Corso Integrato di Fisica – Anno Accademico 2007/2008
CORSO INTEGRATO DI FISICA
Laurea specialistica
OBIETTIVI DI CONOSCENZA
Lo studente dovrà acquisire le conoscenze necessarie per la comprensione della fenomenologia
fisica d' interesse per il Corso di Laurea, con particolare riferimento al funzionamento dei
principali sistemi che costituiscono il corpo umano e all’utilizzo della strumentazione biomedica.
PROGRAMMA DEL CORSO
- Grandezze fisiche e loro misurazione
Grandezze fisiche, fondamentali e derivate. Sistemi di unità di misura. Il S. I.
Analisi dimensionale. Incertezza statistica e sistematica di una misura.
Frequenza statistica, valor medio e deviazione standard. Distribuzione di Gauss.
Grandezze scalari e vettoriali. Rappresentazione grafica di una relazione tra grandezze.
- Biomeccanica ed elasticità
Moto rettilineo uniforme, moto rettilineo uniformemente accelerato, moto circolare uniforme.
Moto in più dimensioni. Principi della dinamica ed esempi di forze. Sistemi di riferimento inerziale.
Lavoro ed energia, potenza e rendimento. Teorema dell’energia cinetica.
Campi di forze conservative, energia potenziale e conservazione dell’energia meccanica.
Forze d’attrito. Impulso e conservazione della quantità di moto.
Momento di una forza. Condizioni di equilibrio di un corpo rigido. Vincoli e leve.
Articolazioni e leve del corpo umano.
Moto armonico e forza elastica di richiamo. Oscillazioni smorzate e forzate, concetto di risonanza.
Elasticità e legge di Hooke. Elasticità delle ossa. Elasticità dei vasi sanguigni e tensione elastica.
- Elettricità e conduzione nervosa
Modello atomico e carica elettrica. Legge di Coulomb e campo elettrico. Teorema di Gauss
e sue conseguenze. Energia potenziale elettrica e differenza di potenziale elettrico.
Campo elettrico uniforme. Dipolo elettrico e strato bipolare. Capacità di un condensatore
a facce piane parallele e di più condensatori in serie e in parallelo; effetto di un dielettrico.
Intensità di corrente elettrica, legge di Ohm e resistenza di un materiale.
Potenza elettrica ed effetto termico della corrente. Resistenze in serie e in parallelo.
Circuiti RC: carica e scarica di un condensatore.
Cenni sulle correnti alternate e sull’effetto della corrente elettrica nel corpo umano.
Dissociazione elettrolitica. Elettrolisi e mobilità ionica. Elettroforesi.
- Elementi di elettromagnetismo
Campo magnetico e forza magnetica. Forza di Lorentz e moto di una particella carica in campo
magnetico. Spettrometro di massa. Forza magnetica agente su un filo percorso da corrente.
Legge di Biot-Savart. Campo generato da una spira percorsa da corrente. Comportamento
magnetico della materia. Flusso del campo magnetico. Legge di Faraday-Neumann-Lenz.
- Onde elastiche ed elementi di acustica
Onde: generalità e equazione di propagazione. Principio di linearità e interferenza.
Velocità di un onda in un mezzo; riflessione e rifrazione alla superficie di separazione
tra due mezzi. Onde stazionarie. Armoniche.
Il suono. Pressione e intensità sonora. L’orecchio esterno, medio e interno dal punto di vista
fisico. Curva di udibilità. Sensazione sonora e scala decibel.
- Ottica geometrica e ottica fisica
Onde elettromagnetiche, lo spettro e la luce visibile. Il fotone e la costante di Planck.
Indice di rifrazione di un mezzo. Riflessione totale e fibre ottiche. Principio di Huyghens.
Condizioni di Gauss per l’ottica geometrica. Diottro, lenti sottili e costruzione delle immagini.
L’occhio umano come sistema ottico. L’acuità visiva. Difetti più comuni e loro correzione.
Microscopio semplice, composto ed elettronico (cenni). Potere risolutivo.
Polarizzazione della luce. Legge di Malus. Potere rotatorio di una sostanza.
