Elementi di fisica e biomeccanica applicata al calcio

Obiettivi Formativi

Scopo del corso è introdurre i principi fondamentali della fisica classica ed applicarli alla risoluzione di semplici problemi. Il corso affronta gli argomenti fondamentali della meccanica, della statica, della termodinamica e cenni di Elettrostatica. Particolare attenzione è posta alle applicazioni delle conoscenze e competenze acquisite nell'ambito delle Scienze Motorie ed in particolare nel Calcio.

Gli obiettivi specifici di ogni modulo sono:

1. Acquisire familiarità con le grandezze fisiche e saper descrivere il moto di un corpo;
2. Conoscere i fondamenti della dinamica e saper operare con le diverse forze;
3. Saper calcolare l'energia totale di un sistema ed applicare la conservazione dell'energia per la soluzione di esercizi;
4. Comprendere le caratteristiche fondamentali che regolano il comportamento di un corpo rigido;
5. Saper descrivere il comportamento di fluidi semplici e di corpi immersi in essi;
6. Comprendere i concetti di calore e temperatura, saper utilizzare le leggi della termodinamica e l'equazione di stato dei gas perfetti nella soluzione di problemi realistici;
7. Acquisire i concetti base dell'elettrostatica (carica, forza elettrica e campo).

Risultati di apprendimento attesi

Al termine del corso lo studente dovrà aver acquisito:

Conoscenza e comprensione di:

• leggi fisiche che regolano il moto di un corpo puntiforme
• le proprietà fondamentali dei fluidi
• concetti di calore e temperatura
• leggi fisiche che regolano i fenomeni termodinamici
• principali caratteristiche dei fenomeni elettrici

Capacità di applicare:

• le leggi della dinamica per descrivere il moto di un corpo soggetto a diverse tipologie di forze
• il teorema di conservazione dell'energia meccanica ad un sistema classico
• il principio di equilibrio per sistemi di corpi rigidi, leve e carrucole
• l'equazione di stato dei gas perfetti per la soluzione di problemi reali
• il teorema di Carnot per calcolare il rendimento di una macchina termica

Abilità di comunicare:

• utilizzare il linguaggio scientifico appropriato alla descrizione di fenomeni fisici

Capacità di apprendimento trasversale:

• possedere gli strumenti fisici di base per comprendere gli argomenti trattati in corsi più avanzati

PROGRAMMA DEL CORSO

MODULO 1: Grandezze fisiche e Cinematica (1 CFU)

• Grandezze fisiche fondamentali e derivate, unità di misura, grandezze vettoriali e scalari
• Velocità media, velocità istantanea, accelerazione
• Moto in una dimensione: uniforme e uniformemente accelerato
• Moto in due dimensioni: parabolico e circolare uniforme.

MODULO 2: Forze e Dinamica (1 CFU)

• Le tre leggi della dinamica
• I vincoli
• Forza peso, forza di attrito, forza elastica
• Caduta libera
• Il piano inclinato

MODULO 3: Energia, Lavoro e Quantità di moto (1 CFU)

• Lavoro delle forze
• Energia cinetica, teorema delle forze vive
• Forze conservative, energia potenziale
• Legge di conservazione dell'energia meccanica

 MODULO 4: Impulso, Corpo Rigido e Momento Angolare (1 CFU)

• Quantità di moto e sua conservazione, impulso, urti elastici e anelastici
• Leve, carrucole
• Definizione di corpo rigido
• Momento angolare, momento di una forza

 MODULO 5: Cenni di fluidostatica e fluidodinamica (1 CFU)

• Legge di Pascal, legge di Stevino, paradosso idrostatico, vasi comunicanti, teorema di Archimede
• Pressione atmosferica
• Tensione superficiale, fenomeni di superficie e colloidi
• Applicazioni in scienze gastronomiche: schiume, sol, gel, emulsioni

 MODULO 6: Termodinamica (2.5 CFU)

• Sistemi termodinamici, variabili termodinamiche, trasformazioni
• Temperatura e termometri
• Gas ideale
• Teoria cinetica
• Principi della termodinamica
• Proprietà termiche della materia, calore specifico, scambio di calore
• Transizioni di fase
• Applicazioni in scienze gastronomiche: cottura e conservazione dei cibi

 MODULO 7: Cenni di Elettrostatica (0.5 CFU)

• Carica elettrica, forza elettrica, campo elettrico

Testi consigliati

Il docente consiglia l’integrazione del materiale fornito (videolezioni, slides, esercitazioni) con uno dei seguenti testi, riportati in ordine di preferenza del docente, ed a cui il docente può fare riferimento durante le lezioni:

• R. A. Serway, J. W. Jewett, “Principi di fisica, vol.1”, Casa Editrice Edises
• D. Scannicchio, E. Giroletti, "Elementi di fisica biomedica", Casa Editrice Edises
• N. Ludwig, G. Guerrerio, "La scienza nel pallone", 2011, Zanichelli
• D. Halliday, R. Resnik, J. Walker, “Fondamenti di fisica - Meccanica e Termologia”, Casa Editrice Ambrosiana
• R. A. Serway, C. Vuille, "College physics", Ed. Brooks Cole

MODALITà di esame, prerequisiti, esami propedeutici

Modalità di accertamento dei risultati di apprendimento acquisiti dallo studente

L'acquisizione dei risultati di apprendimento previsti viene accertata attraverso la verifica del completamento delle attività di autovalutazione presenti alla fine di ogni modulo dell'insegnamento e attraverso la prova di esame.

