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Programma del corso di ISTITUZIONI DI FISICA APPLICATA ALLA MEDICINA
Corso di Laurea in Medicina e Chirurgia - Università di Foggia
A.A. 2011/2012 – Prof. V. Capozzi
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1. Grandezze fisiche: Introduzione ai fenomeni fisici. Grandezze fisiche e leggi fisiche. Il metodo
sperimentale. Concetto di misura e campioni di misura. Unità di misura fondamentali e derivate.
Equazione dimensionale. Sistemi di unità di misura: Sistema internazionale e di Gauss.
2. Vettori: Grandezze scalari e vettoriali. Somma e differenza di vettori: metodo geometrico ed
algebrico. Composizione e scomposizione di un vettore. Prodotto scalare e vettoriale di due vettori.
3. Cinematica: Moto uni-dimensionale e sistemi di riferimento. Velocità media ed istantanea e loro
significato geometrico. Moto rettilineo uniforme. Accelerazione media ed istantanea e loro
significato geometrico. Moto rettilineo uniformemente accelerato e relativi grafici
dell’accelerazione, velocità e spazio. Caduta dei gravi. Moto bidimensionale: il vettore
spostamento, velocità ed accelerazione vettoriali medie e istantanee del moto curvilineo; significato
geometrico della velocità istantanea. Moto curvilineo con accelerazione costante. Componenti
tangenziale e centripeta dell’accelerazione. Velocità angolare media ed istantanea. Moto circolare
uniforme, accelerazione angolare e accelerazione centripeta. Frequenza e periodo. Moto circolare
uniformemente accelerato. Relazione tra cinematica lineare e rotazionale. Sistemi di riferimento in
moto relativo.
4. Dinamica di un punto materiale: La prima legge della dinamica e sistemi di riferimento
inerziali. La massa inerziale. Seconda legge della dinamica. Misura di una forza e dinamometro.
Differenza tra peso e massa. Misura della massa. Terza legge della dinamica. Forza gravitazionale.
Forze d'attrito statico e dinamico. Piano inclinato con attrito. Forza centripeta nel moto curvilineo
ed esempi. Forza centrifuga.
5. Lavoro ed Energia: Lavoro di una forza costante e lavoro della forza peso. Lavoro di una forza
variabile e della forza elastica. Energia cinetica e teorema della energia cinetica. Potenza. Forze
conservative: definizione e loro proprietà. Energia potenziale e relazione tra lavoro ed energia
potenziale. Energia potenziale associata alla forza di gravità ed alla forza elastica. Principio di
conservazione dell'energia meccanica. Forze non conservative. Principio di conservazione
dell'energia in presenza di forze non conservative.
6. Moto oscillatorio: Oscillatore armonico semplice. Equazione del moto ed equazione oraria
dell’oscillatore armonico. Pulsazione, periodo, ampiezza del moto armonico. Velocità ed
accelerazione nel moto armonico. Energia cinetica e potenziale dell’oscillatore armonico.
Oscillatore armonico smorzato; oscillatore armonico forzato e risonanza.
7. Dinamica dei sistemi di particelle: Centro di massa. Eq. del moto del centro di massa. Quantità
di moto di una particella e di un sistema di particelle. Principio di conservazione della quantità di
moto e sue applicazioni. Definizione di urto. Urti elastici unidimensionali. Urti anelastici. Pendolo
balistico. Momento d’inerzia di una particella e di un corpo rigido. Energia cinetica rotazionale di
una particella e di un corpo rigido. Momento di una forza. Coppia di forze. Equazione del moto
rotatorio. Momento angolare di una particella e di un sistema di particelle. Relazione tra momento
angolare e momento delle forze agenti su una particella e su un sistema di particelle. Conservazione
del momento angolare. Condizioni di equilibrio di un corpo. Equilibrio delle leve.
