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FISICA TECNICA B

Anno accademico e docente
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English course description
Anno accademico
2022/2023
Docente
NICOLA PRODI
Crediti formativi
6
Periodo didattico
Secondo Semestre
SSD
ING-IND/11

Obiettivi formativi

Il corso è integrato al corso di Fisica Tecnica A e si occupa sia di un supporto di esercitazione numerica per i problemi della termodinamica e della trasmissione del calore che di acustica applicata ed illuminotecnica. esamina la natura del suono, la sua percezione da parte dell’uomo ed il suo comportamento nell’ambiente esterno ed interno. Si intende fornire le basi per la comprensione dei fenomeni e sono sviluppati strumenti di calcolo semplici per i problemi di controllo dell’acustica nell’ingegneria civile. Inoltre sono presentate le grandezze illuminotecniche e sono sviluppati gli strumenti progettuali di base per il dimensionamento della luce naturale ed artificiale.
Le principali conoscenze acquisite saranno:

Termodinamica e trasmissione del calore
- nozioni su come affrontare i problemi semplici relativi alla termodinamica dei sistemi chiusi e aperti
- nozioni su come affrontare i problemi semplici relativi alle miscele d’aria e vapor d’acqua
-nozioni su come affrontare i problemi semplici di trasmissione del calore per conduzione, convezione ed irraggiamento

Acustica applicata ed illuminotecnica
- nozioni di base circa le sorgenti sonore e la ricezione del suono
- conoscenza delle grandezze di interesse nell’acustica applicata usate nella pratica progettuale
- conoscenza della propagazione del suono nell’ambiente esterno
- conoscenza delle problematiche acustiche tipiche nell'ambiente interno quali riverberazione e livello sonoro
- conoscenze dell’isolamento acustico
- conoscenze di base della strumentazione di misura del suono
- conoscenza dei termini tecnici e delle problematiche di base dell’illuminotecnica
- nozioni di base per l’illuminazione naturale ed artificiale

Le principali abilità (ossia la capacità di applicare le conoscenze acquisite) saranno:

Termodinamica e trasmissione del calore:
- scrivere e risolvere equazioni di bilancio per sistemi chiusi ed aperti con gas, vapori e liquidi
- risolvere semplici problemi termodinamici relativi alle macchine termiche dirette ed inverse
- scrivere e risolvere equazioni di bilancio per sistemi di trattamento dell’aria
- risolvere semplici problemi di trasmissione del calore che coinvolgano una o più modalità di scambio termico

Acustica applicata ed illuminotecnica:
- prevedere li livello del suono propagato dalle sorgenti esterne e l’attenuazione delle barriere acustiche
- prevedere il livello sonoro ed il tempo di riverberazione nell’ambiente interno
- calcolare il coefficiente di assorbimento di un materiale poroso data la sua impedenza superficiale
- prevedere l’isolamento acustico di pareti omogenee sottili
- calcolare il fattore di luce diurna
- calcolare l’illuminamento diretto
- dimensionare l’illuminazione artificiale

Prerequisiti

E’ necessario avere acquisito e assimilato le seguenti conoscenze fornite dai corsi di “Analisi matematica” e “Fisica generale”:

- concetti elementari di analisi matematica, calcolo differenziale e numerazione complessa;
- conoscenze dei concetti fondamentali di fisica

Contenuti del corso

Il corso prevede 60 ore di didattica tra lezioni ed esercitazioni. In particolare sono previste 20 ore di esercitazioni di termodinamica e trasmissione del calore, 32.5 ore acustica applicata, 7.5 ore di illuminotecnica.

TERMODINAMICA E TRASMISSIONE DEL CALORE
Svolgimento di circa 30 esercizi numerici

ACUSTICA APPLICATA
Il fenomeno sonoro
Generalità. Sorgente e mezzo di propagazione. Velocità del suono nel mezzo. Principali grandezze acustiche: pressione acustica, velocità delle particelle, intensità, densità di energia e impedenza acustica. Valori efficaci. Livelli sonori e scala dei decibel. Analisi in frequenza e sistema uditivo umano. Audiogramma e descrizione del sistema uditivo umano. Introduzione all’analisi in frequenza. Spettri. Filtri di ottava e terzi di ottava. Rumore bianco e rumore rosa. Curve di ponderazione. Il fonometro: schema funzionale. Costanti di tempo, livello equivalente e SEL.
Acustica ambientale
Propagazione del suono in ambiente esterno: onde piane, sferiche e cilindriche. Effetti di attenuazione con la propagazione. Barriere acustiche e loro dimensionamento.
Assorbimento acustico
Coefficiente di riflessione complesso. Impedenza specifica. Previsione del coefficiente di assorbimento. Tipologie di assorbimento acustico. Materiali fonoassorbenti.
Trasmissione acustica ed isolamento
Il potere fonoisolante: legge di massa, effetto di risonanza e di coincidenza. Pareti doppie. Propagazione dall’interno degli ambienti all’esterno e viceversa. Indici di valutazione e requisiti passivi degli edifici, normativa tecnica e legislazione.
Acustica architettonica
Acustica degli ambienti chiusi: trattazione geometrica, trattazione energetica - statistica, la teoria di Sabine. Densità di energia sonora a regime, tempo di riverberazione. Altre espressioni del tempo di riverberazione. Livello sonoro nell’ipotesi del campo riverberante e semi-riverberante. Cenni sulla trattazione ondulatoria (modi normali e onde stazionarie).

