00405 - FISICA

Conoscenze e abilità da conseguire

Al termine del corso lo studente: - conosce i concetti fondamentali di applicazione del Metodo Scientifico allo studio dei fenomeni biomedici ( scelta e misura dei parametri, valutazione degli errori, analisi statistica, modello matematico); - è in grado di descrivere i fenomeni fisici dei sistemi complessi utilizzando gli strumenti matematici adeguati e valutando quantitativamente i vari processi; - conosce le basi scientifiche delle procedure mediche ed i principi di funzionamento degli strumenti utilizzati nella pratica diagnostica e terapeutica.

Contenuti

Introduzione

Grandezze fisiche. Sistemi di unità di misura. Equazioni dimensionali. Vettori ed elementi di algebra vettoriale. Cenni di metodologia delle misure e di teoria dell'errore.

Cinematica del punto materiale

Sistemi di riferimento. Moto in una dimensione. Legge oraria.
Velocità ed accelerazione. Moto uniforme, moto uniformemente accelerato.
Moto circolare uniforme. Moto armonico. Moto relativo.

Dinamica

I tre principi della dinamica. Sistemi inerziali e non inerziali. Principio di conservazione della quantità di moto. Forze. Forza peso e accelerazione di gravità. Legge di gravitazione. Forza di attrito. Forze elastiche. Concetto di campo di forze e sua descrizione. Applicazioni dell'equazione del moto in alcuni casi particolari di interesse biomedico. 

Lavoro e Energia

Lavoro. Energia cinetica. Teorema dell'energia cinetica. Forze conservative. Energia potenziale. Conservazione dell'energia. Momento di una forza. Momento angolare. Leve (applicazione alle leve muscolari). Legge della gravitazione universale (cenni sul moto dei pianeti). Equilibrio statico e dinamico.

Fluidi

Pressione. Densità. Leggi fondamentali dell'idrostatica. Principio di Pascal. Legge di Stevino. Spinta di Archimede. Esperienza di Torricelli. Fluidi ideali. Portata. Equazione di continuità. Equazione di Bernoulli. Fluidi reali. Viscosità. Legge di Poiseuille. Velocità di sedimentazione. Centrifughe. Moto di fluidi viscosi in regime laminare e turbolento. Circuiti idrodinamici: resistenza dei vasi, misura della pressione e della velocità di un fluido in un condotto. Cenni di emodinamica. Tensione superficiale, capillarità, alveoli polmonari e tensioattivi, embolia gassosa.

Onde, oscillazioni e acustica

Oscillatore armonico: oscillazioni libere, smorzate, forzate e risonanza. Rappresentazione del moto ondoso, propagazione, principio di sovrapposizione,velocità ed energia di un onda, onde trasversali e longitudinali, onde stazionarie, interferenza diffrazione battimenti. Suoni e loro caratteristiche soggettive (altezza, intensità, timbro). Teorema di Fourier. Definizione di Decibel. Ultrasuoni ed effetto Doppler (cenno sull'ecografia).

Termodinamica

Temperatura. Calore. Principi della termodinamica. Trasmissione del calore. Energia interna. Passaggi di stato e transizioni di fase. Calore latente. Calore specifico. Cenni alla teoria cinetica dei gas. Trasformazioni a pressione costante. Entalpia. Il secondo principio della termodinamica. Entropia e suo significato statistico. Potenziali termodinamici. Lavoro osmotico ed equilibri osmotici. Cenno su Temodinamica e Biologia (funzioni entalpia,energia libera e applicazioni al metabolismo).

Elettromagnetismo

Carica elettrica. Legge di Coulomb. Campo elettrico e teorema di Gauss. Linee di campo. Dipolo elettrico. Dipolo in un campo elettrico. Potenziale elettrico. Condensatori e Capacità. Dielettrici. Corrente elettrica. Legge di Ohm. Resistenze in serie ed in parallelo. Circuiti con soli resistori; circuiti con resistori e condensatori ad una maglia: bilancio energetico. Effetto termico della corrente. Potenziali bioelettrici.

Campo magnetico. Forza di Lorentz. Spettrometro di massa. Induzione elettromagnetica. Legge di Faraday-Lenz. Cenno sulle equazioni di Maxwell, onde elettromagnetiche.

Onde elettromagnetiche

Spettro elettromagnetico. Radiazioni ionizzanti e non ionizzanti. Proprietà ondulatorie della luce. Riflessione e rifrazione. Riflessione totale e fibre ottiche. Interferenza. Diffrazione. Diffrazione dei raggi X e struttura delle molecole biologiche. Interazione radiazione elettromagnetica e materia.

Ottica geometrica

Specchi. Lenti. Indice di rifrazione. Legge di Snell. Legge del costruttore di lenti. L'occhio: punto prossimo e acuità visiva. Ingrandimento lineare ed angolare. Lente di ingrandimento. Microscopio ottico.

Radioattività e cenni di fisica moderna

Cenni sulla relatività. Introduzione alla fisica quantistica: corpo nero; concetto di fotone; effetto fotoelettrico; effetto Compton; spettri discreti e livelli energetici (atomo di Bohr). Dualismo onda-corpuscolo, equazione di De Broglie; interpretazione probabilistica della funzione d'onda, principio di indeterminazione. Struttura e proprietà del nucleo atomico. Radioattività, decadimento radioattivo; cenno su radioisotopi e medicina. Raggi X: natura, generazione e interazione con la materia; cenno sulle applicazioni mediche (radiologia). Cenni su: TAC, LASER, PET, NMR

Testi/Bibliografia

D.C. GIANCOLI - FISICA: Con Fisica Moderna - Terza Edizione. Casa Editrice Ambrosiana

D. HALLIDAY, R. RESNICK, J. WALKER - Fondamenti di Fisica - Casa Editrice Ambrosiana

G. CASTELLANI, D. REMONDINI - Elementi di Fisica in Medicina e Biologia - Bononia University Press 2014 

F. BORSA, D. SCANNICCHIO - Fisica con applicazioni in biologia e in medicina - EDISES Napoli

Metodi didattici

Lezioni in aula ed esercizi.

Modalità di verifica e valutazione dell'apprendimento

La prova scritta dura 40 minuti ed è costituita da 5 esercizi e 10 domande teoriche a risposta multipla. Ogni esercizio svolto correttamente vale 3 punti. Ogni domanda teorica svolta correttamente vale 1,5 punti. La prova scritta si considera superata se si raggiunge un minimo di 18 punti.

La prova scritta mira ad accertare le abilità acquisite nel risolvere problemi nell'ambito delle tematiche affrontate e l'apprendimento di un metodo scientifico di approccio ai problemi.

L'uso di una calcolatrice scientifica è consentito e consigliato durante la prova scritta, mentre non è permesso l'uso di appunti o libri. Smartphone, smartwatch, tablet, computer portatili o altri dispositivi elettronici non sono consentiti.

Strumenti a supporto della didattica

Lezioni frontali
Esercitazioni
Slides in formato pdf delle lezioni

Orario di ricevimento

Consulta il sito web di Claudia Sala