Grandezze fisiche e calcolo vettoriale

DIPARTIMENTO DI Medicina Clinica e Sperimentale
CORSO DI LAUREA in
Tecniche di Radiologia Medica per Immagini e Radioterapia
PROGRAMMA D’INSEGNAMENTO
Fisica
SSD: FIS/07 CFU: 4
Anno di corso: I Semestre: I
Docente Prof. Giuseppe Perna
Obiettivi formativi
Il percorso formativo prevede di affrontare in questo corso lo studio delle discipline propedeutiche
per consolidare le conoscenze di base dei principi della fisica applicata alla diagnostica per
immagini e radioterapia, in modo tale da consentire loro la migliore comprensione dei più
importanti meccanismi che sono alla base dei processi patologici sui quali si focalizza il loro
intervento diagnostico.
Risultati d’apprendimento attesi:
Il raggiungimento delle competenze professionali si attua anche attraverso una formazione teorica
relativa agli argomenti di base della Fisica, così da garantire, al termine del percorso formativo, la
piena padronanza di tutte le necessarie competenze e la loro immediata spendibilità nell'ambiente di
lavoro.
Il laureato deve essere in grado di applicare il metodo scientifico e sperimentale allo studio dei
fenomeni fisici rilevanti per la professione dimostrando di saper utilizzare allo scopo i principali
fondamenti delle discipline di base applicati ai problemi tecnologici della diagnostica per immagini.
Organizzazione didattica:
Lezioni ex cathedra: 4 CFU, 40 Ore
Modalità d’erogazione: tradizionale
Modalità di verifica dell’apprendimento: esame orale
Programma dettagliato
Grandezze fisiche e calcolo vettoriale
Metodo sperimentale. Grandezze fisiche fondamentali e derivate. Unità di misura. Grandezze
scalari e vettoriali. Errori di misura. Analisi dimensionale. Cifre significative. Vettori. Algebra
vettoriale: somma e differenza di vettori (metodo geometrico ed analitico). Prodotto scalare e
vettoriale.
Cinematica del punto materiale
Sistema di riferimento. Concetto di punto materiale. Spostamento. Velocità. Accelerazione. Moto
rettilineo uniforme. Moto rettilineo uniformemente accelerato. Moto dei gravi. Moto in 2 e 3
dimensioni. Moto circolare uniforme. Moto del proiettile.
Dinamica del punto materiale
Forza. Massa ed inerzia. Sistemi inerziali. Leggi del moto di Newton. Esempi di forze: forza di
gravitazione, peso, reazioni vincolari, forze elastiche, attrito statico e dinamico, attrito viscoso,
piano inclinato e determinazione dei coefficienti di attrito radente, forze centripete e centrifughe.
Densità e peso specifico. Quantità di moto e sua conservazione. Lavoro compiuto da una forza
costante e variabile. Potenza. Energia cinetica. Teorema dell’energia cinetica. Energia potenziale
della forza peso ed elastica. Forze conservative e non conservative. Conservazione dell’energia
meccanica. Teorema lavoro-energia in presenza di forza non conservative.
Moto oscillatorio
Moto periodico. Moto armonico semplice e sua legge oraria. Frequenza naturale. Ampiezza,
periodo e fase. Posizione, velocità ed accelerazione del moto armonico semplice. Energia
dell’oscillatore armonico semplice. Pendolo semplice. Moto armonico smorzato. Vibrazioni forzate
e risonanza.
Elementi di Meccanica dei sistemi di punti materiali
Sistemi di punti materiali. Centro di massa. Momento di una forza. Momento di inerzia. Equazione
fondamentale della dinamica rotazionale. Momento angolare e sua conservazione.
Meccanica dei fluidi
Pressione e sue unità di misura. Il principio di Pascal. Elevatore idraulico. Pressione idrostatica.
Legge di Stevino. Vasi comunicanti. Pressione atmosferica e sua misura. Barometri e manometri.
Principio di Archimede. Galleggiamento dei corpi. Fluidi ideali e reali. Moto stazionario e laminare.
Equazione di continuità. Portata. Teorema di Bernoulli e sue applicazioni (effetto Venturi, stenosi
ed aneurisma). Viscosità. Equazione di Poiseuille. Moto vorticoso. Diffusione.
Moto ondulatorio
Onde meccaniche e propagazione di un’onda. Impulso ed onda periodica. Periodicità spaziale e
temporale: lunghezza d’onda e periodo. Funzione d’onda armonica. Velocità di un’onda. Fronti
d’onda. Onde circolari rettilinee, piane e sferiche. Energia trasportata dall’onda e sua intensità.
Intensità di onde sferiche. Onde trasversali e longitudinali. Riflessione. Rifrazione. Interferenza.
Onde stazionarie. Onde sonore e velocità del suono. Tono e carattere. Intensità sonora in dB.
Applicazione ultrasuoni: principio del sonar e della ecografia.
Termologia
Cenni sulla interpretazione molecolare della temperatura. Equilibrio termico. Temperatura e
termometri. Scale termometriche. Dilatazione termica lineare e volumica. Leggi di Boyle, Charles e
Gay-Lussac. Zero assoluto e scala della temperatura assoluta. Equazione di stato dei gas perfetti.
Energia interna. Calore e sua unità di misura. Esperienza di Joule. Capacità termica e calore
specifico. Misura del calore specifico con calorimetro. Trasmissione del calore: conduzione,
convezione ed irraggiamento. Cambiamenti di stato.
Elettrostatica
Fenomeni di elettrizzazione e carica elettrica. Conduttori ed isolanti. Legge di Coulomb. Concetto
di campo elettrico e di linee di campo elettrico. Campo elettrico generato da cariche puntiformi.
Principio di sovrapposizione. Campo elettrico generato da distribuzioni piane di cariche elettriche.
Campo elettrico e potenziale di un conduttore isolato in equilibrio elettrostatico. Campo elettrico
alla superficie di un conduttore. Schermo elettrostatico. 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. Dipolo
elettrico e potenziale generato da un dipolo elettrico. Dipolo elettrico in campo elettrico uniforme.
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
condensatore ed energia associata al campo elettrico. Dielettrici in un condensatore e descrizione
molecolare di un dielettrico. Condensatori in serie ed in parallelo. Cenni su ECG.
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Testi consigliati
J.W. Kane-M.M. Sternheim: “Fisica Applicata”, EMSI.
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.
Frequenza al corso obbligatoria
Il Docente
Dr. Giuseppe Perna