Ferdinando DE TOMASI

Ferdinando DE TOMASI

Ricercatore Universitario

Dipartimento di Matematica e Fisica "Ennio De Giorgi"

Ex Collegio Fiorini - Via per Arnesano - LECCE (LE)

Ufficio, Piano terra

Telefono +39 0832 29 7496

FIS/03 (Fisica della materia)

Orario di ricevimento

 

Gli studenti possono cercarmi in qualsiasi momento.  Per appuntamenti, telefonare in studio, 0832 297496, scrivere (Ferdinando.DeTomasi@unisalento.it, di solito rispondo in giornata) , o inviare un messaggio whatsapp 349 5732816

 

 

 

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Curriculum Vitae

Ferdinando De Tomasi e' nato a Gallipoli il 23 Novembre 1962, ma e' cresciuto in giro per l'Italia e ha frequentato il Liceo Scientifico a Taranto e a Brindisi, dove si e' diplomato. In seguito ha frequentato il corso di laurea in Fisica a Pisa, dove si e' laureato nel 1988  e dove ha conseguito il Dottorato di Ricerca nel 1992. Dopo un altro periodo di lavoro  a Pisa,nel 1994 si e' trasferito a Parigi dove ha visitato il Laboratoire Kastler-Brossel della Ecole Normale Superieure e il Laboratoire Aime' Cotton del CNRS.   Nel 1998 si e' trasferito a Nizza dove e' stato ricercatore a contratto del CNRS presso l'Institut Non Lineare de Nice (oggi Laboratoire Ondes et Desordre). Dal 1999 lavora al DIpartimento di Fisica dell'Universita' del Salento e dal 2001 e' ricercatore universitario.

Un curriculum dettagliato puo' essere consultato su

http://www.fisica.unisalento.it/~detomasi/

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Corso di laurea in Fisica, laurea triennale:

Complementi di Fisica Generale

( III anno, secondo semestre)

programma:

https://www.unisalento.it/documents/20152/1408608/Programma.pdf/85273ca4-d994-ad09-3de9-4d74193f0c4a?version=1.0&download=false

Corso di laurea in Fisica, laurea magistrale:

 Tecniche Ottiche per l'ambiente

 programma:

www.unisalento.it/c/document_library/get_file

 

Ricevo gli studenti, per attivita' connesse a questi corsi ma anche per altro, senza limitazioni; tuttavia  consiglio di prendere un appuntamento per telefono 0832 297496 , o e-mail, Ferdinando.DeTomasi@unisalento.it, normalmente rispondo in giornata,

Didattica

A.A. 2019/2020

COMPLEMENTI DI FISICA GENERALE

Corso di laurea FISICA

Tipo corso di studio Laurea

Lingua ITALIANO

Crediti 6.0

Ripartizione oraria Ore Attività frontale: 48.0

Anno accademico di erogazione 2019/2020

Per immatricolati nel 2017/2018

Anno di corso 3

Struttura DIPARTIMENTO DI MATEMATICA E FISICA "ENNIO DE GIORGI"

Percorso PERCORSO COMUNE

Sede Lecce

TECNICHE OTTICHE PER L'AMBIENTE

Corso di laurea FISICA

Tipo corso di studio Laurea Magistrale

Lingua ITALIANO

Crediti 7.0

Ripartizione oraria Ore Attività frontale: 49.0

Anno accademico di erogazione 2019/2020

Per immatricolati nel 2018/2019

Anno di corso 2

Struttura DIPARTIMENTO DI MATEMATICA E FISICA "ENNIO DE GIORGI"

Percorso NANOTECNOLOGIE, FISICA DELLA MATERIA E APPLICATA

Sede Lecce

A.A. 2018/2019

COMPLEMENTI DI FISICA GENERALE

Corso di laurea FISICA

Tipo corso di studio Laurea

Lingua ITALIANO

Crediti 6.0

Ripartizione oraria Ore Attività frontale: 48.0

Anno accademico di erogazione 2018/2019

Per immatricolati nel 2016/2017

Anno di corso 3

Struttura DIPARTIMENTO DI MATEMATICA E FISICA "ENNIO DE GIORGI"

Percorso PERCORSO COMUNE

Sede Lecce

TECNICHE OTTICHE PER L'AMBIENTE

Corso di laurea FISICA

Tipo corso di studio Laurea Magistrale

Lingua ITALIANO

Crediti 7.0

Ripartizione oraria Ore Attività frontale: 49.0

Anno accademico di erogazione 2018/2019

Per immatricolati nel 2017/2018

Anno di corso 2

Struttura DIPARTIMENTO DI MATEMATICA E FISICA "ENNIO DE GIORGI"

Percorso NANOTECNOLOGIE, FISICA DELLA MATERIA E APPLICATA

Sede Lecce

A.A. 2017/2018

COMPLEMENTI DI FISICA GENERALE

Corso di laurea FISICA

Tipo corso di studio Laurea

Lingua ITALIANO

Crediti 6.0

Ripartizione oraria Ore Attività frontale: 48.0

Anno accademico di erogazione 2017/2018

Per immatricolati nel 2015/2016

Anno di corso 3

Struttura DIPARTIMENTO DI MATEMATICA E FISICA "ENNIO DE GIORGI"

Percorso PERCORSO COMUNE

Sede Lecce

TECNICHE OTTICHE PER L'AMBIENTE

Corso di laurea FISICA

Tipo corso di studio Laurea Magistrale

Lingua ITALIANO

Crediti 7.0

Ripartizione oraria Ore Attività frontale: 49.0

Anno accademico di erogazione 2017/2018

Per immatricolati nel 2016/2017

Anno di corso 2

Struttura DIPARTIMENTO DI MATEMATICA E FISICA "ENNIO DE GIORGI"

Percorso NANOTECNOLOGIE, FISICA DELLA MATERIA E APPLICATA

Sede Lecce

A.A. 2016/2017

TECNICHE OTTICHE PER L'AMBIENTE

Corso di laurea FISICA

Tipo corso di studio Laurea Magistrale

Crediti 7.0

Ripartizione oraria Ore Attività frontale: 49.0 Ore Studio individuale: 126.0

Anno accademico di erogazione 2016/2017

Per immatricolati nel 2015/2016

Anno di corso 2

Struttura DIPARTIMENTO DI MATEMATICA E FISICA "ENNIO DE GIORGI"

Percorso NANOTECNOLOGIE, FISICA DELLA MATERIA E APPLICATA

Sede Lecce - Università degli Studi

A.A. 2015/2016

TECNICHE OTTICHE PER L'AMBIENTE

Corso di laurea FISICA

Tipo corso di studio Laurea Magistrale

Crediti 7.0

Ripartizione oraria Ore Attività frontale: 49.0 Ore Studio individuale: 126.0

Anno accademico di erogazione 2015/2016

Per immatricolati nel 2014/2015

Anno di corso 2

Struttura DIPARTIMENTO DI MATEMATICA E FISICA "ENNIO DE GIORGI"

Percorso NANOTECNOLOGIE, FISICA DELLA MATERIA E APPLICATA

Sede Lecce - Università degli Studi

A.A. 2014/2015

TECNICHE OTTICHE PER L'AMBIENTE

Corso di laurea FISICA

Tipo corso di studio Laurea Magistrale

Crediti 8.0

Ripartizione oraria Ore Attività frontale: 64.0 Ore Studio individuale: 136.0

Anno accademico di erogazione 2014/2015

Per immatricolati nel 2013/2014

Anno di corso 2

Struttura DIPARTIMENTO DI MATEMATICA E FISICA "ENNIO DE GIORGI"

Percorso FISICA DELLA MATERIA E APPLICAZIONI BIOMEDICHE E AMBIENTALI

Sede Lecce - Università degli Studi

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COMPLEMENTI DI FISICA GENERALE

Corso di laurea FISICA

Settore Scientifico Disciplinare FIS/01

Tipo corso di studio Laurea

Crediti 6.0

Ripartizione oraria Ore Attività frontale: 48.0

Per immatricolati nel 2017/2018

Anno accademico di erogazione 2019/2020

Anno di corso 3

Semestre Secondo Semestre (dal 17/02/2020 al 29/05/2020)

Lingua ITALIANO

Percorso PERCORSO COMUNE (999)

Sede Lecce

Corsi di Fisica Generale e Metodi Matematici della Fisica

Il corso intende completare la formazione in fisica classica,  introducendo elementi di meccanica dei sistemi continui e un approccio generale alla propagazione di onde in diversi sistemi fisici. 

