Università Roma Tre

Le radici della Scienza. Fisica come strumento di indagine del microcosmo e del macrocosmo. Trattazione generale dei grandi interrogativi della Fisica del mondo atomico, nucleare e sub nucleare e della Cosmologia. Grandezze fisiche. Misura di una grandezza fisica. Relazione tra Matematica e Fisica. Fisica sperimentale e Fisica teorica. Elementi di analisi infinitesimale, concetto di funzione, ruolo nella Fisica. Concetto di limite e di derivata. Metodo sperimentale, struttura, significato, importanza, limiti. Legge e teoria. Leggi e funzioni. Rappresentazione delle leggi fisiche in un piano cartesiano. Vettori. Algebra elementare in forma geometrica. Vettori in forma cartesiana e operazioni. Concetto di errore in fisica. Tipi di errore. Elementi di teoria di propagazione degli errori. Dai dati sperimentali alla legge fisica. Metodi matematici per ricavare una legge. Elementi di Statistica, importanza nello studio di un fenomeno fisico. Analisi dimensionale, ruolo e significato. Elementi di algebra dell’analisi dimensionale. La nascita di grandi idee: Galileo, Newton, Gauss, Einstein, Noether, Lagrange, Hamilton, Schroedinger.
Meccanica: Elementi di cinematica del punto. Equazioni cinematiche. Sistemi di riferimento. Moti piani: problema balistico. Cinematica rotatoria. Elementi di Dinamica. I principi. Seconda legge della Dinamica, suo ruolo nella Fisica. Semplici applicazioni della legge di Newton. Oscillatore armonico. Elementi di Statica. Concetto di equilibrio. Lavoro meccanico. Energia potenziale e cinematica. Principio di conservazione dell’energia meccanica. Ruolo dell’energia nello studio di un sistema fisico. Quantità di moto. Riformulazione della seconda legge di Newton come funzione della quantità di moto, conseguenze. Conservazione della quantità di moto. Cenni sulla fisica del corpo rigido. Concetto di momento di una forza. Momento angolare. I e II equazione cardinale. Problema generale della Statica, equilibrio traslazionale e rotazionale. Teoria di gravitazione universale la più grande conquista dell’intelletto. Relatività galileiana, relatività ristretta, approccio concettuale e cenni sulla trattazione analitica. Elementi di statica e dinamica dei fluidi.
Termodinamica: Approccio macroscopico e microscopico. Concetto di temperatura. Sistema termodinamico. Gas perfetto. Trasformazione reversibile e irreversibile. Equazione di stato dei gas perfetti. Trasformazioni reversibili particolari, isobare, isocore, isoterme, adiabatiche. Esperienza di Joule. Lavoro termodinamico. Funzione di stato. Primo principio della termodinamica. Semplici applicazioni. Ciclo termodinamico. Secondo principio della termodinamica, significato. Rendimento di una macchina termica. Ciclo di Carnot e sua importanza. Entropia e suo significato fisico. Dal ciclo di Carnot alla equazione di Clausius.
Elettromagnetismo: Analisi storica ed epistemologica. Elettrostatica. Forza di Coulomb. Concetto di campo. Campo elettrico e campo gravitazionale. Flusso. Equazione di Gauss. Potenziale elettrico. Concetto di corrente elettrica. Circuiti elementari. Leggi di Ohm e di Kirchhoff. Proprietà magnetiche della materia. Campo magnetico. Relazione tra corrente elettrica e campo magnetico. Forza magnetica. Legge di Ampere. Teorema di Gauss per il campo magnetico. Legge di Faraday dell’induzione elettromagnetica. Equazioni di Maxwell, ruolo nello studio dei fenomeni elettromagnetici. Concetto di campo elettromagnetico. Onde elettromagnetiche e loro propagazione.Fenomeni ondulatori. Onde meccaniche. Onde elettromagnetiche. Elementi di ottica geometrica e di ottica fisica.
Fisica moderna: Elementi di Cinematica relativistica. Elementi di Meccanica quantistica. Elementi di Fisica atomica. Elementi di Fisica Nucleare. Radioattività. Particelle elementari e loro interazioni.
Astrofisica e Cosmologia: Introduzione all’evoluzione stellare. Elementi di Cosmologia. Storia dell’Universo. La radiazione di fondo cosmico. I grandi problemi della Fisica moderna. Dalla Fisica delle particelle subatomiche alla Fisica dell’Universo. Il futuro della Scienza e la teoria delle stringhe.
Sfondo teorico della ricerca in Didattica della Fisica. Insegnare Fisica nella scuola primaria. Semplici esperienze di laboratorio sui temi fondamentali del corso per la scuola primaria. Il quaderno di laboratorio. Evoluzione della ricerca in Didattica della Fisica. Valutazione delle competenze scientifiche.

Arnold B. Arons, Guida all’insegnamento della Fisica, Zanichelli, Bologna (alcuni capitoli)
D. Allasia, V. Montel, G. Rinaudo, La Fisica per maestri, Ed Cortina, Torino (alcuni capitoli)
M. Gagliardi, E. Girolamo, Metodi e strumenti per l’insegnamento e l’apprendimento della Fisica, EdiSES, Napoli
Dispense fornite dal docente durante il corso