Università degli Studi di Pavia Facoltà di Medicina e Chirurgia CORSO DI LAUREA TRIENNALE CLASSE DELLLE LAUREE DELLE PROFESSIONI SANITARIE DELLA RIABILITAZIONE CLASSE 2 Corso Integrato di Fisica, Statistica, Informatica Insegnamento di FISICA APPLICATA a.a. 2015 - 2016 Docente: Fabrizio Boffelli Dipartimento di Fisica - Università degli Studi di Pavia Via A. Bassi, 6 - Pavia Recapiti: E-mail: [email protected] Tel: 0382 - 987576 Ricevimento studenti: su appuntamento Corso propedeutico di Matematica e Fisica Programma ASPETTI GENERALI: • Fisica e Medicina. Scienza esatta. • Metodo Scientifico ASPETTI DI MATEMATICA: • Matematica linguaggio della Scienza • Equazioni: cosa sono e come si risolvono • Proporzioni • Conversione di unità di misura • Potenze e loro proprietà. Potenze a esponente negativo • Potenze di 10. Notazione scientifica • Lunghezze, superfici e volumi • Misure di superfici e volumi • Calcolo percentuale e uso delle percentuali • Sistemi di riferimento a 2 e 3 dimensioni • Funzioni: definizione e generalità • Funzioni invertibili • Determinazione di una funzione a scopi sperimentali • Funzioni dipendenti dal tempo • Proporzione diretta e inversa: retta e iperbole • Proporzione quadratica diretta e inversa • Esponenziale e logaritmo • Valori notevoli e proprietà dei logaritmi • Funzione esponenziale • Esponenziale negativo • Funzione logaritmica • Misura degli angoli • Seno e coseno. Valori notevoli di seno e coseno. Funzioni trigonometriche Corso di "Fisica Applicata" PROGRAMMA DI ESAME Nozioni introduttive Definizione di una grandezza fisica e sue dimensioni. Sistemi di unità di misura. Grandezze scalari e grandezze vettoriali. Elementi di calcolo vettoriale. Meccanica Descrizione cinematica del moto: traiettoria e legge oraria, velocità e accelerazione. Le forze, le leggi della dinamica, i campi di forze, il campo gravitazionale, massa, peso e densità. Lavoro, energia e potenza: energia cinetica e teorema dell'energia cinetica, campi conservativi, energia potenziale e conservazione dell'energia meccanica, potenza e rendimento di una macchina. Biomeccanica. Equilibrio dei corpi rigidi. Vincoli, leve, articolazioni. Meccanica della locomozione. Fratture. Meccanica dei fluidi nei sistemi biologici. Trasporto in regime viscoso Il moto dei fluidi: portata ed equazione di continuità. La pressione. Fluidi non viscosi: il teorema di Bernoulli. Fluidi viscosi: moto laminare e moto turbolento. Effetto della pressione idrostatica. Misura della pressione del sangue (sfigmomanometro). Cenni di idrodinamica nei sistemi biologici. Meccanismi di trasporto. Termologia e termodinamica Temperatura e scale termometriche (°K e °C). Energia interna. Calore e calore specifico. I gas perfetti. I gas reali. I principi della termodinamica. Meccanismi di trasmissione del calore. Fenomeni elettrici Carica elettrica e forza di Coulomb. Il campo elettrico e il potenziale elettrico. La capacità di un conduttore e il condensatore. La corrente elettrica e le leggi di Ohm. Effetto termico della corrente elettrica. Cenni sui fenomeni magnetici. Fenomeni ondulatori. Emissione ed assorbimento di radiazioni Le onde: descrizione e caratteristiche. Il suono, ultrasuoni ed applicazioni. Le onde elettromagnetiche. TESTI CONSIGLIATI: F. Borsa, G. Introzzi, D. Scannicchio, ELEMENTI di FISICA - per diplomi di indirizzo medico biologico, ed. UNICOPLI (1997) Montagna P., Panzarasa A., Dalla matematica alla fisica: richiami di matematica e semplice esercizi di fisica tra scuola superiore e università, ed. CLU, Pavia 2003 (consigliato per chi è carente di matematica e fisica) Per approfondire la materia: D. Scannicchio, Fisica Biomedica, ed. Edises, III edizione, 2013 D. Scannicchio, Esercizi e problemi di Fisica - con indirizzo medico biologico, ed. Unicopli, Milano, 1996 