Obiettivi Formativi

Conoscenze Coerentemente con gli obiettivi formativi del Corso di Studi l’insegnamento fornisce conoscenze dei principi fisici che regolano i processi che avvengono in natura, con particolare attenzione a quelli che si verificano in ambito biologico e nei sistemi di produzione alimentare. Conoscenza dei processi di tipo fisico che si verificano nella fisiologia degli organismi biologici. Conoscenza delle grandezze fisiche più importanti e della loro misurazione in ambito biologico. Conoscenza qualitativa e quantitativa dell’impatto dei valori di grandezze fisiche sull’ evoluzione di sistemi fisici, con enfasi sugli aspetti legati alla biologia. Conoscenza dei principi fisici che descrivono la misurazione di parametri microclimatici ed ambientali nei sistemi biologici e nei sistemi delle produzioni animali ed alimentari (biosensori), ivi comprese le energie rinnovabili. Competenze Capacità di riconoscere i processi fisici e le grandezze fisiche nei processi che avvengono in natura, con particolare attenzione a quelli che avvengono in ambito biologico. Capacità di quantificare l’ordine di grandezza ed i valori delle grandezze fisiche rilevanti nei processi naturali, ed in modo particolare quelli in ambito biologico. Capacità di applicare con adeguato rigore logico e coerenza le leggi della fisica, allo scopo di prevedere l’evoluzione di processi che avvengono in ambito biologico e su scale di grandezza che coinvolgono attività di tipo industriale. Capacità di applicare le conoscenze di biofisica ai sistemi delle produzioni animali e alimentari. Capacità di leggere, capire e valutare criticamente i processi fisici che avvengono in natura, allo scopo di valutare i loro effetti su sistemi di tipo biologico.

Learning Goals

Knowledge The course provides knowledge of the physical principles which regulate natural processes, with special focus on the ones oc-curring in biological and food production systems. Knowledge of the physical processes that occur in the physiology of biologi-cal organisms. Knowledge of the most important physical quantities in the biological field, and related measurements. Qualita-tive and quantitative knowledge of the order of magnitude and values of physical quantities and their impact on the evolution of physical systems, with emphasis on aspects related to biology. Knowledge of the physical principles describing the measure-ment of microclimatic and environmental parameters in biological systems and in animal and food production systems (biosen-sors), including renewable energies. Skills Ability to recognize physical processes and physical quantities in processes occurring in nature, with special attention to biolog-ical ones. Ability to quantify the order of magnitude and values of physical quantities relevant to natural processes, and in par-ticular those in the biological field. Ability to apply with rigorous methodology and consistency the laws of physics, in order to predict the evolution of processes that occur in the biological environment and on time and length scales involving industrial activities. Ability to apply biophysical principles to animal and food production systems. Ability to read, understand and evaluate critically physical processes that occur in nature, in order to assess their effects on biological systems.

Metodi didattici

Lezioni frontali ed esercitazioni mirate alla risoluzione di problemi di fisica generale e applicata in aula, o in modalità blended e-learning, mediante presentazioni power-point ed attività alla lavagna. ​​​​​​​

Teaching Methods

Whole class teaching and class tutorials over the solution of General and Applied Physics problems, also in blended e-learning mode, through power-point presentations and blackboard writing.

Prerequisiti

Conoscenze di base di Biologia, Chimica.

Prerequisites

Basic knowledge of Biology, Chemistry.

Verifiche dell'apprendimento

Tre prove in itinere scritte atte a valutare il grado di competenza tecnica raggiunta nell’ applicazione di concetti e leggi fisiche; prova orale finale mirata alla valutazione del grado di preparazione raggiunto e della proprietà di linguaggio nell’ esposizione di concetti di fisica generale e applicata.

Assessment

Three class-mark tests to evaluate the level of technical expertise in the application of Physics concepts and laws; oral exam aimed to evaluate the level of knowledge and language proficiency in the discussion of General and Applied Physics concepts.