Gli obiettivi formativi del corso sono:

a) completare la formazione in fisica classica (ovvero non quantistica) dello studente della laurea triennale in fisica. Per ottenere questo risultato:

                     1) si studiano alcuni argomenti che non trovano spazio nei corsi di fisica generale del primo e secondo anno.

                     2) si riprendono degli argomenti gia' trattati con l'ausilio della matematica superiore e dell'introduzione alla fisica teorica del terzo anno.

                     3) Si propone uno sguardo generale alla propagazione per onde che permetta una trattazione comune di ottica ed elettromagnetismo, acustica, meccanica dei continui.

b) gettare un ponte tra gli argomenti di fisica classica e la ricerca contemporanea.


La scelta degli argomenti e' quindi ricaduta su tre aree principali: la meccanica dei sistemi continui ( solidi e fluidi), la propagazione per onde in vari sistemi, l'interazione radiazione elettromagnetica- materia da un punto di vista classico, con particolare riferimento agli scambi di impulso e momento angolare tra luce e materia. 

Lezioni frontali, esercitazioni, esempi numerici.

Esame orale su due argomenti, di cui uno  a scelta dello studente. 

I PARTE : teoria dell’elasticita’

 

TEORIA DELL’ELASTICITA-1’: CASI ELEMENTARI.

Elasticita’ di un corpo isotropo: legge di Hooke e sue generalizzazioni.

Modulo di Young e rapporto di Poisson. Sforzi e deformazioni in parallelepipedi.

Principio di sovrapposizione. Corpi sottoposti a una pressione uniforme. Deformazione di volume.

Sforzi di taglio, sforzo in funzione dell’angolo.

 

TEORIA DELL’ELASTICITA’-2 Torsione di una sbarra.

Trave in compressione, soglia per la flessione.

Equazione per la forma della trave in compressione.

 

DESCRIZIONE DELLA DEFORMAZIONE IN UN SOLIDO.

Deformazione per trazione-compressione in un caso unidimensionale. Sforzi longitudinali.

Onde elastiche per sforzi longitudinali. Onde di torsione in una sbarra.

Onde trasverse e longitudinali. Deformazione in caso di sforzi di taglio.

Introduzione del tensore di deformazione.

 

EQUAZIONE DEL MOTO IN UN SOLIDO.

Tensore di deformazione.

Tensore degli sforzi.Tensore elastico.

Legge di Hooke generalizzata. Elementi indipendenti del tensore elastico.

Caso del solido isotropo. Equazione del moto. Onde elastiche in un solido isotropo.

 

ESEMPI E APPLICAZIONI DI ELASTOSTATICA E ELASTODINAMICA.

Curvatura di una trave vincolata sotto il suo peso.

Propagazione di onde trasverse in una trave, relazione di dispersione.

Oscillazioni di una trave con estremi liberi.

Deformazione di un cilindro elastico sotto l’effetto della gravita’.

Deformazione di un cavo sospeso.

 

II PARTE : elementi di fluidodinamica.

 

STATICA DEI FLUIDI

Tensore degli sforzi in un fluido. Pressione. Isotropia della pressione.

Condizioni di equilibrio in un fluido. Equazione idrostatica. Andamento della pressione atmosferica con la quota.

Equazione del moto per un fluido. Derivata totale. Condizione di incomprimibilita’.

 

DINAMICA DEI FLUIDI IDEALI

Applicazione: gradiente adiabatico secco.

Teorema di Bernoulli.

Esempi: velocita’ di un fluido da un foro in un contenitore; calcolo del tempo di svuotamento. Tubo di Pitot.

Vorticita’. Analogia elettrostatica e magnetostatica per i fluidi ideali.

Fluido ideale attraverso un cilindro. Circolazione. Campo di velocita’ con circolazione costante attorno a un cilindro indefinito.

 

EFFETTI DELLA VISCOSITA’.

Calcolo della forma della superficie in un vortice. Campo di vorticita’.

Descrizione qualitativa dei teoremi di Helmoltz.

Introduzione alla viscosita’.

Moto di un fluido reale tra due cilindri rotanti. Tensore degli sforzi viscosi.

Densita’ di forza viscosa. Equazioni di Navier-Stokes. Numero di Reynolds.

 

DISCUSSIONE DI ALCUNI PROBLEMI DI FLUIDODINAMICA-1

Onde acustiche in un mezzo privo di viscosita’-velocita’ del suono in aria e in acqua

fluido stazionario tra due piani in movimento

Origine dell’attrito viscoso su un corpo. Esempio: gioco del curling.

Fluidi incompressibili in due dimensioni: equazione di diffusione.

Evoluzionedi una distribuzione gaussiana di velocita’.

Attenuazione delle onde di taglio in un fluido

 

DISCUSSIONE DI ALCUNI PROBLEMI DI FLUIDODINAMICA-2

Flusso in un gradiente di pressione: caso planare.

Flusso in un tubo circolare con gradiente di pressione. Legge di Poesuille.

Caduta di pressione nell’ arteria aorta.

Fluido con viscosita’ alta: impostazione della soluzione del problema di una sfera a velocita’ uniforme in un fluido (formula di Stokes).

 

TRATTAZIONE DELLA FORMULA DI STOKES

Derivazione dettagliata della formula di Stokes

Applicazione: velocita’ di caduta di particelle di polvere in atmosfera

 

BOUNDARY LAYER

Introduzione al boundary layer.

Calcolo del profilo di velocita’ di Blasius

 

TURBOLENZA

Equazione di Navier-Stokes in termini di variabili adimensionali.

Definizione del numero di Reynolds. Fenomenologia di un fluido su un cilindro infinito.

Boundary Layer turbolento. Discussione qualitativa delle proprieta’ di un fluido turbolento

 

III PARTE: alcuni aspetti della propagazione per onde.

 

RICHIAMI SU ONDE UNIDIMENSIONALI E BIDIMENSIONALI.

Onde trasverse su catene di masse legate elasticamente. Limite del continuo ed equazione d’onda.

Onde trasverse su griglie elastiche. Tensione superficiale. Equazione d’onda. Onde a fronte d’onda lineare e a simmetria circolare.

Riflessione e trasmissione per stringhe con una discontinuita’. Matrice di scattering. Riflessione e trasmissione per un ””film sottile””. Andamento spettrale della riflessione. Condizione per l’annullamento della riflessione (”strato antiriflesso”).

 

ONDE BIDIMENSIONALI. RIFLESSIONE, RIFRAZIONE, EFFETTOTUNNEL.

Membrana non omogenea con interfaccia rettilineo. Riflessione, rifrazione. Angolo critico e riflessione totale. Effetto tunnel.

 

PROPAGAZIONE GUIDATA.

Campo in 2D di un’onda incidente e riflessa da una parete rigida.

Campo in un canale con due pareti rigide. Frequenza di soglia. Andamento dei modi trasversi. Modello meccanico per la guida d’onda planare.

 

ESEMPI NUMERICI PER PROBLEMI ONDULATORI.

Simulazione in 2D del campo di un’onda incidente insieme alla riflessione.

Calcolo numerico del vettore di propagazione per una guida d’onda dielettrica planare.

Andamento spettrale dei coefficienti di riflessione e trasmissione per una stringa di lunghezza finita e per uno strato antiriflesso.

 

IV PARTE: complementi di elettrodinamica.

 

IMPULSO DEL CAMPO EM

Stima del trasferimento di impulso da un’onda piana polarizzata linearmente a una carica puntiforme.

Calcolo esatto relativistico.

 

IMPULSO DEL CAMPO EM-II

Relazione tra densita’ di impulso e flusso di energia in alcuni casi elementari (particelle e fotoni).

Argomento di Einstein per la definizione dell’impulso della radiazione elettromagnetica.

Conservazione dell’impulso per un sistema campo-cariche;definizione della densita’ di impulso.

Tensore degli sforzi di Maxwell.

 

MOMENTO ANGOLARE DELLA LUCE

Trasferimento di momento angolare da un’onda EM polarizzata circolarmente.

Densita’ di momento angolare. Flusso di momento angolare.