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8. Statica e Dinamica dei fluidi: Stato fluido. Densità e peso specifico. Pressione e le sue varie
unità di misura. Legge di Stevin, principio di Archimede e principio di Pascal. Misura della
pressione: Barometro di Torricelli e manometro a tubo aperto. Fluidi ideali. Linee di flusso. Portata
ed equazione di continuità. Teorema di Bernoulli e sue applicazioni: stenosi e aneurisma. Moto
laminare e turbolento. Moto dei liquidi reali e viscosità. Legge di Poiseille. Regime turbolento e
numero di Reynolds.
9. Onde: Moto ondulatorio e propagazione di un’onda. Confronto tra velocità dell’onda e delle
particelle. Impulso d’onda e onda periodica. Periodicità nello spazio e nel tempo. Onde sinusoidali:
frequenza e lunghezza d'onda. Onde longitudinali ed onde trasversali. Fronte d’onda: onde
circolari, onde rettilinee, onde piane, onde sferiche. Energia e potenza trasportata dalle onde e loro
intensità. Riflessione e rifrazione di un’onda. Interferenza di onde. Onde stazionarie e frequenze
armoniche. Onde sonore e sue caratteristiche: tono, timbro e intensità. Velocità del suono. Effetto
Doppler e sue applicazioni: in medicina: misura della velocità del sangue (eco doppler), sonar ed
ecografia.
10. Termologia e leggi dei gas perfetti: Equilibrio termodinamico e concetto di temperatura.
Principio zero della termodinamica. Termometri e scale termometriche di Celsius e di Fahrenheit.
Punto triplo dell’acqua. Dilatazione termica lineare e volumica. Legge di Boyle-Mariotte, legge di
Charles e di Gay-Lussac; scala della temperatura assoluta di un gas. Equazione di stato dei gas
perfetti. Legge dei gas perfetti in termini di molecole. Calore come forma di energia in transito.
Capacità termica, calore specifico e calore specifico molare. Misura del calore specifico.
Esperienza di Joule ed equivalente meccanico del calore. Cambiamenti di stato, calori latenti.
Trasmissione del calore per conduzione, convezione ed irraggiamento.
11.Termodinamica: Trasformazioni termodinamiche reversibili ed irreversibili. Lavoro nelle
trasformazioni termodinamiche. Primo principio della termodinamica. Trasformazioni isocore,
isobare, isoterme ed adiabatiche. Espansione libera. Equazione di Poisson di una trasformazione
adiabatica. Calore specifico molare di un gas perfetto a pressione (Cp) e volume costante (Cv).
Relazione di Mayer. Modello cinetico della pressione. Interpretazione cinetica della temperatura
assoluta ed energia cinetica media molecolare. Energia interna di un gas perfetto. Ciclo
termodinamico; principio delle macchine termiche e frigoriferi. Rendimento di una macchina
termica e coefficiente frigorifero. Ciclo di Carnot. Teorema di Carnot (solo enunciato). Secondo
principio della termodinamica. Enunciati di Clausius e di Kelvin. Concetto di entropia. Entropia
nelle trasformazioni reversibili ed irreversibili. Calcolo dell’entropia nell’espansione libera.
Entropia e II principio della termodinamica; sua equivalenza con gli enunciati di Clausius e di
Kelvin. Entropia e disordine.
12. Elettrostatica: Fenomeni di elettrizzazione e carica elettrica. Elettrizzazione per contatto e per
induzione. Conduttori ed isolanti. Legge di Coulomb. Campo elettrico generato da cariche
puntiformi. Campo elettrico e linee di campo di cariche puntiformi. Principio di sovrapposizione.
Energia potenziale elettrostatica. Potenziale elettrostatico e differenza di potenziale. Analogia tra
potenziale gravitazionale e potenziale elettostatico. Definizione di eV. Relazione tra potenziale e
campo elettrico. Potenziale in un campo elettrico uniforme. Potenziale elettrostatico prodotto da
una o più cariche puntiformi. Energia potenziale elettrostatica di due cariche elettriche puntiformi.