Programma del Corso

Didattica Frontale (42 ore) Grandezze fisiche e loro dimensioni (1/2 h). Sistemi di unità di misura (1 h). Grandezze scalari e vettoriali (1/2h). Cinematica e Dinamica Traslatoria (1 h).  Le forze ed i principi della dinamica traslatoria (1 h).  Campi di forze (1/2 h).  Massa, peso e densità (1/2 h). Teorema dell’ impulso (1/2 h).  Lavoro, energia, potenza e rendimento (1 h). Teorema dell’ energia cinetica (1/2 h). Energia potenziale e conservazione dell’ energia meccanica (1/2 h). Equilibrio di un corpo rigido (1/2 h). I vincoli e le leve (1 h). Centro di massa e baricentro (1/2 h). Elasticita’ e legge di Hooke (1 h). Cenni di Dinamica Rotatoria e conservazione del momento angolare (1/2 h). Corpi deformabili e forze di attrito (1/2 h). Elementi di biomeccanica (1 h). Legge di Hooke applicata a fratture ossee (1/2 h).  Meccanica dei Fluidi (1/2 h). Spinta di Archimede e pressione idrostatica (1/2 h). Moto dei fluidi: portata ed equazione di continuità (1/2 h). Fluidi non viscosi ed il teorema di Bernoulli (1/2 h). Forze di coesione e tensione superficiale (1/2 h). Flottazione e liquidi tensioattivi (1/2 h). Fenomeni di capillarità (1/2 h). Tensione elastica di una membrana e formula di Laplace (1/2 h). Meccanica dei Fluidi nei sistemi biologici (1/2 h). Applicazioni del teorema di Bernoulli e misure di flusso (1/2 h). Applicazioni di meccanica dei fluidi al sistema cardio-circolatorio di organismi biologici (1/2 h). Applicazioni della tensione superficiale ai sistemi biologici (1/2 h). Sedimentazione (1/2 h). Elettroforesi (1/2 h). Centrifugazione (1/2 h). Centrifughe preparative e centrifughe analitiche (1/2 h). Termologia e Termodinamica (1/2 h). Calore e calore specifico (1/2 h). Trasformazioni termodinamiche (1/2 h). Primo principio e secondo principio della termodinamica (1/2 h). Termodinamica nei sistemi biologici e meccanismi di propagazione del calore: convezione, conduzione ed irraggiamento (1/2 h). Metabolismo basale e tassi metabolici (1/2 h). Termoregolazione degli animali a sangue caldo (1/2 h). Umidità ambientale assoluta e relativa (1/2 h). Fenomeni Ondulatori ed onde elastiche (1/2 h). Riflessione e rifrazione (1/2 h). Polarizzazione delle onde trasversali (1/2 h). Il suono e la propagazione delle onde sonore (1/2 h). La ricezione di onde elastiche nei sistemi biologici (1/2 h). Ultrasuoni ed applicazioni: effetto Doppler e flussimetria (1/2 h). Le membrane nei sistemi biologici (1/2 h). Diffusione libera e attraverso membrane (1/2 h). Filtrazione (1/2 h). Membrane semi-permeabili ed equilibri osmotici (1/2 h). Lavoro osmotico e potenziale chimico (1/2 h). Equilibri osmotici nei sistemi biologici (1/2 h). Soluzioni elettrolitiche e dissociazione elettrolitica (1/2 h). Fenomeni elettrici nei sistemi biologici (1/2 h). Potenziale ed equilibrio elettrochimico (1/2 h). La membrana capillare (1/2 h). La membrana cellulare (1/2 h). Potenziale di riposo e meccanismi di trasporto passivo (1/2 h). La pompa sodio-potassio (1/2 h). Le attività bioelettriche nei sistemi biologici (1/2 h). Elettromagnetismo (1/2 h). Momenti magnetici e proprietà magnetiche della materia (1/2 h). Flusso di campo magnetico e induzione elettromagnetica (1/2 h). Le onde elettromagnetiche (1/2 h). Emissione e assorbimento delle onde elettromagnetiche (1/2 h). La diffrazione della luce (1/2 h). Il prisma e la dispersione della luce (1/2 h). La polarizzazione della luce (1/2 h). Il diottro e le lenti (1/2 h). Potere rotatorio (1/2 h). Assorbimento ottico e spettrofotometria (1/2 h). Assorbimento delle radiazioni nella materia (1/2 h). Cenni di spettroscopia (1/2 h). Cenni sui funzionamenti dei biosensori (1/2 h). Didattica Pratica (36 ore) Esercitazioni guidate per risolvere problemi riguardanti: Sistemi di unità di misura (1 h); grandezze scalari e vettoriali (1 h); Cinematica e Dinamica Traslatoria (2 h); statica (2 h); corpi deformabili ed attrito (2 h); biomeccanica (1 h); meccanica dei fluidi (4 h); trasporto in regime viscoso (3 h); termologia e termodinamica (3 h); fenomeni ondulatori e fisica della onde elastiche (3 h); Diffusione, filtrazione, osmosi (4 h); elettromagnetismo (4 h); fenomeni elettrici nei sistemi biologici (4 h); ottica fisica e ottica geometrica (2 h).