Momento angolare orbitale della luce; caso di un fascio gaussiano di ordine superiore.

 

EFFETTI MECCANICI DELLA RADIAZIONE EM SU ATOMI E MOLECOLE: FORZA DIPOLARE.

Modello atomico dell’elettrone elasticamente legato: calcolo della polarizzabilita’.

Forze su un atomo da parte di un’onda elettromagnetica: pressione di radiazione e forza dipolare.

 

CAUSALITA’ E RELAZIONI DI DISPERSIONE.

Richiamo sulle trasformate di Fourier.

Richiamo sulle proprieta’ delle funzioni olomorfe.

Suscettivita’ dielettrica lineare,causale e indipendente dal tempo.

Relazione tra trasformate di Fourier del campo elettrico e della polarizzazione.

Dispersione e assorbimento. Relazione di dispersione di Kramers-Kroenig.

Applicazione a casi particolari. Dispersione normale e dispersione anomala.

Andamento della dispersione nelle regioni di trasparenza. Frequenza di plasma.


Materiale didattico: testi ( i riferimenti dettagliati sono riportati nell'elenco delle lezioni).

             Alcune animazioni  e filmati consultabili su internet

             Programmi,grafici,animazioni ( utilizzano il software scientifico Igor Pro, 
                     di cui e' disponibile una licenza per i nostri studenti; contattare eventualmente il docente)

             2 files pdf contenenti : 

             1) estratti da "Appunti di Metodi Matematici per la Fisica", Giampaolo Cicogna, Universita' di Pisa, 1981
            ( sistemi lineari causali)

             2) lezione 29 del corso "Wave Propagation in continuous media" del NPTEL ,http://nptel.ac.in
            (onde elastiche in membrane)


Testi:

1)  "The Physics of Waves" , H. Georgi ( scaricabile liberamente)  , GEO 
http://www.people.fas.harvard.edu/~hgeorgi/new.htm

2)  La Fisica di Berkeley, vol III, Onde e Oscillazioni ( disponibile in biblioteca, versione inglese scaricabile), BER

3) "Physics of Waves", Elmore-Heald ( estratti delle parti utili per il corso disponibili dal docente), ELM

4) "Feynman Lectures on Physics" ( disponibile in biblioteca, versione inglese scaricabile), FEY

5)  " Applications of Classical Physics",  Blandford-Thorne ( scaricabile, per alcuni esercizi), THO
    http://www.pmaweb.caltech.edu/Courses/ph136/yr2012/

6) "Modern Classical Physics" , Blandford-Thorne; e' sostanzialmente lo stesso testo del punto precedente ma in versione cartacea,

   disponibile in biblioteca.

7) Lautrup, Physics of continuous systems

 

 

 

Testi:

1)  "The Physics of Waves" , H. Georgi ( scaricabile liberamente)  , GEO 
http://www.people.fas.harvard.edu/~hgeorgi/new.htm

2)  La Fisica di Berkeley, vol III, Onde e Oscillazioni ( disponibile in biblioteca, versione inglese scaricabile), BER

3) "Physics of Waves", Elmore-Heald ( estratti delle parti utili per il corso disponibili dal docente), ELM

4) "Feynman Lectures on Physics" ( disponibile in biblioteca, versione inglese scaricabile), FEY

5)  Blandford-Thorne " Applications of Classical Physics", ( scaricabile), THO
    http://www.pmaweb.caltech.edu/Courses/ph136/yr2012/ 

    Una versione cartacea di questo testo e' disponibile in biblioteca

6) B. Lautrup, "Physics of Continuous Matter"

 

COMPLEMENTI DI FISICA GENERALE (FIS/01)
TECNICHE OTTICHE PER L'AMBIENTE

Corso di laurea FISICA

Settore Scientifico Disciplinare FIS/03

Tipo corso di studio Laurea Magistrale

Crediti 7.0

Ripartizione oraria Ore Attività frontale: 49.0

Per immatricolati nel 2018/2019

Anno accademico di erogazione 2019/2020

Anno di corso 2

Semestre Primo Semestre (dal 14/10/2019 al 24/01/2020)

Lingua ITALIANO

Percorso NANOTECNOLOGIE, FISICA DELLA MATERIA E APPLICATA (A65)

Sede Lecce

Corsi fondamentali della laurea triennale in fisica

Nel corso si applicano i concetti di base dell’ interazione radiazione-materia al remote sensing dell’ambiente, con maggiore riguardo all’atmosfera e cenni alle superfici solide e liquide. Si illustrano quindi le tecniche utilizzate per la rivelazione di aerosol, gas nell’atmosfera, e altri parametri fisici, e i principali strumenti attualmente utilizzati, basati a terra e da satellite.

  • Conoscenze e comprensione

 

Proprieta’ ottiche delle varie componenti dell’atmosfera ( molecole in concentrazione fissa e variabile, idrometeore, aerosol). Strumentazione attiva e passiva per la misura delle proprieta’ ottiche. Algoritmi per dedurre proprieta’ chimico-fisiche dai segnali sperimentali.

 

  • Capacità di applicare conoscenze e comprensione

 

Lo studente sara’ in grado di:

a) interpretare criticamente dati dai principali strumenti di remote sensing ( che in molti casi sono disponibili al pubblico su scala planetaria )

b) contribuire alla messa in opera di sistemi di misura.

 

  • Autonomia di giudizio

 

La caratteristica comune delle tecniche di remote sensing e’ che le misure sono indirette e quindi il risultato ottenuto e’ la conseguenza di un certo numero di ipotesi. E’ necessaria quindi una valutazione di queste ipotesi per stabilire quanto i risultati finali siano attendibili. Questa caratteristica porta intrinsecamente a un aumento della capacita’ di giudizio.

 

  • Abilità comunicative

 

  • Capacità di apprendimento


 

La caratteristica interdisciplinare di questo corso porta naturalmente a un aumento delle capacita’ di apprendimento.

 

Lezioni frontali, esercitazioni e simulazioni numeriche. Nei limiti della disponibilita’ dell’attrezzatura di ricerca presente nel Dipartimento di Matematica e Fisica, si svolgeranno delle esercitazioni di laboratorio.

Esame orale.

Definizione di telerilevamento

Necessita' del telerilevamento

Processi di interazione radiazione materia.

Grandezze misurabili


 

Definizione delle grandezze radiometriche.

Richiamo dei processi di interazione radiazione materia.

Sezioni d'urto.

Equazione del trasporto radiativo.

Spessore ottico.

Forma Integrale dell'equazione del trasporto radiativo.


 

Calcolo della radianza diffusa per atmosfera piano parallela omogenea, in assenza di scattering multiplo.

Richiami di termodinamica dell'atmosfera.

Andamento della pressione e temperatura.

Strati dell'atmosfera.


 

Processi di assorbimento per molecole.

Allargamento di riga.

Cenni agli spettri molecolari.

Spettro di assorbimento dell'atmosfera.

Scattering molecolare e contributo all'estinzione


 

Descrizione dello strato limite planetario.

Descrizione delle principali proprieta' degli aerosol atmosferici.

Distribuzione dimensionale.

Scattering di Mie.

Distribuzioni angolare di una sfera singola.


 

Scattering da aerosol sferici: sezione d'urto differenziale e di estinzione.

Scattering da popolazioni di aerosol.

Andamento spettrale dell'estinzione.

Descrizione del fotometro solare della rete Aeronet.

Quantita' misurabili.

Misure di spessore ottico.

Misure di radiazione diffusa.

Sensibilita' alle particelle grandi.

Kernel per inversione di dati di spessore ottico e diffusione.

Misura del contenuto colonnare di acqua precipitabile.


 

Richiami sulla radiazione laser.

Concetto del LIDAR.

Equazione lidar.

Campo di vista e fattore di sovrapposizione.

Sistema di selezione spettrale.


 

Rivelazione radiazione: fotomoltiplicatori e fotodiodi.

Rivelazione in A/D e conteggio di fotoni.

Applicazioni del segnale elastico a singola lunghezza d'onda.

Lidar ratio.


 

Calcolo del lidar ratio per diversi casi.

Soluzione iterativa dell'equazione lidar.

Soluzione analitica dell'equazione lidar.

Errori statistici e sistematici.


 

Spessore ottico come funzione del lidar ratio.

Effetto Raman vibrazionale.

Lidar Raman.

