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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. 2009/2010 – Prof. V. Capozzi
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1. Grandezze fisiche: Introduzione ai fenomeni fisici. Grandezze fisiche e leggi fisiche. Il metodo
sperimentale. Unità di misura fondamentali e derivate. Equazione dimensionale. Sistemi di unità di
misura: Sistema internazionale e di Gauss. Rappresentazione delle leggi fisiche.
2. Vettori: Grandezze scalari e vettoriali. Somma e differenza di vettori: metodo geometrico ed
analitico. 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.
Moto rettilineo uniforme. Accelerazione media ed istantanea. Moto rettilineo uniformemente
accelerato e relativi grafici dell’accelerazione, velocità e spazio. Caduta dei gravi. Moto
bidimensionale: il vettore spostamento, velocità ed accelerazione vettoriali 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. Forza peso e dinamometro. Differenza
tra peso e massa. Terza legge della dinamica. Forza gravitazionale. Forze d'attrito statico e
dinamico; metodo sperimentale per determinare il coefficiente di attrito. Piano inclinato con attrito.
Forza tangenziale e centripeta nel moto curvilineo. Forza centrifuga.
5. Lavoro ed Energia: Lavoro di una forza costante e variabile. Energia cinetica e teorema della
energia cinetica. Lavoro della forza peso e di una forza elastica. Potenza. Forze conservative:
definizione e loro proprietà. Energia potenziale: applicazione alla forza di gravità ed alla forza
elastica. Relazione tra forza conservativa ed energia potenziale. 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. 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. Pendolo
semplice. 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 corpo rigido. 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. Tipi diversi
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di equilibrio. Equilibrio delle leve. Elasticità dei corpi e legge di Hooke. Deformazioni elastiche:
compressione, trazione, flessione, torsione, scorrimento.
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
e principio 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. Onde sinusoidali: frequenza e lunghezza d'onda. Onde longitudinali ed onde trasversali.
Fronte d’onda: onde circolari, onde rettilinee, onde piane, onde sferiche. Energia trasportata dalle
onde e sua intensità. Riflessione e rifrazione di un’onda. Diffrazione di un’onda. Interferenza di
onde. Onde stazionarie. Onde sonore e sue caratteristiche: tono, timbro e intensità. Velocità del
suono. Interferenza di onde sonore. Effetto Doppler e sue applicazioni in medicina: ecografia e
misura della velocità del sangue (eco doppler).
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. Legge di Boyle-Mariotte e scala della temperatura
assoluta di un gas. Leggi di Charles e di Gay-Lussac. Equazione di stato dei gas perfetti. Legge dei
gas perfetti in termini di molecole. Calore come forma di energia in transito. Capacità termica e
calore specifico. Misura del calore specifico. Esperienza di Joule ed equivalente meccanico del
calore. Cambiamenti di stato, calori latenti. Tensione di vapore e vapore saturo.
11.Termodinamica: Trasformazioni termodinamiche reversibili ed irreversibili. Lavoro nelle
trasformazioni termodinamiche. Primo principio della termodinamica. Calcolo del lavoro nelle
trasformazioni isocore, isobare, isoterme ed adiabatiche. Equazione di stato di una trasformazione
adiabatica. Calore specifico molare di un gas perfetto a pressione (Cp) e volume costante (Cv).
Relazione di Mayer. Interpretazione cinetica della temperatura assoluta ed energia cinetica media
molecolare. Energia interna di un gas perfetto. Calcolo di Cv per un gas monoatomico usando la
teoria cinetica dei gas perfetti. Enunciato del teorema di equipartizione dell’energia. 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. 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. Conduttori ed isolanti. Legge di
Coulomb. Campo elettrico generato da cariche puntiformi. Campo elettrico e linee di forza 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.
Campo elettrico e potenziale di un conduttore carico isolato (cenni). Induzione elettrostatica.
Definizione di capacità e capacità elettrica di un conduttore sferico. Condensatori e capacità di un
condensatore piano. Condensatori collegati in serie e parallelo. Energia elettrostatica di un
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condensatore ed energia associata al campo elettrico. Dielettrici in un condensatore. Legge di
Coulomb in presenza di un dielettrico.
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. Forza elettromotrice. Resistenza equivalente di resistenze
collegate in serie e in parallelo. Leggi di Kirchhoff. Calcolo della corrente in un circuito con le
leggi di
Kirchhoff. Correnti alternate e valori efficaci della tensione e corrente. Conduzione nel
sistema nervoso.
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 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. Induttanza e induttanza di un solenoide. 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. Campi elettrici indotti E = vB e differenza col campo
elettrico statico. Fenomeno dell’autoinduzione. Energia associata al campo magnetico. 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. Spettro elettromagnetico.
15. Ottica geometrica: Riflessione della luce su superfici piane e scabre. 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. Equazioni delle
lenti sottili convergenti, divergenti e ingrandimento. Schematizzazione ottica dell'occhio e lenti
correttive per miopia, ipermetropia, presbiopia e astigmatismo. 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).
Appunti delle lezioni.