Corso Integrato di Fisica – Anno Accademico 2007/2008
- Calorimetria, termodinamica e metabolismo
Temperatura assoluta e scale termometriche. Dilatazione termica. Il calore come forma di
energia e la caloria. Calori specifici e condizioni di equilibrio termico.
Trasformazioni di fase e calori latenti. Lavoro ed energia interna.
Gas perfetti: equazione di stato e teoria cinetica dei gas. Primo principio della termodinamica
e principali trasformazioni. Miscele di gas e pressioni parziali.
Gas reali: isoterme ed equazione di Van der Waals. Pressione di vapor saturo e
umidità assoluta e relativa. Pressioni parziali dell’aria alveolare. Legge di Henry.
Meccanismi di propagazione del calore: conduzione, convezione e irraggiamento.
Metabolismo e metabolismo basale. Spirometria. Energia fisiologica minima.
Termoregolazione del corpo umano.
- Meccanica dei fluidi e apparato cardio-circolatorio
Fluidi. Pressione e principio di Pascal. Principio di Archimede. Statica dei fluidi:
pressione idrostatica e legge di Stevino. Portata e equazione di continuità.
Liquidi ideali: teorema di Bernoulli e sue applicazioni (stenosi e aneurisma).
Liquidi reali: moto laminare e turbolento. Viscosità . Legge di Hagen-Poiseuille.
Resistenza idrodinamica. Moto turbolento, velocità critica e numero di Reynolds.
Circolazione del sangue, velocità nei vari distretti, misura della pressione.
Lavoro motore del cuore e potenza cardiaca. Resistenze idrodinamiche dei due circoli.
Viscosità del sangue e velocità critica nei vasi.
Trasporto in regime viscoso. Forza di Stokes. Sedimentazione. Centrifugazione.
- Fenomeni molecolari di superficie, diffusione e osmosi
Forze di coesione e tensione superficiale. Legge di Laplace (goccia e bolla liquida).
Termometro clinico. Embolia gassosa. Equilibrio alveolare ed effetto dei tensioattivi.
γγTensione elastica dei vasi e pressione transmurale. Forze di contatto e capillarità.
Diffusione libera e attraverso membrane (leggi di Fick).
Membrane semipermeabili ed equilibrio osmotico (leggi di Van‘t Hoff).
Pressione osmotica del sangue e soluzioni isotoniche al plasma.
- Le radiazioni in Medicina e la radioattività
Radiazioni elettromagnetiche e corpuscolari. Relazione di de Broglie.
Radiazioni ionizzanti e non ionizzanti.
I raggi X e loro produzione. Interazione con la materia: effetto fotoelettrico e effetto Compton.
Legge di attenuazione spaziale e coefficiente di assorbimento. Impiego in diagnostica:
l’immagine radiologica.
I nuclei e le forze nucleari. Difetto di massa e energia di legame. Curva di stabilità
e radioisotopi. Decadimenti α, β e γ. Legge del decadimento radioattivo: vita media ed emivita.
Attività e potenza di una sorgente radioattiva.
Cenni di dosimetria (dose, dose equivalente e dose efficace).
PROGRAMMA D’ESAME
Coincide con il programma del corso.
BIBLIOGRAFIA DI RIFERIMENTO
-
F. Borsa e D. Scannicchio, Fisica con applicazioni in Biologia e Medicina, Ed. Unicopli
J.W. Kane e M.M. Sternheim, Fisica biomedica, E.M.S.I.
M. Celasco, Lineamenti di Fisica , E.C.I.G.
J.D. Cutnell e K.W. Johnson, Fisica, Zanichelli
N. Molho, Fondamenti di Fisica, Monduzzi Ed.
A.H. Cromer, Fisica per Medicina, Farmacia e Biologia e Biologia, Piccin Ed.
Corso Integrato di Fisica – Anno Accademico 2007/2008
DOCENTE DEL CORSO:
Docente
Prof.ssa A.M. Solano
Telefono
011/6707335
ORARIO RICEVIMENTO STUDENTI:
Da concordarsi con appuntamento telefonico.
Fax
011/6691104
Email
[email protected]