Calcolo dell'estinzione.

Calcolo del Backscattering.


 

Misure di proprieta' ottiche di aerosol con lidar ad alta risoluzione spettrale.

Laser stabilizzati in frequenza.

Realizzazione di lidar ad alta risoluzione.

Spettro Raman dell'atmosfera ad alta risoluzione.

Misura del vapore acqueo con tecnica Raman.


 

Misura di temperatura nella mesosfera mediante fluorescenza di risonanza.

Misura di temperatura nella mesosfera e stratosfera con lidar elastico o Raman

Misura di temperatura mediante misure di scattering Raman rotazionale


 

Lidar DIAL.

Fonti di errori sistematici.

Esempi.

Lidar Doppler per la misura del vento.

Misura incoerente.Misura coerente.Esempi


 

Principi generali del remote sensing da satellite

Rivelazione di molecole nella regione UV-VIS-NIR

Esempio di determinazione di molecole di NO2.


 

Radiazione termica nell'infrarosso

Spettrometro a trasformata di Fourier

Equazione del trasporto radiativo in assenza di scattering

Funzioni peso

Profili di temperatura da spettri infrarossi

Misura di gas in traccie.


 

Radiazione termica nelle finestre IR

Immagini meteo IR

Misure di temperatura superficiale.

Radiazione termica nelle microonde.

Trasmissione atmosferica.

Misura della temperatura di brillanza.

Assorbimenti di O2 e H2O per misurare profili di temperatura e umidita'.

Emissivita' di diverse superfici.


 

Determinazione di quantit\'a integrate.

Stima delle precipitazioni.

Rivelazione di umidit\'a nel terreno, neve e ghiaccio


 

Effetto degli aerosol su misure di radianza da satellite.

Connessione tra riflettanza delle superfici e atmosfera.

Il sensore MODIS. Descrizione e algoritmi, esempi.

Il sensore MISR. Descrizione e algoritmi, esempi.


 

Simulazione di segnali lidar da atmosfera libera da aerosol.

Determinazione dell'altezza massima degli aerosol dal confronto del segnale sperimentale con quello simulato.

Calcolo dello spessore ottico dal segnale Raman.


 

Errori sistematici nel trattamento del segnale lidar

Calcolo dell'estinzione

Calcolo del backscattering con metodo Raman


 

Il problema dell'inversione dei dati sperimentali.

Esempio di inversione di una equazione di Fredholm.

Illustrazione delle proprieta' di sistemi lineari con autovalori piccoli.

Regolarizzazione.

Applicazione della regolarizzazione ad alcuni casi

particolari: derivata di un segnale numerico, determinazione del lidar ratio con segnali lidar combinati Raman- elastico

Appunti del docente.

 

Claus Weitkamp (ed.) : Lidar. Range resolved Optical Remote Sensing of the Atmosphere. Springer, 2006. (biblioteca)

 

Jaqueline Lenoble : “Atmospheric Radiative Transfer”, Deepak Publishing ,1993, (biblioteca)

 

JM Wallace- PV Hobbs: Atmospheric Science. An introductory survey. (biblioteca)

 

Lenoble, Remer, Tanré (eds): Aerosol Remote sensing, Springer-2013 ( biblioteca)

 

Bohren, Clothiaux: "Fundamentals of Atmospheric Radiation ", 2006 (biblioteca)


 

 

TECNICHE OTTICHE PER L'AMBIENTE (FIS/03)
COMPLEMENTI DI FISICA GENERALE

Corso di laurea FISICA

Settore Scientifico Disciplinare FIS/01

Tipo corso di studio Laurea

Crediti 6.0

Ripartizione oraria Ore Attività frontale: 48.0

Per immatricolati nel 2016/2017

Anno accademico di erogazione 2018/2019

Anno di corso 3

Semestre Secondo Semestre (dal 18/02/2019 al 31/05/2019)

Lingua ITALIANO

Percorso PERCORSO COMUNE (999)

Sede Lecce

Corsi di Fisica Generale e Metodi Matematici della Fisica

Il corso intende completare la formazione in fisica classica,  introducendo elementi di meccanica dei sistemi continui e un approccio generale alla propagazione di onde in diversi sistemi fisici. 

Lezioni frontali, esercitazioni, esempi numerici.

Esame orale su due argomenti, di cui uno  a scelta dello studente. 

Queste note contengono gli argomenti svolti nell'anno accademico 2017/2018. 

Negli anni successivi, il corso potra' evolvere sulla base degli argomenti svolti nei corsi di fisica generale dei primi 2 anni.  


Materiale didattico: testi ( i riferimenti dettagliati sono riportati nell'elenco delle lezioni).

             Alcune animazioni  e filmati consultabili su internet

             Programmi,grafici,animazioni ( utilizzano il software scientifico Igor Pro, 
                     di cui e' disponibile una licenza per i nostri studenti; contattare eventualmente il docente)

             2 files pdf contenenti : 

             1) estratti da "Appunti di Metodi Matematici per la Fisica", Giampaolo Cicogna, Universita' di Pisa, 1981
            ( sistemi lineari causali)

             2) lezione 29 del corso "Wave Propagation in continuous media" del NPTEL ,http://nptel.ac.in
            (onde elastiche in membrane)


Testi:

1)  "The Physics of Waves" , H. Georgi ( scaricabile liberamente)  , GEO 
http://www.people.fas.harvard.edu/~hgeorgi/new.htm

2)  La Fisica di Berkeley, vol III, Onde e Oscillazioni ( disponibile in biblioteca, versione inglese scaricabile), BER

3) "Physics of Waves", Elmore-Heald ( estratti delle parti utili per il corso disponibili dal docente), ELM

4) "Feynman Lectures on Physics" ( disponibile in biblioteca, versione inglese scaricabile), FEY

5)  " Applications of Classical Physics",  Blandford-Thorne ( scaricabile, per alcuni esercizi), THO
    http://www.pmaweb.caltech.edu/Courses/ph136/yr2012/

Le sigle dei testi sono richiamate nell'elenco degli argomenti, specificando dove possibile i singoli paragrafi.


1- Introduzione al corso    

"Argomenti del corso.

Problema dei pendoli accoppiati.

Battimenti"

GEO 
(3.1.1,3.1.2,3.1.3,
3.3,3.3.1,3.3.2,3.3.3,3.3.4 -  alcuni di questi paragrafi non sono stati trattati esplicitamente ma si suppone che gli argomenti siano stati trattati in altri corsi.
3.4,3.4.1) , 

BER  ( cap. 1)

2 - Sistemi con un numero finito di gradi di liberta'    
"Modi normali di un sistema finito.
Forma matriciale delle equazioni del moto.
Simmetrie di un sistema di oscillatori.
Forma dei modi normali in sistemi con simmetria. 
Esempio di sistema con 6 gradi di liberta' e simmetria."

GEO ( c. 4 )

3- Sistemi unidimensionali infiniti di oscillatori accoppiati.    
"Catene infinite di oscillatori. 
Onde progressive come autovettori dell'operatore di traslazione. 
Relazione di dispersione per catene di oscillatori con interazioni locali."

GEO  (5.1,5.2)

4- Condizioni al contorno
"Risoluzione di catene finite di oscillatori tramite condizioni al contorno su sistemi infiniti.

Oscillazioni forzate.

Limite del continuo ed equazione d'onda.

Onde acustiche unidimensionali. Velocita' del suono."

GEO ( 5.3,5.4.5.5      7.1, 7.3 (no 7.3.1,7.3.2) )

5- Sviluppo in serie di Fourier.    
"Modi normali di una corda elastica con estremi fissi.
Serie di Fourier come sviluppo in modi normali, evoluzione temporale.

Esempi numerici.
"

GEO (cap 6)
Animazioni disponibili su internet, per esempio http://www.falstad.com/mathphysics.html

6- Impedenza- Sistemi con attrito.    
"Onde progressive come sovrapposizione di onde stazionarie in un dominio finito. Potenza ceduta e assorbita agli estremi. Impedenza. 

Esercizi su impedenza e potenza. Derivazione termodinamica dell'equazione d'onda per il suono. 

Smorzamento per attrito.

 Onde esponenziali in sistemi con frequenze proibite."

GEO (8.1,8.2,8.5,8.6)  , FEY ( I- c 47)

7- Riflessione - 1
    
"Riflessione nei sistemi unidimensionali.

