference and diffraction,
- microscopy and light-matter interaction
Hints of modern physics:
Photoelectric effect, photons,
Quantum aspects of matter
Bohr's atom, wave function, Schrodinger's equation, spectroscopic techniques
Physical principles underlying optical spectroscopy, magnetic resonance spectroscopy, and mass spectrometry
Prerequisites
Basic knowledge of mathematical analysis is required
Teaching form
The teaching will be delivered in the form of frontal lessons, trying to actively involve students (interactive teaching) with simple classroom demonstrations of physical processes and solving exercises together, highlighting the application of the theory learned in class. Theoretical topics will then be addressed alternating them with exercises closely linked to the topics covered. Summary exercises will also be carried out in preparation for the partial assignments.
Textbook and teaching resource
- Andrea Alessandrini Fisica per le scienze della vita Casa Editrice Ambrosiana. Distribuzione esclusiva Zanichelli 2023
- J.W. Jewett & R.A. Serway “Principi di Fisica”, EdiSES, vol.1 e 2,
Semester
Second semester
Assessment method
Students' knowledge will be assessed through a written and oral exam.
In the written exam the student must solve exercises regarding the main topics of the course
• equations of motion
• fundamental interactions and principles of dynamics
• work, energy
• conservation principles
• momentum and shocks
• principles of fluid statics and fluid dynamics
• thermal energy, heat, temperature, entropy
• electrostatic interactions
• Charge transportation
• magnetic fields and electromagnetic induction
• Maxwell's equations
• optical phenomena (reflection, transmission and absorption – diffraction interference)
The assignment is made up of 3 problems, 2 open theory questions, 3 exercises and 3 quizzes. The questions do not have the same value for the final score. In particular, the value is the following:
problems 4 points, open questions 3 points, exercises 3 points and quizzes 1 point.
The problems differ from the exercises in terms of complexity and the number of answers that must be given. Quizzes generally have only one answer.
For the assignment, students are given a question paper. On this sheet they must report the results of the problems and exercises and the answers to the questions and quizzes.
The assignment must however be carried out on paper sheets which will be delivered by the teacher. A tablet is not permitted but the use of a calculator is permitted.
Anyone who obtains a grade equal to or greater than 25 in the assignment can choose not to take the oral exam and accept the grade obtained. Anyone who obtains a grade between 18 and 24 must take the oral exam.
In the oral exam, the topics covered in the course are discussed from a conceptual point of view to evaluate the knowledge acquired.
Three partial tasks are organized during the year.
The first partial task will concern:
• equations of motion
• fundamental interactions and principles of dynamics
• work, energy
• conservation principles
• momentum and shocks
The second part will concern:
• principles of fluid statics and fluid dynamics
• thermal energy, heat, temperature, entropy
The third part will concern:
• electrostatic interactions
• Charge transportation
• magnetic fields and electromagnetic induction
• Maxwell's equations
• optical phenomena (reflection, transmission and absorption – diffraction interference)
The methods of carrying out the partial exams are the same as those of the general writings.
Anyone who ultimately obtains an overall average grade in the partials equal to or greater than 25 can choose not to take the oral exam and accept the grade in the partials. Anyone who obtains a grade between 18 and 24 must take the oral exam.
Anyone who has not done the partial homework must take the written exam in the open exams.
Availability to take exams in English for Erasmus students (for those who wish).
Office hours
At the end of lessons or by appointment.