58200 - FISICA APPLICATA

Scheda insegnamento

Anno Accademico 2018/2019

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;

Programma/Contenuti

1. Misura, incertezza, stime leggi
    1.1 Definizione operativa di grandezza fisica e sue dimensioni
    1.2 Sistemi di unità di misura e costanti fondamentali, equazioni dimensionali
    1.3 Metodologia delle misure e di teoria dell'errore
    1.4 La legge fisica. Rappresentazioni della legge fisica
    1.5 Interpolazione ed estrapolazione
    1.6 Elementi di algebra vettoriale
    1.7 Esempi e problemi applicati ad alcuni casi particolari di interesse biomedico

2. Meccanica
    2.1 Cinematica
       2.1.1 Posizione, spostamento, velocità, accelerazione
       2.1.2 Composizione dei moti
    2.2 dinamica
       2.2.1 Equazione fondamentale per la risoluzione del problema della dinamica
       2.2.2 Forze elastiche e viscose
       2.2.3 Definizione di lavoro ed energia
          2.2.3.1 Il problema del calcolo del lavoro
          2.2.3.2 Campi di forze conservative
          2.2.3.3 Energia potenziale
          2.2.3.4 Conservazione dell'energia meccanica e dell'energia totale
          2.2.3.5 Quantità di moto. Urti e impulso
       2.2.5 Moto circolare, moto rotatorio
    2.3 Equilibrio dei corpi
       2.3.1 Prima condizione di equilibrio
       2.3.2 Seconda condizione di equilibrio
       2.3.3 Equilibrio statico e dinamico.
    2.4 Esempi e problemi applicati ad alcuni casi particolari di interesse biomedico

3. Meccanica dei solidi
    3.1 Curva sforzo-deformazione per i solidi (Legge di Hook, Modulo di Young)
    3.2 Sforzi di compressione, trazione, flessione, torsione
    3.3 Tenacità, energia e carico di rottura
    3.4 Applicazione all’osso (struttura trabecolare e collagene), modalità di frattura
    3.5 Struttura trabecolare dell’osso mandibolare
    3.6 Sforzo di taglio (shear stress) e applicazione alle pareti dei vasi sanguigni
    3.7 Pareti vasali: attivazione muscolare e meccanismo di feedback
    3.8 Esempi e problemi applicati alla biomeccanica del corpo umano

4. Meccanica dei fluidi
    4.1 Classificazione del moto dei fluidi. Equilibrio nei fluidi
    4.2 Principio di Pascal
    4.3 Pressione idrostatica
    4.4 Principio dello sfigmomanometro a colonna di mercurio
    4.5 Spinta di Archimede
    4.6 Tensione superficiale
    4.7 Legge di Laplace
    4.8 Capillarità (legge di Jurin)
    4.9 Equazione di continuità. Portata di un condotto
    4.10 Teorema di Bernoulli
    4.11 Moto di fluidi viscosi in regime laminare e turbolento
    4.12 Legge di Hagen-Poiseuille
    4.13 Circuiti idrodinamici
    4.14 Moto di un liquido viscoso in un condotto (sistema cardiovascolare)
    4.15 Moto di un corpo in un fluido viscoso - legge di Stokes
    4.16 Esempi e problemi applicati ad alcuni casi particolari di interesse biomedico

5. Oscillazioni e Onde - Acustica
    5.1 Moto armonico. Oscillazioni smorzate
    5.2 Oscillazioni forzate e risonanza
    5.3 Rappresentazione del moto ondoso, velocità ed energia di un’onda
    5.4 Onde trasversali e longitudinali, onde stazionarie
    5.5 Interferenza diffrazione battimenti
    5.6 Onde acustiche, ultrasuoni, ecografia
    5.7 Esempi e problemi applicati ad alcuni casi particolari di interesse biomedico

6. Termodinamica
    6.1 Temperatura e teoria cinetica
    6.2 Definizione di stato e sistema termodinamico il lavoro in termodinamica
    6.3 Il primo principio e l'energia interna
    6.4 Trasformazioni termodinamiche, transizioni di fase
    6.5 Calori specifici e calori latenti
    6.6 Trasformazioni a pressione costante: Entalpia
    6.7 Il secondo principio della termodinamica: Entropia
    6.8 Potenziali termodinamici
    6.9 Lavoro osmotico ed equilibri osmotici
    6.10 Esempi e problemi applicati ad alcuni casi particolari di interesse biomedico

7. Elettricità e Magnetismo
    7.1 Elettrostatica, legge di Coulomb
    7.2 Proprietà del campo elettrostatico. Distribuzioni di carica
    7.3 Energia potenziale di una distribuzione di carica
    7.4 Conduttori e dielettrici; il condensatore. Dipolo elettrico; la polarizzazione
    7.5 Cariche in moto: definizione di intensità e densità di corrente
    7.6 La differenza di potenziale. Effetto Joule. Potenza elettrica
    7.7 Il campo magnetico: proprietà del campo magnetico
    7.8 Legge di Faraday-Neumann-Lentz
    7.9 Elettromagnetismo e leggi di Maxwell (cenni)
    7.10 Esempi e applicazioni: Potenziali bioelettrici, Membrane, Strumenti medicali

8. La Fisica moderna
    8.1 Lo spettro delle onde elettromagnetiche. Radiazione ionizzante.
    8.1 Il modello corpuscolare. Dualismo onda–corpuscolo.
    8.3 Modelli atomici, quantizzazione, principio di indeterminazione.
    8.4 Effetto fotoelettrico.
    8.5 Effetto Compton.
    8.6 Principio del LASER.
    8.7 La scoperta dei raggi X
    8.8 Radioattività

9. Elementi di tecnologia radiologica
    9.1 Il tubo RX
    9.2 Qualità del fascio (lo SEV)
    9.3 Parametri estrinseci: kVp, corrente anodica (mA), mAs, filtrazione e loro influenza
    9.5 Formazione dell’immagine radiologica

10. Ottica
    10.1 Ottica geometrica
    10.2 Riflessione, rifrazione dispersione
    10.3 Specchi e lenti, formula dei punti coniugati
    10.4 Strumenti ottici e microscopi
    10.5 Ottica fisica: interferenza, diffrazione, natura ondulatoria della luce
    10.6 LASER, tipologie e applicazioni

Testi/Bibliografia

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


2) Castellani G., Remondini D., Elementi di fisica in medicina e biologia, Bononia University Press

Metodi didattici

Lezioni frontali, diapositive.

Modalità di verifica dell'apprendimento

Esame scritto/orale al termine del corso.

Strumenti a supporto della didattica

Diapositive, filmati, materiale didattico vario a disposizione degli studenti.

Orario di ricevimento

Consulta il sito web di Giuseppe Baldazzi

Consulta il sito web di Matteo Bersanelli