Lezione 4/11/2010
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Fisica Applicata, Area Infermieristica, M. Ruspa LEGGE DI STOKES La forza di attrito viscoso che agisce su un corpo sfrerico di raggio r che si muove con velocita’ v non elevata in un fluido di viscosita’ η in quite si puo’ calcolare come: Fisica Applicata, Area Infermieristica, M. Ruspa SEDIMENTAZIONE La sedimentazione e’ un processo usato in laboratorio per esempio per separare le varie componenti corpuscolari del sangue Fisica Applicata, Area Infermieristica, M. Ruspa SEDIMENTAZIONE Appena il corpo inizia a muoversi… FA FP Fisica Applicata, Area Infermieristica, M. Ruspa VELOCITA’ DI SEDIMENTAZIONE FS FA FP Fisica Applicata, Area Infermieristica, M. Ruspa ESERCIZIO In un fluido di viscosita’ η = 210-3 Pas e densita’ pari a quella dell’acqua vengono introdotte molecole sferiche di raggio r = 2 µm e densita’ ρ = 1.3 g/cm3. Si calcoli il tempo necessario affinche’ le molecole sedimentino 3 mm Fisica Applicata, Area Infermieristica, M. Ruspa LA CENTRIFUGA Se si vuole aumentare la velocita’ di sedimentazione si ricorre alla centrifugazione r0 distanza media tra il liquido della provetta e il rotore Usata per separare cellule, batteri, virus, macromolecole (centrifuga preparativa) e/o per lo studio delle loro caratteristiche (centrifuga analitica) Fisica Applicata, Area Infermieristica, M. Ruspa € IL COEFFICIENTE DI SEDIMENTAZIONE VS s= 2 = ω r0 U.d.m. nel S.I. >>> Normalmente ha valori molto piccoli unita’ pratica: svedberg Svedberg = 10-13 s S (Svedberg) Dipende solo dalle caratteristiche della particella e della soluzione nel quale e’ immersa. Emoglobina 4.4 Ribosomi batterici 80 Acidi nucleici 3-100 Virus 40-1000 Fisica Applicata, Area Infermieristica, M. Ruspa ESERCIZIO Relativamente all’esercizio precedente, si determini la frequenza di una centrifuga di raggio 0.3 m per ridurre il tempo di sedimentazione di un fattore 108. Fisica Applicata, Area Infermieristica, M. Ruspa CALORE E TEMPERATURA Fisica Applicata, Area Infermieristica, M. Ruspa TEMPERATURA Sensazione termica soggettiva Definizione oggettiva? Fisica Applicata, Area Infermieristica, M. Ruspa DILATAZIONE TERMICA La maggior parte delle sostanze si dilata se viene riscaldata! I termometri sono strumenti che usano la dilatazione termica di un sostanza per misurare la temperatuta. V (T) = V0 ⋅ (1+ αT) V0 volume a T=0 α coefficiente di dilatazione termica dipendono € dalla sostanza termometrica scelta Una scala termometrica e’ definita fissando il valore di 2 temperature di riferimento e divindendo l’intervallo tra le due in un certo numero di unita’ Fisica Applicata, Area Infermieristica, M. Ruspa TEMPERATURA CELSIUS La scala Celsius e’ definita fissando covenzionalmente - T di fusione del ghiaccio 0°C - T di ebollizione dell’acqua 100°C E suddividendo l’intervallo in 100 unita’ scala centigrada Fisica Applicata, Area Infermieristica, M. Ruspa TEMPERATURA ASSOLUTA Gli esperimenti mostrano che esiste una temperatura al di sotto della quale non e’ possibile raffreddare un corpo. T= -273.15 °C zero assoluto La scala assoluta viene definita fissando T=0 K allo zero assoluto. E’ una scala centigrada. La temperatura assoluta e’ legata a quella Celsius dalla relazione: Fisica Applicata, Area Infermieristica, M. Ruspa IL CALORE Il calore e’ energia trasferita tra oggetti a diversa temperatura Se c’e’ passaggio di calore da un corpo A a un corpo B, l’energia totale di A diminuisce e quella di B aumenta. Un oggetto non contiene calore ma energia! Due oggetti possono scambiarsi calore. Se tra due oggetti puo’ avvenire scambio di calore sono a contatto termico. Se due corpi in contatto termico hanno temperatura diversa il calore fluisce da quello piu’ caldo a quello piu’ freddo, fino a quando non raggiungono entrambi la stessa temperatura. Fisica Applicata, Area Infermieristica, M. Ruspa UNITA’ di MISURA del CALORE >> Unita’ di misura nel S.I. Unita’ pratica: caloria Esercizio Trasformare 2500 cal in J Fisica Applicata, Area Infermieristica, M. Ruspa TERMOMETRO CLINICO Basato sull’equilibrio