Formula per una corda con densita' diverse. 

Formula per una corda con densita' e tensioni diverse.
Formulazione in funzione dell'impendenza."

GEO (9.1)

8 -Riflessione-2    

"Esempio numerico di onda progressiva con onda riflessa.
Visualizzazione della posizione del massimo.

Riflessione da una massa su una corda. 
Matrice di trasferimento.
Sistemi di piu' masse."

GEO (9.1)

9 -Applicazioni della matrice di trasferimento    

"Sistemi con piu' masse su una corda elastica: 2 masse, piu' masse disposte regolarmente, piu' masse disordinate.
Corde elastiche non omogenee. 

Film sottili. 
Strati antiriflesso
 Adattamento di impedenza con strati rastremati.
Adattamento di impedenze acustiche.
Sistemi con N strati a impedenza alternata. Caratteristiche spettrali."

GEO (9.3) BER (  5.4 ) 

10 - Pacchetti d'onda    

"Sovrapposizione di onde progressive con frequenze diverse in mezzi non dispersivi e dispersivi.

Velocita' di gruppo
 

Evoluzione di pacchetti d'onda in mezzi dispersivi, approssimazione di relazione lineare.

Coefficienti di riflessione per pacchetti d'onda. Scattering dipendente dalla frequenza.

"

GEO (10), BER ( cap 6)

11- Esercitazioni sui pacchetti d'onda
    
"Calcolo numerico di scattering da una massa su una corda. 

Casualita' e relazioni di dispersione.

Relazione di dispersione per le onde in acqua e calcolo della relazione tra velocita' di fase e velocita' di gruppo. "

GEO (10.4)

12 Esempi numerici  per pacchetti d'onda e dispersione.    

Sovrapposizione di N frequenze equispaziate. Descrizione con i fasori. Calcolo numerico e analitico. Passaggio all'integrale di Fourier. Calcolo numerico della propagazione spaziale nel caso di dispersione lineare e non lineare. Caso gaussiano.

GEO, BER (cap 6)

13 Sistemi  lineari causali    

"Risposta di un sistema lineare causale. Prodotto di convoluzione e trasformata di Fourier. Esempio: polarizzazione di un dielettrico. Relazione tra parte reale e parte immaginaria dell'indice di rifrazione. Proprieta' generali dell'indice di rifrazione  
e della velocita' di gruppo derivate dalla condizione di linearita' e causalita'.  Cenni alla propagazione di un impulso in un mezzo dispersivo."

Materiale supplementare: Sistemi lineari e causalita'

14 Onde in 2 dimensioni    

"Sistema elastico discreto in 2 dimensioni. Vettore d'onda. Relazione di dispersione. Passaggio al continuo, introduzione della tensione superficiale. 
Equazione di D'Alembert bidimensionale e soluzioni tipo ""onda piana"". Onde elastiche in una membrana rettangolare. Soluzione dell'equazione di D'Alembert in simmetria circolare. Equazione di Bessel, funzioni di Bessel. Modi normali di una membrana circolare "

GEO (11.1) 
Materiale supplementare: Equazione d'onda in membrane elastiche
ELM (cap 2)

15 Onde in 2 dimensioni-2. 

Onda evanescente.    " Onda progressiva a simmetria circolare. 
Interfaccia tra due semipiani. Legge di Snell, riflessione totale e onda evanescente.
"

GEO (11.1) 

16 Onde in 2 dimensioni-3. Effetto tunnel, propagazione guidata.    Rifrazione spiegata con il principio di huygens. Esempio numerico. Effetto tunnel da un sistema con 2 interfaccie. Propagazione guidata in una guida rettangolare.

GEO (11.1,11.2), 

17 Onde di gravita' in acqua    

"
Guida d'onda planare basata sulla riflessione totale. Calcolo delle frequenze di propagazione.

GEO (11.4), ELM (2.2,2.3,2.4)

Proprieta' del moto di liquidi incomprimibili. Approssimazione di viscosita' nulla. Proprieta' del vettore spostamento. Necessita' della correlazione tra moto longitudinale e moto trasverso. Proprieta' delle soluzioni di tipo onda progressiva. Derivazione della relazione di dispersione per onde di gravita' ( in assenza di tensione superficiale).
"

GEO (11.5), BER (7.3)

18 Onde di gravita' in acqua -2    

Effetto della tensione superficiale. Relazione di dispersione in presenza di tensione superficiale. Altezza di equilibrio di una goccia d'acqua. Formulazione alternativa per la determinazione della forma d'onda di un'onda progressiva

GEO (11.5), BER (Es 7.33) , ELM (6.3)

19 Esercitazione    

"Modello semplice per oscillazione di plasma. Relazione di dispersione per propagazione di onde in un plasma. Frequenza critica in funzione dell'angolo di incidenza. 

Energia di un'onda progressiva in acqua. Variazione della lunghezza d'onda e dell'ampiezza per variazioni della profondita'."

GEO, ELM (6.5) , BER(2.4 Esempio 6, 4.3 Esempio 7, Es 7.8)

20 Introduzione alla fluidodinamica.    

Equazione della fluidostatica. Soluzione per l'atmosfera isoterma (THO 1213.2.K  Es. 13.1). Derivata totale. Equazione del moto per un fluido. Vorticita'. Caso di fluido incomprimibile.  FLuido stazionario. Teorema di Bernoulli. Esempi di applicazione. Flusso non viscoso su una sfera o cilindro ( paradosso di D'Alembert) .


FEY ( II-40)

21 Introduzione alla fluidodinamica-II

Vorticita'. Interpretazione dell'equazione del moto per la vorticita'. Esempi. Portanza in  un sistema con circolazione. Viscosita'. Sforzo tangenziale. Moto di un liquido tra due cilindri rotanti. Equazione del moto in presenza di viscosita'. 

FEY ( II-40.4,40.5,II-41)

22 Introduzione alla fluidodinamica-III    

"Esempi vari: 1) equazione idrostatica per atmosfera adiabatica, calcolo del gradiente termico secco (THO 1213.2.K  Es. 13.1 b). 
2) Principio di Archimede (THO 1213.2.K  13.3.1)
3) Calcolo del tempo di svuotamento di un secchio con un foro (THO 1213.2.K  Es. 13.7). 
4) Calcolo del profilo di velocita' in un tubo cilindrico, e calcolo del flusso in funzione del gradiente di pressione THO 1213.2.K  13.7.6, es 13.18, leggere enunciato es. 13.19.

Equazione del moto per un fluido viscoso con un cilindro. Definizione del numero di Reynolds e del coefficiente di trascinamento. Descrizione qualitativa del moto in funzione del numero di Reynolds, con proiezione di filmati per illustrare moto laminare, vortici, e turbolenza. 

Descrizione qualitativa del flusso di Couette-Taylor tra due cilindri."

FEY (II-40.5) 

23 Fluidodinamica e onde di superficie.    

"Soluzione dell'equazione di Laplace bidimensionale con condizioni al contorno periodiche: un esempio dall'elettrostatica.
 

Condizioni al contorno per il potenziale di velocita' in un liquido non viscoso, derivate dalle equazioni del moto. 


Soluzione per separazione delle variabili e derivazione della relazione di dispersione."

ELM (6.1, 6.2)

24 Metodo WKB- Diffrazione da una distribuzione arbitraria 2D    

"Metodo WKB: soluzione dell'equazione d'onda per velocita' di fase lentamente variabile. Condizioni di applicabilita' dell'approssimazione. 


ELM (9.1)


Diffrazione: richiamo del principio di Huygens-Fresnel. Distribuzione del campo lontano come trasformata di Fourier bidimensionale della distribuzione di campo iniziale.
"

GEO (13.1)

Testi:

1)  "The Physics of Waves" , H. Georgi ( scaricabile liberamente)  , GEO 
http://www.people.fas.harvard.edu/~hgeorgi/new.htm

2)  La Fisica di Berkeley, vol III, Onde e Oscillazioni ( disponibile in biblioteca, versione inglese scaricabile), BER

3) "Physics of Waves", Elmore-Heald ( estratti delle parti utili per il corso disponibili dal docente), ELM

4) "Feynman Lectures on Physics" ( disponibile in biblioteca, versione inglese scaricabile), FEY

5)  " Applications of Classical Physics",  Blandford-Thorne ( scaricabile, per alcuni esercizi), THO
    http://www.pmaweb.caltech.edu/Courses/ph136/yr2012/

Le sigle dei testi sono richiamate nell'elenco degli argomenti, specificando dove possibile i singoli paragrafi.

