Obiettivi Formativi

Obiettivo del corso è quello di dare una panoramica della fisica di base necessaria per la comprensione di processi Fisici, Biologici e Medici. Esso comprende sinteticamente: Unità di misura, misure ed errori, meccanica del corpo rigido, meccanica dei liquidi, termodinamica, elettricità, magnetismo, onde elettromagnetiche, Onde meccaniche, Ottica, Fisica Nucleare, Aspetti e tecnologie della Fisica moderna.

Learning Goals

Aim of the course is to give an overview of the basic physics needed for the understanding of Biological and Medical processes. It includes: units of measurement, measurements and errors, rigid body mechanics, fluid mechanics, thermodynamics, electricity, magnetism, electromagnetic waves, mechanical waves, Optics, nuclear physics, Technological aspects of concepts of modern physics.

Metodi didattici

Il corso si svolgerà con un alto numero di lezioni frontali e con una serie di esercitazioni che saranno svolte in classe o in laboratorio. Le esercitazioni mireranno sia a risolvere problemi di fisica che a far conoscere alcuni strumenti scientifici. Durante le esercitazioni saranno assegnate delle tesine individuali agli studenti che dovranno essere portate agli esami.

Teaching Methods

The course will be performed with a large number of lectures and with a series of exercises and little experiments which will be carried out in the classroom or in the laboratory. The exercises will aim both to solve problems in physics to make some scientific instruments. During the exercise, hours will be given individual arguments to the student who must write relation with insights on the subject that will be discussed to the final examination.

Prerequisiti

La frequenza del corso necessita della conoscenza della matematica e geometria di base. In particolare lo studente dovrebbe conoscere: algebra vettoriale, trigonometria, geometria analitica, limiti, logaritmi, derivate, integrali, equazioni differenziali di primo e di secondo ordine e loro metodi di risoluzione.

Prerequisites

The course training requires knowledge of mathematics and basic geometry. In particular, the student should know: vectorial algebra, analytic geometry, trigonometry, logarithms, limits, derivatives, integrals, differential equations of the first and second order and their methods of resolutions.

Verifiche dell'apprendimento

L'esame finale consisterà in una valutazione scritta e orale dell'apprendimento degli argomenti presentati a lezione. Durante il corso sono previste prove in itinere.

Assessment

The final examination will consist of a written and oral evaluation of learning of arguments presented in lecture. During the course, some tests are planned.

Programma del Corso

Introduzione Grandezze fisiche e unità di misura - Equazioni dimensionali – Cenni di algebra vettoriale - Misure, errori e scarto quadratico medio. 1. Meccanica Cinematica: Moto rettilineo, circolare e armonico – Principi della dinamica – Forza gravitazionale, centrifuga, elastica e di attrito – Sistemi di riferimento – Lavoro e potenza – Energia cinetica, potenziale ed elastica – Principi di conservazione dell’energia e della quantità di moto – Corpo rigido e centro di massa – Momento meccanico – Condizioni generali di equilibrio – Equilibrio in alcuni sistemi biologici. 2. Meccanica dei fluidi Leggi della statica e della dinamica dei fluidi – Teorema di Bernoulli – Aneurisma e stenosi – Fluidi reali – Legge di Poiseuille – Numero di Reynolds – Sedimentazione e centrifugazione – Processi osmotici e diffusivi – Fenomeni molecolari di superficie – Leggi di Laplace e di Jurin - Circolo ematico. 3. Termodinamica Termometria e calorimetria – Punto triplo dell’acqua – Equivalente meccanico della caloria – Bilancio energetico dell’organismo – Propagazione del calore – Equazione di stato dei gas perfetti – Interpretazione microscopica delle grandezze termodinamiche – Trasformazioni termodinamiche – Primo principio della termodinamica – Equazioni di Mayer e di Poisson – Secondo principio della termodinamica – Ciclo di Carnot – Entropia – Gas reali - Respirazione. 4. Elettricità Struttura dell’atomo – Carica elettrica e fenomeni elettrostatici – Legge di Coulomb – Campo e potenziale elettrico – Teorema di Gauss – Dipolo elettrico – Capacità elettrica – Corrente e resistenza elettrica – Legge di Ohm – Effetto Joule – Voltmetri ed amperometri – Circuiti RC – Conduzione elettrica nei liquidi – Membrane biologiche – Potenziale e conduzione bioelettrica. 5. Magnetismo Campo e induzione magnetica – Leggi di Biot-Savart, Lorentz e Laplace – Legge di Gauss per il magnetismo – Dipolo magnetico – Legge di Lentz – Induttanza – Circuiti RL – Circuiti oscillanti RLC – Onde elettromagnetiche 6. Ottica Radiazioni luminose – Leggi di Snell – Diottro sferico – Occhio - Lenti sottili ed equazioni dei punti coniugati – Costruzione delle immagini – Occhio ed ametropie visive – Microscopio ottico ed elettronico – Potere risolutivo – Fenomeni di interferenza, diffrazione e polarizzazione della luce- Laser e sue applicazioni in campo biologico. 7. Acustica Propagazione delle onde elastiche – Fenomeni di risonanza e di interferenza – Caratteri distintivi del suono – Audiometria – Effetto Doppler – Ultrasuoni in campo bio-medico. 8. Fisica del Nucleo Radiazioni elettromagnetiche e corpuscolari – Energia di legame del nucleo – Radioattività e legge del decadimento radioattivo - Produzione di raggi X e di raggi gamma – Legge di Lambert – Applicazioni in campo bio-medico - Tecniche diagnostiche e terapeutiche.