E. Zingoni, F. Tognazzi, A. Zingoni, Fisica biomedica, ed. Zanichelli, 1998 M. Fazio, G. Tosi et al., Fondamenti di fisica e biofisica, ed. Sorbona, 1990 P. Davidovits, Physics in biology and medicine, ed. Prentice-Hall, 1975 I LUCIDI DELLE LEZIONI SONO DISPONIBILI SUL SITO: http://www2.pv.infn.it/~boffelli/Professioni_Sanitarie_Riabilitazione_2015_16/ Si ringraziano i Prof. D. Scannicchio, E. Giroletti e P. Montagna per il materiale didattico fornito. Lo studente alla fine del corso dovrà dimostrare di essere in grado di: IN GENERALE • Applicare le leggi fisiche e le relazioni fra grandezze fisiche per la soluzione di semplici problemi numerici nel campo biomedico; verrà posta enfasi alla applicazione delle leggi fisiche del corpo umano. MECCANICA • Saper enunciare e discutere i tre principi della dinamica. • Saper descrivere la legge di Newton, ricavarne la forza peso, definire la densità dei corpi. • Conoscere la definizione di lavoro, di forze conservative e di energia potenziale. • Esprimere l’energia potenziale di gravità, il principio di conservazione dell’energia e la conservazione dell’energia meccanica. • Saper definire la potenza meccanica e il rendimento di una macchina. • Conoscere le leve di I, II e III tipo, con esempi relativi al corpo umano. Forza di attrito. • Saper fare riferimenti precisi alla meccanica del corpo umano. MECCANICA DEI FLUIDI • Saper esprimere le caratteristiche proprie dei fluidi, definire le grandezze fisiche presenti in un fluido in moto (come la pressione e la portata) con le relative diverse unità di misura e i loro fattori di conversione. • Conoscere la legge di Stevino: pressione idrostatica a soggetti in posizione eretta. • Fornire la descrizione del moto di un fluido in regime laminare e in regime turbolento in particolare individuandone le caratteristiche e la presenza nel sistema circolatorio. • Saper applicare l’equazione di continuità al sistema circolatorio. • Conoscere il principio di conservazione dell’energia di un liquido che si muove in un condotto in prossimità del suolo (teorema di Bernoulli) e discuterne le conseguenze. • Saper descrivere la misura della pressione arteriosa con lo sfigmomanometro. • Illustrare i fenomeni di trasporto: sedimentazione, centrifugazione, elettroforesi. TERMOLOGIA e TERMODINAMICA • Spiegare il concetto di calore e conoscere le sue unità di misura. • Conoscere le scale termometriche e le leggi dei gas perfetti con le relative condizioni di applicazione ai gas reali e alla miscela gassosa chiamata aria (cenni sulla temperatura critica). • Sapere definire un sistema termodinamico e conoscere le varie trasformazioni termodinamiche. • Conoscere il primo principio della termodinamica e il significato di entalpia. • Saper descrivere qualitativamente il significato del secondo principio della termodinamica. • Saper descrivere i meccanismi di trasporto del calore, con particolare riferimento al corpo umano FENOMENI ELETTRICI • Essere in grado di descrivere la legge di Coulomb. • Conoscere la definizione di campo elettrico, potenziale elettrico, corrente elettrica, le leggi di Ohm, l’effetto termico della corrente elettrica e le relative unità di misura. FENOMENI ONDULATORI e RADIAZIONI IONIZZANTI • Conoscere le principali caratteristiche dei fenomeni ondulatori e della loro propagazione (ampiezza, frequenza, periodo, lunghezza d’onda, velocità di propagazione e loro relazioni). • Saper descrivere le onde meccaniche (suono) e le onde elettromagnetiche. • Conoscere gli ultrasuoni e la loro applicazione in medicina (ecografia ed ecodoppler). • Conoscere lo spettro delle onde elettromagnetiche e la sua applicazione nella medicina. • Conoscere le caratteristiche della radiazione X e del suo assorbimento nel corpo umano (radiografia, radioscopia e TAC). Pavia, Ottobre 2015 Il docente Boffelli Fabrizio