00405 - FISICA (L-Z)

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 alla Fisica.

Grandezza fisica e sue dimensioni. Sistemi di unità di misura e costanti fondamentali, equazioni dimensionali. Vettori ed elementi di algebra vettoriale.

Meccanica.

Cinematica del punto meteriale: moto uniforme e uniformemente accelerato, moto armonico, moto circolare uniforme e loro combinazioni in piú dimensioni.

Principi della dinamica.

Campo di forze e sua descrizione:  forze gravitazionali, elettriche e magnetiche, forza elastica e di attrito. Esempi ed applicazioni in campo biomedico.

Definizione di lavoro ed energia; campi di forze conservative, energia potenziale, conservazione dell'energia meccanica e dell'energia totale.

Momenti: applicazione alle leve muscolari

Statica: equilibrio statico e dinamico.

Meccanica dei fluidi.

Descrizione e proprietà dei fluidi; densità pressione etc.

Equilibrio nei fluidi, leggi di Archimede, Pascal, Stevino. Esperienza di Torricelli.

Equazione di continuità. Portata di un condotto. Teorema di Torricelli

Teorema di Bernoulli, conseguenze e applicazioni.

Fluidi reali, viscosità, legge di Poiseuille; resistenza viscosa. 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.

Fenomeni ondulatori

Oscillatore armonico: oscillazioni libere, smorzate, forzate e risonanza.

Rappresentazione del moto ondulatorio: propagazione, principio di sovrapposizione. Velocità ed energia di un onda, onde stazionarie. Fenomeni ondulatori: interferenza e diffrazione.

Acustica: suoni e loro caratteristiche  (altezza, intensità, timbro). Teorema di Fourier, definizione di Decibel; ultrasuoni ed effetto Doppler (applicazioni all'ecografia)

Termodinamica.

Definizione di stato e sistema termodinamico. Primo principio: lavoro, calore ed energia interna. Trasformazoni termodinamiche, passaggi di stato e transizioni di fase.

Calori specifici e calori latenti. 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)

Ottica.

Leggi principali dell'ottica geometrica: riflessione, rifrazione dispersione. Specchi e lenti, formula dei punti coniugati.

Cenni di strumenti ottici e microscopi.

Ottica fisica: interferenza, diffrazione, natura ondulatoria della luce e ottica elettronica.

Fenomeni elettrici e magnetici.

Elettrostatica, legge di Coulomb. roprietà del campo elettrostatico: distribuzioni di carica. Energia potenziale di una distribuzione di carica, teorema di Gauss.

Energia potenziale e potenziale elettrico, lavoro elettrico.

Mezzi conduttori: induzione, condensatore. Mezzi dielettrici: dipoli e polarizzazione.

Cariche in moto: intensità e densità di corrente. Semplici circuiti elettrici e leggi di Ohm. Circuiti con soli resistori; circuiti con resistori e condensatori. Effetto termico della corrente. Potenziali bioelettrici.

Il campo magnetico: proprietà del campo magnetico, forza magnetica e forza di Lorentz. Flusso di campo magnetico ed induzione elettromagnetica.

Applicazioni della legge dell'induzione (in particolare trasformatore e alternatore-motore elettrico). Cenno sulle equazioni di Maxwell, onde elettromagnetiche.

Spettro Elettromagnetico, sue proprietà e classificazione delle onde elettromagnetiche. Radiazione elettromagnetica. Interazione radiazione elettromagnetica e materia.

Radioattività e cenni di fisica moderna.

Fisica moderna: introduzione alla fisica quantistica. 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

ELEMENTI DI FISICA IN MEDICINA E BIOLOGIA G. Castellani - D. RemondiniEd. Bononia University Press 2014

Metodi didattici

Lezioni frontali (lavagna e slides) ed esercitazioni svolte in classe e fornite agli studenti per esercitarsi a casa.

Modalità di verifica e valutazione dell'apprendimento

Prove scritta finale, composta da esercizi, domande a risposta multipla e domande aperte.

Strumenti a supporto della didattica

Lezioni frontali
Esercitazioni
Slides in formato pdf delle lezioni

Orario di ricevimento

Consulta il sito web di Daniel Remondini