COMPLEMENTI DI FISICA GENERALE (FIS/01)
TECNICHE OTTICHE PER L'AMBIENTE

Corso di laurea FISICA

Settore Scientifico Disciplinare FIS/03

Tipo corso di studio Laurea Magistrale

Crediti 7.0

Ripartizione oraria Ore Attività frontale: 49.0

Per immatricolati nel 2017/2018

Anno accademico di erogazione 2018/2019

Anno di corso 2

Semestre Primo Semestre (dal 15/10/2018 al 25/01/2019)

Lingua ITALIANO

Percorso NANOTECNOLOGIE, FISICA DELLA MATERIA E APPLICATA (A65)

Sede Lecce

Corsi fondamentali della laurea triennale in fisica

Nel corso si applicano i concetti di base dell’ interazione radiazione-materia al remote sensing dell’ambiente, con maggiore riguardo all’atmosfera e cenni alle superfici solide e liquide. Si illustrano quindi le tecniche utilizzate per la rivelazione di aerosol, gas nell’atmosfera, e altri parametri fisici, e i principali strumenti attualmente utilizzati, basati a terra e da satellite.

  • Conoscenze e comprensione

 

Proprieta’ ottiche delle varie componenti dell’atmosfera ( molecole in concentrazione fissa e variabile, idrometeore, aerosol). Strumentazione attiva e passiva per la misura delle proprieta’ ottiche. Algoritmi per dedurre proprieta’ chimico-fisiche dai segnali sperimentali.

 

  • Capacità di applicare conoscenze e comprensione

 

Lo studente sara’ in grado di:

a) interpretare criticamente dati dai principali strumenti di remote sensing ( che in molti casi sono disponibili al pubblico su scala planetaria )

b) contribuire alla messa in opera di sistemi di misura.

 

  • Autonomia di giudizio

 

La caratteristica comune delle tecniche di remote sensing e’ che le misure sono indirette e quindi il risultato ottenuto e’ la conseguenza di un certo numero di ipotesi. E’ necessaria quindi una valutazione di queste ipotesi per stabilire quanto i risultati finali siano attendibili. Questa caratteristica porta intrinsecamente a un aumento della capacita’ di giudizio.

 

  • Abilità comunicative

 

  • Capacità di apprendimento


 

La caratteristica interdisciplinare di questo corso porta naturalmente a un aumento delle capacita’ di apprendimento.

 

Lezioni frontali, esercitazioni e simulazioni numeriche. Nei limiti della disponibilita’ dell’attrezzatura di ricerca presente nel Dipartimento di Matematica e Fisica, si svolgeranno delle esercitazioni di laboratorio.

Esame orale.

Definizione di telerilevamento

Necessita' del telerilevamento

Processi di interazione radiazione materia.

Grandezze misurabili


 

Definizione delle grandezze radiometriche.

Richiamo dei processi di interazione radiazione materia.

Sezioni d'urto.

Equazione del trasporto radiativo.

Spessore ottico.

Forma Integrale dell'equazione del trasporto radiativo.


 

Calcolo della radianza diffusa per atmosfera piano parallela omogenea, in assenza di scattering multiplo.

Richiami di termodinamica dell'atmosfera.

Andamento della pressione e temperatura.

Strati dell'atmosfera.


 

Processi di assorbimento per molecole.

Allargamento di riga.

Cenni agli spettri molecolari.

Spettro di assorbimento dell'atmosfera.

Scattering molecolare e contributo all'estinzione


 

Descrizione dello strato limite planetario.

Descrizione delle principali proprieta' degli aerosol atmosferici.

Distribuzione dimensionale.

Scattering di Mie.

Distribuzioni angolare di una sfera singola.


 

Scattering da aerosol sferici: sezione d'urto differenziale e di estinzione.

Scattering da popolazioni di aerosol.

Andamento spettrale dell'estinzione.

Descrizione del fotometro solare della rete Aeronet.

Quantita' misurabili.

Misure di spessore ottico.

Misure di radiazione diffusa.

Sensibilita' alle particelle grandi.

Kernel per inversione di dati di spessore ottico e diffusione.

Misura del contenuto colonnare di acqua precipitabile.


 

Richiami sulla radiazione laser.

Concetto del LIDAR.

Equazione lidar.

Campo di vista e fattore di sovrapposizione.

Sistema di selezione spettrale.


 

Rivelazione radiazione: fotomoltiplicatori e fotodiodi.

Rivelazione in A/D e conteggio di fotoni.

Applicazioni del segnale elastico a singola lunghezza d'onda.

Lidar ratio.


 

Calcolo del lidar ratio per diversi casi.

Soluzione iterativa dell'equazione lidar.

Soluzione analitica dell'equazione lidar.

Errori statistici e sistematici.


 

Spessore ottico come funzione del lidar ratio.

Effetto Raman vibrazionale.

Lidar Raman.

Calcolo dell'estinzione.

Calcolo del Backscattering.


 

Misure di proprieta' ottiche di aerosol con lidar ad alta risoluzione spettrale.

Laser stabilizzati in frequenza.

Realizzazione di lidar ad alta risoluzione.

Spettro Raman dell'atmosfera ad alta risoluzione.

Misura del vapore acqueo con tecnica Raman.


 

Misura di temperatura nella mesosfera mediante fluorescenza di risonanza.

Misura di temperatura nella mesosfera e stratosfera con lidar elastico o Raman

Misura di temperatura mediante misure di scattering Raman rotazionale


 

Lidar DIAL.

Fonti di errori sistematici.

Esempi.

Lidar Doppler per la misura del vento.

Misura incoerente.Misura coerente.Esempi


 

Principi generali del remote sensing da satellite

Rivelazione di molecole nella regione UV-VIS-NIR

Esempio di determinazione di molecole di NO2.


 

Radiazione termica nell'infrarosso

Spettrometro a trasformata di Fourier

Equazione del trasporto radiativo in assenza di scattering

Funzioni peso

Profili di temperatura da spettri infrarossi

Misura di gas in traccie.


 

Radiazione termica nelle finestre IR

Immagini meteo IR

Misure di temperatura superficiale.

Radiazione termica nelle microonde.

Trasmissione atmosferica.

Misura della temperatura di brillanza.

Assorbimenti di O2 e H2O per misurare profili di temperatura e umidita'.

Emissivita' di diverse superfici.


 

Determinazione di quantit\'a integrate.

Stima delle precipitazioni.

Rivelazione di umidit\'a nel terreno, neve e ghiaccio


 

Effetto degli aerosol su misure di radianza da satellite.

Connessione tra riflettanza delle superfici e atmosfera.

Il sensore MODIS. Descrizione e algoritmi, esempi.

Il sensore MISR. Descrizione e algoritmi, esempi.


 

Simulazione di segnali lidar da atmosfera libera da aerosol.

Determinazione dell'altezza massima degli aerosol dal confronto del segnale sperimentale con quello simulato.

Calcolo dello spessore ottico dal segnale Raman.


 

Errori sistematici nel trattamento del segnale lidar

Calcolo dell'estinzione

Calcolo del backscattering con metodo Raman


 

Il problema dell'inversione dei dati sperimentali.

Esempio di inversione di una equazione di Fredholm.

Illustrazione delle proprieta' di sistemi lineari con autovalori piccoli.

Regolarizzazione.

Applicazione della regolarizzazione ad alcuni casi

particolari: derivata di un segnale numerico, determinazione del lidar ratio con segnali lidar combinati Raman- elastico

Appunti del docente.