termico e sulla dilatazione termica: - a contatto con un corpo il termometro e il mercurio in esso contenuto si portano alla temperatura di quel corpo - il mercurio si dilata e risale nel tubo capillare che lo contiene Fisica Applicata, Area Infermieristica, M. Ruspa TEMPERATURA: INTERPRETAZIONE MICROSCOPICA La temperatura di un corpo e’ legata al livello medio di agitazione termica della materia Atomi e molecole di un corpo solido, liquido o gassoso: • Energia cinetica Ucin funzione solo della Temperatura Processi termici che coinvolgono variazioni di temperatura corrispondono a scambi di energia cinetica molecolare tra sistemi • Energia potenziale Upot forze di coesione con le molecole vicine Dipende dallo stato di aggregazione Fisica Applicata, Area Infermieristica, M. Ruspa STATI DI AGGREGAZIONE SOLIDO: Upot >> Ucin particelle ordinate in struttura regolare LIQUIDO: Upot ~ Ucin le particelle fluiscono GAS: Upot << Ucin le particella si muovono in tutte le direzioni Fisica Applicata, Area Infermieristica, M. Ruspa CAMBIAMENTI DI STATO I cambiamenti di stato avvengono a temperatura costante nonostante venga fornito o sottratto calore. Fisica Applicata, Area Infermieristica, M. Ruspa CALORE LATENTE Il calore fornito durante fusione/evaporazione/sublimazione non produce un aumento di temperatura ma e’ utilizzato per spezzare il legami che tengono unite le molecole (cambia l’energia potenziale delle molecole, non la loro energia cinetica). Nei passaggi inversi (condenzazione/solidificazione/brinamento) il sistema ricede la enegia acquisita in precedenza. Non si ha pero’ una diminuzione della temperatura ma il rafforzamento delle frze di coesione tra le molecole del materiale. Fisica Applicata, Area Infermieristica, M. Ruspa CALORE LATENTE La quantita’ di calore ceduta o assorbita durante un cambiamento di stato si determina come Q= k e detto calore latente dipende dalla sostanza e dalla trasformazione. K per una trasformazione e la sua inversa (es. solidificazione e fusione) sono opposti. ESERCIZIO Calcolare la quantita’ di calore per fondere 3 kg di ghiaccio (kf = 80 cal/g) Fisica Applicata, Area Infermieristica, M. Ruspa EVAPORAZIONE E CONDENSAZIONE A pressione atmosferica avvengono ad una temperatura caratteristica (100°C per l’acqua) quando la transizione coinvolge tutto il volume di sostanza. Possono avvenire anche a temperature inferiori ma coinvolgono solo le molecole sulla superficie del liquido Il calore latente di evaporazione dipende dalla temperatura. Es. K di evaporazione per l’acqua a 37°C e’ 580 cal/kg (a 100°C e’ 537 cal/kg) Fisica Applicata, Area Infermieristica, M. Ruspa METABOLISMO Fisica Applicata, Area Infermieristica, M. Ruspa METABOLISMO Insieme delle reazioni biochimiche all’ interno dell’organismo necessarie per il sostentamento delle funzioni vitali e per l’attuazione di lavoro meccanico verso l’esterno Alimenti Ossidazione ALIMENTAZIONE L’uomo e’ omeotermo TERMOREGOLAZIONE Fisica Applicata, Area Infermieristica, M. Ruspa METABOLISMO BASALE Minimo consumo energetico richiesto dai processi vitali: • funzione cardiaca, respiratoria, ghiandolare e nervosa • tono muscolare • mantenimento temperatura corporea Fisica Applicata, Area Infermieristica, M. Ruspa METABOLISMO ADDIZIONALE • • • • Lavoro muscolare Lavoro mentale Digestione … TOTALE = BASALE + ADDIZIONALE ~ 2500 kcal/die Fisica Applicata, Area Infermieristica, M. Ruspa ALIMENTAZIONE L’ossidazione delle sostanze organiche (carboidrati, proteine e grassi) libera energia Es. C6H12O6 + 6O2 6 CO2 + 6 H2O + 666 kcal Fisica Applicata, Area Infermieristica, M. Ruspa POTERE CALORICO Proteine/zuccheri: 4.1 kcal/g Grassi: 9.3 kcal/g • Quanti grammi di zucchero soddisfano il fabbisogno metabolico totale di 2500 kcal? Fisica Applicata, Area Infermieristica, M. Ruspa Esercizio Una persona a dieta svolge un’attivita’ fisica normale consumando 2500 kcal/die mentre il suo regime alimentare e’ di sole 1500 kcal. Se la differenza e’ compensata dai soli grassi di riserva (1 g di grasso fornisce 9.3 kcal), di quanti kg calera’ in un mese?