Superficie equipotenziale e sue proprietà. Esempi di superfici equipotenziali. Potenziale generato
da un dipolo elettrico. Momento torcente di un dipolo in un campo uniforme.
Campo elettrico e potenziale di un conduttore carico isolato. Induzione elettrostatica totale.
Definizione di capacità e capacità elettrica di un conduttore sferico. Condensatori e capacità di un
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condensatore piano. Condensatori collegati in serie e parallelo. Energia elettrostatica di un
condensatore ed energia associata al campo elettrico. Dielettrici in un condensatore. Legge di
Coulomb in presenza di un dielettrico. Descrizione molecolare dei dielettrici.
13. Correnti elettriche: Definizione di generatore di tensione. Definizione di corrente elettrica.
Densità di corrente. Velocità di deriva e relazione con la densità di corrente. Legge di Ohm.
Resistività elettrica e sua dipendenza dalla temperatura. Conducibilità elettrica. Effetto Joule.
Potenza elettrica in un circuito elettrico. Generatore di tensione ideale e reale. Forza elettromotrice
e caduta di tensione. Collegamenti di generatori di tensione in serie ed in parallelo. Resistenza
equivalente di resistenze collegate in serie e in parallelo. Correnti alternate e valori efficaci della
tensione e corrente.
14. Elettromagnetismo: Fenomeni magnetici. Campo magnetico e linee di campo magnetico.
Forza magnetica agente su di una corrente elettrica (legge di Laplace). Forza di Lorentz e moto di
una carica elettrica in un campo magnetico uniforme. Spettrometro di massa. Campo magnetico
prodotto da una corrente elettrica rettilinea (legge di Biot-Savart). Forza tra due fili paralleli
percorsi da corrente. Legge di Ampère. Campo magnetico nel solenoide e nel toroide. Flusso
magnetico e legge di Gauss per il campo magnetico. Concetto di induttanza. Induttanza di un
solenoide e di un toroide. Energia associata al campo magnetico. Legge di Faraday dell’induzione
elettromagnetica. Legge di Lenz. Tre modi diversi per indurre una f.e.m.: variazione del campo
magnetico, variazione della superficie attraversata da B, variazione dell’angolo tra B e superficie.
Forza elettromotrice indotta in un conduttore in moto in un campo magnetico uniforme. Misuratore
e.m. della velocità del sangue. Fenomeno dell’autoinduzione. Differenza tra un campo elettrico
indotto e un campo elettrico statico. Ipotesi di Maxwell. Origine delle onde elettromagnetiche.
Proprietà delle onde e.m. e loro velocità. Energia delle onde e.m.. Spettro elettromagnetico. Raggi
X. Diffrazione di raggi X e legge di Bragg.
15. Ottica geometrica: Riflessione della luce su superfici piane e scabre. Leggi della riflessione.
Rifrazione della luce. Indice di rifrazione e legge di Snell. Riflessione totale ed angolo limite. Fibre
ottiche. Lenti sottili convergenti e divergenti e potere diottrico. Fuochi e costruzione dell'immagine
di una lente. Equazioni delle lenti sottili convergenti e divergenti. Ingrandimento trasversale di una
lente. Schematizzazione ottica dell'occhio e lenti correttive per miopia, ipermetropia, presbiopia e
astigmatismo. Ingrandimento angolare. Strumenti ottici: lente di ingrandimento e microscopio
composto.
Testi consigliati:
F. Bersani, S. Bettati, P.F. Biagi, V. Capozzi, L. Feroci, M. Lepore, D.G. Mita, I. Ortalli,
G. Roberti, P. Viglino, A. Vitturi: “Fisica Biomedica” (Casa Editrice Piccin, Padova).
J. W. Kane, M. M. Sternheim: “Fisica Biomedica” (Casa Editrice EMSI, Roma).
Appunti delle lezioni.