Course Syllabus

Whole class teaching (42 hours) Physical quantities and their dimensions (1/2 h). Systems of measurement (1 h). Scalar and vector quantities (1/2h). Kinematics and Translational Dynamics (1 h). The forces and principles of translational dynamics (1 h). Force fields (1/2 h). Mass, weight and density (1/2 h). Momentum theorem (1/2 h). Work, energy, power and efficiency (1 h). Kinetic energy theorem (1/2 h). Potential energy and conservation of mechanical energy (1/2 h). Equilibrium of a rigid body (1/2 h). Constraints and levers (1 h).  Center of mass and center of gravity (1/2 h). Elasticity and Hooke's law (1 h). Elements of Rotatory Dynamics and conservation of angular momentum (1/2 h). Deformable bodies and frictional forces (1/2 h). Elements of biomechanics (1 h). Hooke's law applied to bone fractures (1/2 h). Fluid mechanics (1/2 h). Archimedes thrust and hydrostatic pressure (1/2 h). Fluid motion: flow rate and continuity equation (1/2 h). Non-viscous fluids and Bernoulli's theorem (1/2 h). Cohesion forces and surface tension (1/2 h). Flotation and Surfactants (1/2 h). Capillarity phenomena (1/2 h). Elastic tension of a membrane and Laplace formula (1/2 h). Fluid mechanics in biological systems (1/2 h). Applications of Bernoulli's theorem and flow measurements (1/2 h). Applications of fluid mechanics to the blood system of biological organisms (1/2 h). Applications of surface tension to biological systems (1/2 h).  Sedimentation (1/2 h). Electrophoresis (1/2 h). Centrifugation (1/2 h). Preparative centrifuges and analytical centrifuges (1/2 h). Thermology and Thermodynamics (1/2 h). Heat and specific heat (1/2 h). Thermodynamic transformations (1/2 h). First and second principle of thermodynmics (1/2 h). Thermodynamics in biological systems and heat propagation mechanisms: convection, conduction and radiation (1/2 h). Basal metabolism and metabolic rates (1/2 h). Thermoregulation of warm-blooded animals (1/2 h). Absolute and relative environmental humidity (1/2 h). Wave phenomena and elastic waves (1/2 h). Reflection and (1/2 h). Polarization of transverse waves (1/2 h). The sound and propagation of sound waves (1/2 h). The reception of elastic waves in biological systems (1/2 h). Ultrasound and applications: Doppler effect and flowmetry (1/2 h). Membranes in biological systems (1/2 h). Free diffusion and diffusion through membranes (1/2 h). Filtration (1/2 h). Semi-permeable membranes and osmotic balance (1/2 h). Osmotic work and chemical potential (1/2 h). Osmotic equilibria in biological systems (1/2 h). Electrolytic solutions and electrolytic dissociation (1/2 h). Electrical phenomena in biological systems (1/2 h). Electrochemical potential and balance (1/2 h). The capillary membrane (1/2 h). The cell membrane (1/2 h). Rest potential and passive transport mechanisms (1/2 h). The sodium-potassium pump (1/2 h). Bioelectric activities in biological (1/2 h). Electromagnetism (1/2 h). Magnetic moments and magnetic properties of matter (1/2 h). Magnetic field flux and electromagnetic induction (1/2 h). Electromagnetic waves (1/2 h). Emission and absorption of electromagnetic waves (1/2 h). Diffraction of light ((1/2 h). The prism and the dispersion of light (1/2 h). Polarization of light (1/2 h). Dioptric system and lenses (1/2 h). Optical rotation (1/2 h). Optical absorption and spectrophotometry (1/2 h). Absorption of radiation through matter (1/2 h). Basics of spectroscopy (1/2 h). Notes on the functioning of biosensors (1/2 h). Practicals (36 hours) Class tutorials over the solution to problems as related to: Systems of measurement (1 h); scalar and vector quantities (1 h); Kinematics and Translational Dynamics (2 h); Statics (2 h); Deformable bodies and frictional forces (2 h); biomechanics (1 h); fluid mechanics (4 h); transport under viscous regime (3 h); thermology and thermodynamics (3 h); wave phenomena and physics of elastic waves (3 h); Diffusion, filtration, osmosis (4 h); electrical phenomena (4 h); electromagnetism (4 h); Wave and geometric optics (2 h).