fm_prg0203 - Dipartimento di Energetica

Corso di laurea in Medicina e Chirurgia / Linea B
a.a. 2002/2003
FISICA MEDICA
Prof. Renato Magli
Programma del corso
Argomenti propedeutici
Geometria analitica, funzioni goniometriche seno, coseno, tangente e loro proprietà fondamentali. I vettori:
proprietà ed operazioni, prodotto scalare, versori, componenti.
Il metodo sperimentale
Processo di misura, errori di misura e sistemi di unita’ di misura.
Meccanica del punto materiale
Sistema di riferimento e sistema di coordinate. Definizione di punto materiale. Legge oraria del moto. Velocità
media ed istantanea. Moto rettilineo uniforme. Accelerazione media ed istantanea. Moto rettilineo
uniformemente accelerato.
Concetti di forza e di massa. Principi della dinamica classica. Esempi di forze: forza gravitazionale, elettrica,
elastica. Accelerazione di gravita’; moto di un grave in due dimensioni. Peso e gravita’.
Moto su traiettoria circolare: velocità angolare, accelerazione e forza centripeta; esempi relativi ai moti dei
pianeti, dei satelliti e degli elettroni.
Energia, lavoro e potenza: definizioni ed esempi. Energia potenziale e cinetica. Teorema dell’energia cinetica.
Teorema della conservazione dell’energia meccanica.
L'attrito e la conservazione dell'energia in presenza di forze dissipative. Attrito viscoso. Moto di una massa in
presenza di resistenza viscosa.
Centro di massa e sue proprieta'. Quantita' di moto, momento angolare ed equazioni che ne governano
l'evoluzione nel tempo.
Statica: le condizioni di equilibrio. Le leve.
Elasticita': sforzo e deformazione. Moduli di elasticita'.
Proprieta’ dei sistemi fluidi
Generalità. Modello microscopico per i vari stati della materia. Moto caotico e velocità di deriva. Densità,
viscosità ed attrito interno, compressibilità. Pressione e dispositivi per la sua misura assoluta e relativa.
Principio di Pascal ed applicazioni. Legge di Stevino. Vasi comunicanti. Spinta idrostatica, legge di Archimede
ed applicazioni.
Moto laminare e turbolento. Equazione di continuità e sue conseguenze. Teorema di Bernouilli e sue
applicazioni. Teorema di Torricelli. Equazione di Poiseuille e sua applicazione alla circolazione del sangue.
Numero di Reynolds. Pompe a vuoto e di spinta: il cuore come pompa per la circolazione. Misura della
pressione sanguigna. Pompa centrifuga.
Tensione superficiale ed esempi. Legge di Laplace. Capillarità ed adesione.
Fenomeni di trasporto: la diffusione e la legge di Fick.
Termodinamica
Variabili intensive ed estensive. Definizione operativa della temperatura; scale Kelvin, Celsius e Fahreneit.
Equilibrio termodinamico. Sistema isolato, aperto e chiuso. Possibili canali per lo scambio di energia.
Equazione di stato e rappresentazione cartesiana dello stato termodinamico.
Trasformazioni. Processi reversibili ed irreversibili. Il diagramma di fase del gas perfetto e del gas reale
omogeneo.
Relazione tra energia cinetica e temperatura. Distribuzione delle velocita' molecolari.
Energia interna di un gas perfetto e di un gas reale. Energia interna come funzione di stato. Lavoro
termodinamico. Materiali conduttori ed isolanti termici. Il calore; capacita’ termica e calore specifico. Grande e
piccola caloria e relazione col Joule. Primo principio della termodinamica e conservazione dell’energia.
Macchine termiche e rendimento; macchina a vapore e macchina di Carnot. Enunciati del secondo principio
della termodinamica e loro discussione. Produzione di energia ed inquinamenti di vario genere.
Modalità di trasmissione del calore: conduzione, convezione, irraggiamento. Evaporazione ed umidità.
Elementi di elettromagnetismo
Nozioni di struttura microscopica della materia. Azioni elettriche attrattive e repulsive; cariche elettriche
positive e negative. Stabilita’ del nucleo e dell’atomo.
Materiali isolanti e conduttori elettrici. Induzione elettrostatica. La carica elettrica e la legge della sua
conservazione. La legge di Coulomb. Confronto tra forza elettrica e gravitazionale. Principio di
sovrapposizione degli effetti. Definizione di campo elettrico; linee di forza del campo. Conservatività del
campo elettrostatico. Potenziale elettrico ed energia potenziale. Capacita’ e condensatori. Condensatore con
dielettrico. Forze elettriche in biologia molecolare.
Conduttori e corrente elettrica; densità di corrente ed equazione di continuità. Forza elettromotrice.
Conduzione ohmica e resistenza elettrica. Cenni sulla conduzione elettrica nel sistema nervoso.
Effetti magnetici dovuti a cariche in moto. Campo di induzione magnetica B e forza di Lorentz. Legge di Biot
e Savart. Principio di equivalenza di Ampère. Correnti atomiche e magnetismo nella materia. Materiali
magnetici ed isteresi.
Induzione elettromagnetica: fenomenologia, esempi applicativi ed equazione di Faraday-Neumann-Lenz.
La corrente alternata. Onde elettromagnetiche: generazione e proprieta' principali. Spettro delle onde e.m.
Aspetto corpuscolare della radiazione e.m.
Necessita' di una nuova fisica per lo studio delle proprieta' microscopiche della materia (cenni).
Il tubo a raggi catodici: caratteristiche ed esempi (schermi della TV e del computer, l'oscilloscopio).
Ottica geometrica
Riflessione e rifrazione della luce. Legge di Snell. Riflessione interna totale e fibre ottiche. Lenti sottili e
l'equazione delle lenti. Ingrandimento lineare ed angolare.
Ottica ondulatoria
Argomenti non svolti nella loro integralita'
Natura ondulatoria della luce. Principio di Huygens e diffrazione. Esperimenti con singola e doppia fenditura.
Reticolo di diffrazione. Lo spettrometro e sue applicazioni. Interferometri. Polarizzazione. Diffusione della
luce da parte dell'atmosfera.
Radiazione X: natura e produzione. Interazione con la materia. Processi di attenuazione.
Tecnica radiografica (cenni).
Strumenti ottici
Lente di ingrandimento e microscopio. L'occhio umano. Aberrazioni. Radiografie e tomografie assiali
computerizzate (TAC).
Radioattivita' ed energia nucleare
Argomenti non svolti nella loro integralita'
Isotopi stabili. Radiazione alfa, beta e gamma e radioattivita' naturale. Legge del decadimento radioattivo e
misure di radioattivita'.
Reazioni nucleari e trasmutazione degli elementi. Fissione e fusione nucleare. Effetti ed impieghi dell'energia
nucleare: danni provocati dalla radiazione, radioterapia, tomografia ad emissione, risonanza magnetica
nucleare (RMN).
Coordinate del docente Prof. Renato Magli
Studio: Dipartimento di Chimica e Biochimica Medica
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