Claus Weitkamp (ed.) : Lidar. Range resolved Optical Remote Sensing of the Atmosphere. Springer, 2006. (biblioteca)

Jaqueline Lenoble : “Atmospheric Radiative Transfer”, Deepak Publishing ,1993, (biblioteca)

JM Wallace- PV Hobbs: Atmospheric Science. An introductory survey. (biblioteca)

Lenoble, Remer, Tanré (eds): Aerosol Remote sensing, Springer-2013 ( biblioteca)


 

 

TECNICHE OTTICHE PER L'AMBIENTE (FIS/03)
COMPLEMENTI DI FISICA GENERALE

Corso di laurea FISICA

Settore Scientifico Disciplinare FIS/01

Tipo corso di studio Laurea

Crediti 6.0

Ripartizione oraria Ore Attività frontale: 48.0

Per immatricolati nel 2015/2016

Anno accademico di erogazione 2017/2018

Anno di corso 3

Semestre Secondo Semestre (dal 19/02/2018 al 01/06/2018)

Lingua ITALIANO

Percorso PERCORSO COMUNE (999)

Sede Lecce

Corsi di Fisica Generale e Metodi Matematici della Fisica

Il corso intende completare la formazione in fisica classica,  introducendo elementi di meccanica dei sistemi continui e un approccio generale alla propagazione di onde in diversi sistemi fisici. 

Lezioni frontali, esercitazioni, esempi numerici.

Esame orale su due argomenti, di cui uno  a scelta dello studente. 

Queste note contengono gli argomenti svolti nell'anno accademico 2017/2018. 

Negli anni successivi, il corso potra' evolvere sulla base degli argomenti svolti nei corsi di fisica generale dei primi 2 anni.  


Materiale didattico: testi ( i riferimenti dettagliati sono riportati nell'elenco delle lezioni).

             Alcune animazioni  e filmati consultabili su internet

             Programmi,grafici,animazioni ( utilizzano il software scientifico Igor Pro, 
                     di cui e' disponibile una licenza per i nostri studenti; contattare eventualmente il docente)

             2 files pdf contenenti : 

             1) estratti da "Appunti di Metodi Matematici per la Fisica", Giampaolo Cicogna, Universita' di Pisa, 1981
            ( sistemi lineari causali)

             2) lezione 29 del corso "Wave Propagation in continuous media" del NPTEL ,http://nptel.ac.in
            (onde elastiche in membrane)


Testi:

1)  "The Physics of Waves" , H. Georgi ( scaricabile liberamente)  , GEO 
http://www.people.fas.harvard.edu/~hgeorgi/new.htm

2)  La Fisica di Berkeley, vol III, Onde e Oscillazioni ( disponibile in biblioteca, versione inglese scaricabile), BER

3) "Physics of Waves", Elmore-Heald ( estratti delle parti utili per il corso disponibili dal docente), ELM

4) "Feynman Lectures on Physics" ( disponibile in biblioteca, versione inglese scaricabile), FEY

5)  " Applications of Classical Physics",  Blandford-Thorne ( scaricabile, per alcuni esercizi), THO
    http://www.pmaweb.caltech.edu/Courses/ph136/yr2012/

Le sigle dei testi sono richiamate nell'elenco degli argomenti, specificando dove possibile i singoli paragrafi.


1- Introduzione al corso    

"Argomenti del corso.

Problema dei pendoli accoppiati.

Battimenti"

GEO 
(3.1.1,3.1.2,3.1.3,
3.3,3.3.1,3.3.2,3.3.3,3.3.4 -  alcuni di questi paragrafi non sono stati trattati esplicitamente ma si suppone che gli argomenti siano stati trattati in altri corsi.
3.4,3.4.1) , 

BER  ( cap. 1)

2 - Sistemi con un numero finito di gradi di liberta'    
"Modi normali di un sistema finito.
Forma matriciale delle equazioni del moto.
Simmetrie di un sistema di oscillatori.
Forma dei modi normali in sistemi con simmetria. 
Esempio di sistema con 6 gradi di liberta' e simmetria."

GEO ( c. 4 )

3- Sistemi unidimensionali infiniti di oscillatori accoppiati.    
"Catene infinite di oscillatori. 
Onde progressive come autovettori dell'operatore di traslazione. 
Relazione di dispersione per catene di oscillatori con interazioni locali."

GEO  (5.1,5.2)

4- Condizioni al contorno
"Risoluzione di catene finite di oscillatori tramite condizioni al contorno su sistemi infiniti.

Oscillazioni forzate.

Limite del continuo ed equazione d'onda.

Onde acustiche unidimensionali. Velocita' del suono."

GEO ( 5.3,5.4.5.5      7.1, 7.3 (no 7.3.1,7.3.2) )

5- Sviluppo in serie di Fourier.    
"Modi normali di una corda elastica con estremi fissi.
Serie di Fourier come sviluppo in modi normali, evoluzione temporale.

Esempi numerici.
"

GEO (cap 6)
Animazioni disponibili su internet, per esempio http://www.falstad.com/mathphysics.html

6- Impedenza- Sistemi con attrito.    
"Onde progressive come sovrapposizione di onde stazionarie in un dominio finito. Potenza ceduta e assorbita agli estremi. Impedenza. 

Esercizi su impedenza e potenza. Derivazione termodinamica dell'equazione d'onda per il suono. 

Smorzamento per attrito.

 Onde esponenziali in sistemi con frequenze proibite."

GEO (8.1,8.2,8.5,8.6)  , FEY ( I- c 47)

7- Riflessione - 1
    
"Riflessione nei sistemi unidimensionali.

Formula per una corda con densita' diverse. 

Formula per una corda con densita' e tensioni diverse.
Formulazione in funzione dell'impendenza."

GEO (9.1)

8 -Riflessione-2    

"Esempio numerico di onda progressiva con onda riflessa.
Visualizzazione della posizione del massimo.

Riflessione da una massa su una corda. 
Matrice di trasferimento.
Sistemi di piu' masse."

GEO (9.1)

9 -Applicazioni della matrice di trasferimento    

"Sistemi con piu' masse su una corda elastica: 2 masse, piu' masse disposte regolarmente, piu' masse disordinate.
Corde elastiche non omogenee. 

Film sottili. 
Strati antiriflesso
 Adattamento di impedenza con strati rastremati.
Adattamento di impedenze acustiche.
Sistemi con N strati a impedenza alternata. Caratteristiche spettrali."

GEO (9.3) BER (  5.4 ) 

10 - Pacchetti d'onda    

"Sovrapposizione di onde progressive con frequenze diverse in mezzi non dispersivi e dispersivi.

Velocita' di gruppo
 

Evoluzione di pacchetti d'onda in mezzi dispersivi, approssimazione di relazione lineare.

Coefficienti di riflessione per pacchetti d'onda. Scattering dipendente dalla frequenza.

"

GEO (10), BER ( cap 6)

11- Esercitazioni sui pacchetti d'onda
    
"Calcolo numerico di scattering da una massa su una corda. 

Casualita' e relazioni di dispersione.

Relazione di dispersione per le onde in acqua e calcolo della relazione tra velocita' di fase e velocita' di gruppo. "

GEO (10.4)

12 Esempi numerici  per pacchetti d'onda e dispersione.    

Sovrapposizione di N frequenze equispaziate. Descrizione con i fasori. Calcolo numerico e analitico. Passaggio all'integrale di Fourier. Calcolo numerico della propagazione spaziale nel caso di dispersione lineare e non lineare. Caso gaussiano.

GEO, BER (cap 6)

13 Sistemi  lineari causali    

"Risposta di un sistema lineare causale. Prodotto di convoluzione e trasformata di Fourier. Esempio: polarizzazione di un dielettrico. Relazione tra parte reale e parte immaginaria dell'indice di rifrazione. Proprieta' generali dell'indice di rifrazione  
e della velocita' di gruppo derivate dalla condizione di linearita' e causalita'.  Cenni alla propagazione di un impulso in un mezzo dispersivo."

Materiale supplementare: Sistemi lineari e causalita'

14 Onde in 2 dimensioni    

"Sistema elastico discreto in 2 dimensioni. Vettore d'onda. Relazione di dispersione. Passaggio al continuo, introduzione della tensione superficiale. 
Equazione di D'Alembert bidimensionale e soluzioni tipo ""onda piana"". Onde elastiche in una membrana rettangolare. Soluzione dell'equazione di D'Alembert in simmetria circolare. Equazione di Bessel, funzioni di Bessel. Modi normali di una membrana circolare "

GEO (11.1) 
Materiale supplementare: Equazione d'onda in membrane elastiche
ELM (cap 2)

15 Onde in 2 dimensioni-2. 

Onda evanescente.    " Onda progressiva a simmetria circolare. 
Interfaccia tra due semipiani. Legge di Snell, riflessione totale e onda evanescente.
"

GEO (11.1) 

16 Onde in 2 dimensioni-3. Effetto tunnel, propagazione guidata.    Rifrazione spiegata con il principio di huygens. Esempio numerico. Effetto tunnel da un sistema con 2 interfaccie. Propagazione guidata in una guida rettangolare.