Course Syllabus

Introduction Physical quantities and units of measurement - Dimensional equations - Vector algebra Measures, error and standard deviation. 1. Mechanics Kinematics: Linear, circular and harmonic motion - Dynamics principles - Gravitational, centrifuge, elastic and friction force - Reference Systems – Work and power - Kinetic, potential and elastic energy - Principles of conservation of energy and momentum - Rigid body and the center of mass - Conditions of equilibrium - Equilibrium in some biological systems. 2. Fluid mechanics - Laws of statics and fluid dynamics - Bernoulli's theorem - Aneurysm and stenosis - Real fluids – Poiseuille’s Law - Reynolds number - Sedimentation and centrifugation - Osmotic and diffusive processes - Surface molecular phenomena – Laplace’s Law and Jurin - Bloodstream. 3. Thermodynamics Thermometry and Calorimetry -Triple point of water - Mechanical equivalent of calorie – Body’s energy balance - Heat propagation - Equation of state of a perfect gas - Microscopic interpretation of the thermodynamic quantities - Thermodynamic transformations - First principle of thermodynamics - Mayer and Poisson equations- Second principle of thermodynamics - Carnot cycle - Entropy - Real gases -Breathing. 4. Electricity Structure of the atom - Electric charge and electrostatic phenomena –Coulomb’s law - Electric Field and potential – Theorem of Gauss - Electric dipole - Electrical capacitance - Electrical current and resistance – Ohm’s law - Joule effect - Voltmeters and ammeters - RC Circuits - Electrical conduction in liquids - Biological membranes - Bioelectrical potential and conduction. 5. Magnetism Magnetic field and induction - Biot-Savart, Lorentz and Laplace laws – Gauss’s law for magnetism - Magnetic dipole – Lentz’s law - Inductor - RL Circuits- Oscillating RLC Circuits - Electromagnetic waves. 6. Optics Bright radiation - Snell’s Laws - Spherical diopter - Eye - Thin Lenses and equations of conjugate points - Construction of images - Eye and visual ametropia - Optical and electronic microscope - Resolving power - Interference, diffraction and polarization of light -Lasers and its applications in biological field. 7. Acoustics Propagation of elastic waves - Resonance and interference - Hallmarks of sound -Audiometry – Doppler effect -Ultrasound in bio-medical field. 8. Nuclear Physics Corpuscular and electromagnetic radiations - Binding energy of the nucleus - Radioactivity and law of radioactive decay - Production of X-rays and gamma rays – Lambert’s law - Applications in bio-medical field -Diagnostic and therapeutic techniques.