ILLUMINOTECNICA
Il fenomeno luminoso
Definizioni: grandezze fotometriche, colore, superfici diffondenti.
L’illuminazione naturale
Modello di cielo; fattore di luce diurna; applicazione nell’ambiente interno.
L’illuminazione artificiale
Requisiti illuminotecnici. illuminazione diretta; illuminazione di interni, lampade; integrazione con la luce naturale.

Metodi didattici

IIl modulo didattico "Fisica tecnica B", è integrato con il modulo "Fisica tecnica A" (Prof. P. Fausti). Le lezioni svolte dai docenti dei due moduli si integrano per costituire l'insegnamento da 12 CFU denominato "Fisica tecnica". Nel presente anno accademico 2021-2022, le lezioni verranno svolte in presenza ma si effettuerà una registrazione della lezione ed il video sarà caricato sul sito Classroom del Corso di “Fisica Tecnica”. Nel medesimo sito saranno caricati anche i files pdf con lo svolgimento degli esercizi proposti a lezione.
I link Meet del Corso è: meet.google.com/duj-inne-fsm

Modalità di verifica dell'apprendimento

L'esame relativo al modulo "Fisica tecnica A" consiste in una prova scritta ed in una orale che vengono svolte in concomitanza a quelle del modulo "Fisica tecnica B".
La prova scritta ha durata di 3 ore e consiste nella soluzione numerica di tre semplici problemi dei quali il primo sugli argomenti della termodinamica, il secondo sulla trasmissione del calore e termofisica degli edifici ed il terzo sull’acustica applicata o sull’illuminotecnica. I dati numerici dei problemi sono personalizzati tramite riferimento ad alcune cifre del numero di matricola. Per lo svolgimento del compito scritto è consentito fare uso di tavole, tabelle, libri e appunti, ma non di connessioni internet o telefoniche. Durante l'anno verranno svolte almeno 6 prove scritte (2 per ciascuna sessione).
Per l’accesso alla successiva prova orale (tipicamente programmata dopo 7 – 10 giorni dalla prova scritta) è necessario eguagliare o superare la soglia minima di valutazione pari a 15/30. Per i voti da 15/30 a 17/30 l’ammissione è con riserva, e potrà essere richiesta l'impostazione risolutiva di un problema. Per i voti dello scritto maggiori o uguali a 18/30 l’ammissione all'orale è senza riserva. Il voto della prova scritta viene considerato utile per la durata di 12 mesi dallo svolgimento della prova.
La prova orale consiste in domande sulla teoria, in numero minimo di tre, o nell’impostazione risolutiva di tipici esercizi coprendo tutti gli argomenti svolti nelle lezioni. Il voto finale viene assegnato formulando una valutazione che rispecchia il grado di preparazione riscontrato nella prova scritta ed in quella orale. Trattandosi di moduli integrati il voto viene registrato egualmente sia per il modulo "Fisica tecnica A" (Prof. P. Fausti) che per il modulo "Fisica tecnica B" (Prof. N. Prodi).
In aggiunta alle modalità classiche di svolgimento degli esami, nel periodo di lezione verranno svolte anche delle prove parziali di verifica alla conclusione di ogni ciclo di lezioni. In particolare, le prove parziali sono dedicate a tre diversi gruppi di argomenti:
- "Termodinamica"
- "Trasmissione del calore e termofisica dell’edificio"
- "Acustica applicata e Illuminotecnica".
Le prove parziali vengono programmate con largo anticipo, sono eseguite all’interno del normale orario di lezione o come recupero orario e pertanto hanno una durata di 2h e 30'. Le prove parziali possono sostituire lo scritto riepilogativo proposto all’interno delle sessioni d’esame. In questo caso le votazioni medie ottenute alle prove parziali danno l’accesso alla prova orale secondo i criteri esposti sopra. L’esito incompleto di una o più prove parziali o l’insufficienza della votazione media delle tre prove può essere migliorato utilizzando solo gli scritti di giugno e luglio. Dopo la sessione estiva le prove parziali incomplete decadono. Nell'anno accademico 2021-22, le prove parziali verranno effettuate in presenza.
Per agevolare la partecipazione degli allievi alle prove parziali sono allo studio nuove modalità di verifica scritta costituite da una parte di domande teoriche a risposta multipla e una parte con esercizi a risposta chiusa. Come piattaforma per queste nuove modalità di verifica potranno essere utilizzati Google moduli o Classroom o eventuali altre piattaforme.
Come ulteriore opzione, esclusivamente per chi svolge le tre prove parziali durante lo svolgimento del corso ottenendo una valutazione media maggiore o uguale a 18/30, c'è la possibilità di confermare il voto dello scritto con un colloquio o esame orale semplificato.

Testi di riferimento

Le lezioni non seguono un testo di riferimento ma il docente mette a disposizione sul sito Classroom del Corso i file pdf delle presentazioni (in genere caricati il giorno antecendente la lezione), i file pdf delle esercitazioni numeriche svolte a lezione sia per la parte di termodinamica e trasmissione del calore che per le parti di acustica applicata ed illuminotecnica. Sono caricati sul sito Classroom anche i video delle lezioni, alcune dispense su parte del programma. Per la parte di Acustica Applicata ed Illuminotecnica si indicano per utilità di studio i seguenti testi; come testo base P. Ricciardi "Elementi di Acustica ed Illuminotecnica", McGraw Hill e come approfondimento per la parte di acustica R.Spagnolo, "Manuale di Acustica Applicata" Città Studi Edizioni.