58200 - FISICA APPLICATA

Anno Accademico 2020/2021

  • Docente: Giuseppe Baldazzi
  • Crediti formativi: 5
  • SSD: FIS/07
  • Lingua di insegnamento: Italiano
  • Modalità didattica: Convenzionale - Lezioni in presenza
  • Campus: Bologna
  • Corso: Laurea Magistrale a Ciclo Unico in Odontoiatria e protesi dentaria (cod. 8204)

Conoscenze e abilità da conseguire

Al termine del corso lo studente possiede una preparazione che gli consenta di conoscere i principi generali della fisica, con riferimento alle principali implicazioni in campo biomedico. In particolare è in grado di: • applicare le leggi della statica alle articolazioni del corpo umano, inclusa la mandibola; • applicare le leggi generali della meccanica e quelle dei fluidi al circuito idrodinamico del sangue; • conoscere e applicare ai principali fenomeni biologici i concetti base di elettricità' e magnetismo; • conoscere i principi di funzionamento e i limiti delle principali strumentazioni impiegate in campo biomedico;

Contenuti

Introduzione alla Fisica (Misura, incertezza, stime leggi)

Definizione operativa di grandezza fisica e sue dimensioni. Sistemi di unità di misura, costanti fondamentali, equazioni dimensionali. Scalari, vettori, elementi di algebra vettoriale. Metodi di misura e cenni di teoria degli errori. Grandezze infinitesime e finite.

Meccanica

Cinematica del punto materiale: moto uniforme, moto uniformemente accelerato, moto armonico,moto circolare uniforme, moti relativi.

I tre principi della dinamica; sistemi inerziali e non inerziali. Principio di conservazione della quantità di moto;

Campo di forze e sua descrizione; vari tipi di forze: forze gravitazionali, forze elettriche, forze magnetiche, forze elastiche.

Applicazioni di interesse biomedico dell'equazione del moto.

Concetti di lavoro ed energia: calcolo del lavoro; campi di forze conservative: energia potenziale, energia cinetica, conservazione dell'energia meccanica e dell'energia totale.

Momento angolare e momento delle forze.

Legge della gravitazione universale e moto dei pianeti.

Equazioni principali della statica; le leve. Forze elastiche e viscose.

Equilibrio statico e dinamico.

Meccanica dei fluidi

Proprietà dei fluidi: densità, pressione etc.

Statica dei fluidi: leggi di Archimede, Pascal, Stevino. Esperienza di Torricelli.

Dinamica dei fluidi: equazione di continuità. Portata di un condotto. Teorema di Torricelli

Classificazione del moto dei fluidi.

Teorema di Bernoulli: conseguenze e applicazioni.

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

Moto laminare e turbolento di fluidi viscosi.

Circuiti idrodinamici: resistenza dei vasi, misura della pressione e della velocità di un fluido in un condotto.

Accenni di emodinamica

Tensione superficiale: equazione di Laplace, alveoli polmonari e tensioattivi e concetto di embolia gassosa, capillarità.

Onde, oscillazioni e acustica

Vari tipi di oscillazioni: oscillazioni libere, smorzate, forzate e risonanza.

Rappresentazione del moto ondoso e sua propagazione, principio di sovrapposizione, concetti di velocità ed energia di un onda, onde trasversali e longitudinali, onde stazionarie, interferenza tra onde, diffrazione e battimenti.

Suoni e loro caratteristiche: altezza, intensità, timbro; Teorema di Fourier, definizione di Decibel; ultrasuoni ed effetto Doppler con cenni all'ecografia.

Termodinamica

Concetti di stato termodinamico e sistema termodinamico, lavoro in termodinamica, primo principio della Termodinamica 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: l'Entalpia.

Il secondo principio della termodinamica: concetto di Entropia e suo significato statistico.

Potenziali termodinamici.

Lavoro osmotico ed equilibri osmotici; Temodinamica e Biologia con definizioni di: funzione entalpia,funzione energia libera; applicazioni al metabolismo.

Ottica

Principali leggi di ottica geometrica: la riflessione, la rifrazione, la dispersione .

Lenti e specchi e formula dei punti coniugati.

Strumenti ottici e microscopi: nicroscopio ottico composto, microscopio a contrasto di fase, microscopio elettronico.