GEO (11.1,11.2), 

17 Onde di gravita' in acqua    

"
Guida d'onda planare basata sulla riflessione totale. Calcolo delle frequenze di propagazione.

GEO (11.4), ELM (2.2,2.3,2.4)

Proprieta' del moto di liquidi incomprimibili. Approssimazione di viscosita' nulla. Proprieta' del vettore spostamento. Necessita' della correlazione tra moto longitudinale e moto trasverso. Proprieta' delle soluzioni di tipo onda progressiva. Derivazione della relazione di dispersione per onde di gravita' ( in assenza di tensione superficiale).
"

GEO (11.5), BER (7.3)

18 Onde di gravita' in acqua -2    

Effetto della tensione superficiale. Relazione di dispersione in presenza di tensione superficiale. Altezza di equilibrio di una goccia d'acqua. Formulazione alternativa per la determinazione della forma d'onda di un'onda progressiva

GEO (11.5), BER (Es 7.33) , ELM (6.3)

19 Esercitazione    

"Modello semplice per oscillazione di plasma. Relazione di dispersione per propagazione di onde in un plasma. Frequenza critica in funzione dell'angolo di incidenza. 

Energia di un'onda progressiva in acqua. Variazione della lunghezza d'onda e dell'ampiezza per variazioni della profondita'."

GEO, ELM (6.5) , BER(2.4 Esempio 6, 4.3 Esempio 7, Es 7.8)

20 Introduzione alla fluidodinamica.    

Equazione della fluidostatica. Soluzione per l'atmosfera isoterma (THO 1213.2.K  Es. 13.1). Derivata totale. Equazione del moto per un fluido. Vorticita'. Caso di fluido incomprimibile.  FLuido stazionario. Teorema di Bernoulli. Esempi di applicazione. Flusso non viscoso su una sfera o cilindro ( paradosso di D'Alembert) .


FEY ( II-40)

21 Introduzione alla fluidodinamica-II

Vorticita'. Interpretazione dell'equazione del moto per la vorticita'. Esempi. Portanza in  un sistema con circolazione. Viscosita'. Sforzo tangenziale. Moto di un liquido tra due cilindri rotanti. Equazione del moto in presenza di viscosita'. 

FEY ( II-40.4,40.5,II-41)

22 Introduzione alla fluidodinamica-III    

"Esempi vari: 1) equazione idrostatica per atmosfera adiabatica, calcolo del gradiente termico secco (THO 1213.2.K  Es. 13.1 b). 
2) Principio di Archimede (THO 1213.2.K  13.3.1)
3) Calcolo del tempo di svuotamento di un secchio con un foro (THO 1213.2.K  Es. 13.7). 
4) Calcolo del profilo di velocita' in un tubo cilindrico, e calcolo del flusso in funzione del gradiente di pressione THO 1213.2.K  13.7.6, es 13.18, leggere enunciato es. 13.19.

Equazione del moto per un fluido viscoso con un cilindro. Definizione del numero di Reynolds e del coefficiente di trascinamento. Descrizione qualitativa del moto in funzione del numero di Reynolds, con proiezione di filmati per illustrare moto laminare, vortici, e turbolenza. 

Descrizione qualitativa del flusso di Couette-Taylor tra due cilindri."

FEY (II-40.5) 

23 Fluidodinamica e onde di superficie.    

"Soluzione dell'equazione di Laplace bidimensionale con condizioni al contorno periodiche: un esempio dall'elettrostatica.
 

Condizioni al contorno per il potenziale di velocita' in un liquido non viscoso, derivate dalle equazioni del moto. 


Soluzione per separazione delle variabili e derivazione della relazione di dispersione."

ELM (6.1, 6.2)

24 Metodo WKB- Diffrazione da una distribuzione arbitraria 2D    

"Metodo WKB: soluzione dell'equazione d'onda per velocita' di fase lentamente variabile. Condizioni di applicabilita' dell'approssimazione. 


ELM (9.1)


Diffrazione: richiamo del principio di Huygens-Fresnel. Distribuzione del campo lontano come trasformata di Fourier bidimensionale della distribuzione di campo iniziale.
"

GEO (13.1)

Testi:

1)  "The Physics of Waves" , H. Georgi ( scaricabile liberamente)  , GEO 
http://www.people.fas.harvard.edu/~hgeorgi/new.htm

2)  La Fisica di Berkeley, vol III, Onde e Oscillazioni ( disponibile in biblioteca, versione inglese scaricabile), BER

3) "Physics of Waves", Elmore-Heald ( estratti delle parti utili per il corso disponibili dal docente), ELM

4) "Feynman Lectures on Physics" ( disponibile in biblioteca, versione inglese scaricabile), FEY

5)  " Applications of Classical Physics",  Blandford-Thorne ( scaricabile, per alcuni esercizi), THO
    http://www.pmaweb.caltech.edu/Courses/ph136/yr2012/

Le sigle dei testi sono richiamate nell'elenco degli argomenti, specificando dove possibile i singoli paragrafi.

COMPLEMENTI DI FISICA GENERALE (FIS/01)
TECNICHE OTTICHE PER L'AMBIENTE

Corso di laurea FISICA

Settore Scientifico Disciplinare FIS/03

Tipo corso di studio Laurea Magistrale

Crediti 7.0

Ripartizione oraria Ore Attività frontale: 49.0

Per immatricolati nel 2016/2017

Anno accademico di erogazione 2017/2018

Anno di corso 2

Semestre Primo Semestre (dal 16/10/2017 al 26/01/2018)

Lingua ITALIANO

Percorso NANOTECNOLOGIE, FISICA DELLA MATERIA E APPLICATA (A65)

Sede Lecce

TECNICHE OTTICHE PER L'AMBIENTE (FIS/03)
TECNICHE OTTICHE PER L'AMBIENTE

Corso di laurea FISICA

Settore Scientifico Disciplinare FIS/03

Tipo corso di studio Laurea Magistrale

Crediti 7.0

Ripartizione oraria Ore Attività frontale: 49.0 Ore Studio individuale: 126.0

Per immatricolati nel 2015/2016

Anno accademico di erogazione 2016/2017

Anno di corso 2

Semestre Primo Semestre (dal 17/10/2016 al 03/02/2017)

Lingua

Percorso NANOTECNOLOGIE, FISICA DELLA MATERIA E APPLICATA (A65)

Sede Lecce - Università degli Studi

TECNICHE OTTICHE PER L'AMBIENTE (FIS/03)
TECNICHE OTTICHE PER L'AMBIENTE

Corso di laurea FISICA

Settore Scientifico Disciplinare FIS/03

Tipo corso di studio Laurea Magistrale

Crediti 7.0

Ripartizione oraria Ore Attività frontale: 49.0 Ore Studio individuale: 126.0

Per immatricolati nel 2014/2015

Anno accademico di erogazione 2015/2016

Anno di corso 2

Semestre Primo Semestre (dal 19/10/2015 al 22/01/2016)

Lingua

Percorso NANOTECNOLOGIE, FISICA DELLA MATERIA E APPLICATA (A65)

Sede Lecce - Università degli Studi

TECNICHE OTTICHE PER L'AMBIENTE (FIS/03)
TECNICHE OTTICHE PER L'AMBIENTE

Corso di laurea FISICA

Settore Scientifico Disciplinare FIS/03

Tipo corso di studio Laurea Magistrale

Crediti 8.0

Ripartizione oraria Ore Attività frontale: 64.0 Ore Studio individuale: 136.0

Per immatricolati nel 2013/2014

Anno accademico di erogazione 2014/2015

Anno di corso 2

Semestre Primo Semestre (dal 20/10/2014 al 23/01/2015)

Lingua

Percorso FISICA DELLA MATERIA E APPLICAZIONI BIOMEDICHE E AMBIENTALI (A29)

Sede Lecce - Università degli Studi

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Tesi

Possibili argomenti di tesi per la Laurea triennale in fisica: 

Scattering da particelle sferiche    
Momento angolare della radiazione elettromagnetica    
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