00405 - FISICA (A-K)

Scheda insegnamento

SDGs

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

Salute e benessere Istruzione di qualità Parità di genere

Anno Accademico 2021/2022

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.

Definizione operativa di grandezza fisica e sue dimensioni. Sistemi di unità di misura e costanti fondamentali, equazioni dimensionali. Vettori ed lementi di algebra vettoriale.Cenni di metodologia delle misure e di teoria dell'errore. Grandezze infinitesime e finite.

Meccanica.

Principi della meccanica: descrizione cinematica del moto. Cinematica del punto meteriale: moto uniforme e uniformemente accelerato, moto armonico,moto circolare uniforme moto relativo.

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

Equazione fondamentale per la risoluzione del problema della dinamica.

Concetto di campo di forze e sua descrizione; vari tipi di forze; esempio delle forze gravitazionali, elettriche (e magnetiche); forze elastiche

Applicazioni dell'equazione del moto in alcuni casi particolari di interesse biomedico.

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

Momento angolare e momento delle forze; legge della gravitazione universale (Cenno sul moto dei pianeti).

Equazioni cardinali della statica; applicazione alle leve muscolari. Forze elastiche e viscose.

Equilibrio statico e dinamico.



Meccanica dei fluidi.

Descrizione e proprietà elementari 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

Classificazione del moto dei fluidi.

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.

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.

Definizione di stato e sistema termodinamico il lavoro in termodinamica, il primo principio e l'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.

Strumenti ottici e microscopi: (ottico composto, a contrasto di fase, cenno sul microscopio elettronico).

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

Fenomeni elettrici e magnetici.

Elettrostatica, legge di Coulomb. Teorema di Gauss per il campo elettrico.

Energia potenziale e potenziale elettrico, lavoro elettrico.

Proprietà del campo elettrostatico: distribuzioni di carica. Energia potenziale di una distribuzione di carica.

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

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

Semplici circuiti elettrici e leggi di Ohm.

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

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: 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

ELEMENTI DI FISICA IN MEDICINA E BIOLOGIA G. Castellani - D. RemondiniEd. Bononia University Press 2014
Borsa F., Scannicchio, D., Fisica con applicazioni in biologia e in medicina, EDISES Napoli

Appunti e dispense delle lezioni

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. Il voto sarà espresso sulla base delle risposte esatte e sarà poi convertito in trentesimi. La sufficienza è raggiunto con voto >=18 I voti >=30 devono essere convalidati tramite breve colloquio orale. Il colloquio orale è anche disponibile su richiesta, ma solo dopo avere superato lo scritto (>=18)

Strumenti a supporto della didattica

Lezioni frontali
Esercitazioni
Slides in formato pdf delle lezioni

Orario di ricevimento

Consulta il sito web di Gastone Castellani