I test di autovalutazione permettono allo studente di monitorare la propria comprensione degli argomenti somministrati e, nel caso ci siano delle difficoltà, di attivarsi per colmare le lacune o chiedere ulteriori spiegazioni al docente che potranno essere fornite attraverso le sessioni di esercitazione in aula virtuale.

La prova d'esame accerterà la conoscenza e la comprensione degli argomenti svolti attraverso domande di tipo teorico, e la capacità di applicare le conoscenze acquisite attraverso domande in cui viene richiesta la soluzione di problemi. La capacità di comunicazione viene valutata attraverso domande aperte in cui viene richiesta la descrizione dell’intero processo risolutivo.

Un minimo di un terzo delle domande fanno riferimento a campi di applicazione della fisica nell’ambito delle scienze motorie ed in particolare nel calcio, o comunque delle discipline presenti nel CdS. Ciò permette di valutare l’acquisizione da parte degli studenti di conoscenze e competenze trasversali.

Modalità di esame

L'esame consiste in una prova scritta, la quale è centrata sullo svolgimento di esercizi della stessa tipologia di quelli illustrati nelle lezioni, nelle esercitazioni didattiche specifiche di ogni modulo e nei quiz di autovalutazione dei moduli.

• Nella prova scritta saranno presenti 9 domande a risposta multipla, per le quali è consigliato comunque riportare lo svolgimento seguito, ed una domanda a risposta aperta per la quale è obbligatorio riportare e descrivere dettagliatamente l'intero svolgimento dell'esercizio, non solamente il risultato finale
• In alcune tipologie di esercizi può essere richiesta la realizzazione di una rappresentazione grafica
• Possono essere presenti domande teoriche
• è consentito, e caldamente consigliato, l'utilizzo della calcolatrice scientifica

Le domande a risposta multipla hanno valore massimo di 3 punti ciascuna, per un totale di 27 punti, la domanda a risposta aperta ha valore di 6 punti. Il voto massimo che si può raggiungere è 33 punti, che corrisponde a 30 e lode. La sufficienza è fissata a 18 punti. La valutazione di ogni domanda prende in considerazione non solamente l’esattezza della risposta ma anche la rigorosità del procedimento seguito. Una risposta può essere valutata parzialmente corretta qualora l’inesattezza del risultato sia dovuta ed errori di conto e non ad errori di comprensione della modalità di risoluzione.

Propedeuticità

Non sono previste propedeuticità.

Prerequisiti

è richiesta una familiarità con alcuni strumenti matematici, che comunque vengono introdotti nella parte iniziale del corso.

ORGANIZZAZIONE DIDATTICA

Attività didattiche previste

Le attività di didattica, suddivise tra didattica erogativa (DE) e didattica interattiva (DI) coprono un minimo di 6 ore per CFU ripartite in ugual misura tra DE (3 ore) e DI (3 ore).

Attività didattica erogativa (18 ore):

• 18 lezioni frontali da 30 min, videoregistrate e sempre disponibili in piattaforma
• 18 esercitazioni da 30 min, videoregistrate e sempre disponibili in piattaforma

Attività didattica interattiva (18 ore):

• 12 esercitazioni interattive in aula virtuale da 60 min, svolte in modalità sincrona e secondo il calendario didattico pubblicato in piattaforma
• 5 correzioni interattive in aula virtuale da 60 min delle prove d'esame, svolte in modalità sincrona, la settimana successiva ad ogni appello d’esame
• svolgimento di almeno un intervento nei forum tematici proposti dal docente

L'articolazione tra DE e DI per ciascuno modulo è ripartita coerentemente con gli obiettivi formativi del modulo stesso. In ogni modulo saranno presenti almeno 1 ora di DE e 1 ora di DI.

Attività di autoapprendimento:

• test di autovalutazione con domande a scelta multipla, all’ingresso di ogni modulo
• test di autovalutazione con domande a scelta multipla, alla fine di ogni modulo

Ricevimento studenti

Il docente è sempre reperibile via mail o tramite il forum "Comunica col docente" presente in piattaforma didattica. Su richiesta degli studenti è disponibile ad organizzare ulteriori incontri interattivi in videoconferenza in data concordata.