03281 - FISICA MEDICA

Conoscenze e abilità da conseguire

Al termine dell'insegnamento lo studente saprà affrontare correttamente la descrizione dei fenomeni fisici applicando con rigore il Metodo scientifico; analizzando le procedure strumentali, la valutazione degli errori e le formulazioni in termini matematici, nel campo della fisica, dagli aspetti meccanici, a quelli termici, elettromagnetici, ottici e nucleari, con richiamo delle leggi di riferimento e descrizione delle condizioni operative di interesse biologico.

Contenuti

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 e della dinamica.

Concetto di campo di forze e sua descrizione; vari tipi di forze

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

Definizione di lavoro ed energia

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 dei sistemi biologici

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 nuova edizione
Borsa F., Scannicchio, D., Fisica con applicazioni in biologia e in medicina, EDISES Napol

Fondamenti di fisicadi Raymond A. Serway EDISES editore

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.  Il colloquio orale è anche disponibile su richiesta, ma solo dopo avere superato lo scritto (>=18)

Orario di ricevimento

Consulta il sito web di Gastone Castellani