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

Elettromagnetismo

Elettrostatica: legge di Coulomb, teorema di Gauss per il campo elettrico.

Energia potenziale elettrica, potenziale elettrico, lavoro elettrico.

Proprietà del campo elettrostatico: distribuzioni di carica e loro energia potenziale.

I conduttori; induzione; il condensatore. I dielettrici: dipolo, concetto di polarizzazione, campo generato da un dielettrico polarizzato.

Cariche in moto: concetti di intensità e densità di corrente.

Circuiti elettrici elementari e leggi di Ohm.

Circuiti con resistori e condensatori ad una maglia: bilancio energetico.

Effetto termico della corrente (effetto Joule). Potenziali bioelettrici.

Il campo magnetico: proprietà del campo magnetico, forza magnetica e forza di Lorentz.

Flusso del campo magnetico ed induzione elettromagnetica.

Applicazioni della legge dell'induzione (trasformatore e alternatore). Equazioni di Maxwell ed onde elettromagnetiche.

Spettro Elettromagnetico: proprietà e classificazione delle onde elettromagnetiche.

Radiazione elettromagnetica. Interazione radiazione-materia.

La Radiazione e.m. e la scoperta dei raggi X

Radiazione elettromagnetica.

Lo spettro delle onde elettromagnetiche. Radiazione ionizzante.

Il modello corpuscolare. Dualismo onda–corpuscolo.

Modelli atomici, quantizzazione, principio di indeterminazione.

Principio del LASER.

La scoperta dei raggi X. Bremsstrahlung.

Lo spettro dei raggi X: spettro continuo e Bremsstrahlung,

spettro a righe raggi X caratteristici.

Radioattività naturale e artificiale.

Interazione della Radiazione con la Materia

Interazione dei raggi X e gamma con la materia.

Intensità, Fluenza, sezione d’urto e coefficiente di attenuazione lineare.

Diffusione classica (Scattering di Rayleigh).

Effetto fotoelettrico.

Effetto Compton.

Elementi di tecnologia radiologica

Il tubo RX, struttura del catodo, filamento, coppa focalizzatrice, struttura dell’anodo, anodo fisso e rotante.

Qualità del fascio (lo SEV).

Parametri estrinseci: kVp, corrente anodica (mA), mAs, filtrazione e loro influenza.

Formazione dell’immagine radiologica.

Radioattività e cenni di fisica moderna

Fisica moderna: cenni sulla relatività; introduzione ai concetti di fisica quantistica: il corpo nero; concetto di fotone; effetto fotoelettrico; effetto Compton; spettri discreti e livelli energetici (atomo di Bohr)

Dualismo onda-corpuscolo, equazione di De Broglie; funzione d'onda e sua interpretazione probabilistica, principio di Heisenberg.

Struttura e proprietà del nucleo atomico

Radioattività, decadimento radioattivo; cenno su radioisotopi e medicina

Raggi X: natura, generazione e interazione con la materia, applicazioni mediche (radiologia).

Cenni alle tecniche: NMR, TAC, LASER, PET

Testi/Bibliografia

0) Consuntivo di Analisi Matematica per le Matricole universitarie: Numeri complessi (forma numerica ed esponenziale), Derivazione e suo significato, Funzioni e Grafico delle Funzioni, Integrazione di Riemann indefinita e definita e teoremi integrali.

1) Dispense del docente al sito: http://amscampus.cib.unibo.it/

2) Giancoli – Fisica con fisica moderna (seconda edizione) – Casa Editrice Ambrosiana

3) Scannicchio – Fisica Biomedica – EDISES 

4) Gastone Castellani - Elementi di fisica in medicina e biologia – Bononia University Press

Metodi didattici

Lezioni frontali.

Slide di Power Point, applet didattici, filmati.

Modalità di verifica e valutazione dell'apprendimento

Esame orale comprensivo di esercitazioni.

Strumenti a supporto della didattica

Dispense del docente (slide di Power Point).

Orario di ricevimento

Consulta il sito web di Giuseppe Baldazzi

SDGs

Salute e benessere Istruzione di qualità

L'insegnamento contribuisce al perseguimento degli Obiettivi di Sviluppo Sostenibile dell'Agenda 2030 dell'ONU.