Obiettivi Formativi

Fornire allo studente conoscenze di base necessarie per interpretare e comprendere i principi, le leggi e le applicazioni fisiche alla base dei differenti meccanismi biologici e delle tecniche di indagine e di intervento richiesti in campo biologico e biomedico.

Learning Goals

To provide students with the basic knowledge necessary for interpreting and understanding the principles, laws and applications of physics underlying different biolgical mechanisms as well as the techniques of investigation and intervention required in the biological and biomedical field.

Prerequisiti

Concetti di base di algebra, geometria ed analisi matematica.

Prerequisites

Basic concepts of algebra, geometry and mathematical analysis.

Verifiche dell'apprendimento

Verifica ad itinere durante il corso; esami orali finali; calcolo di grandezze semplici; Risoluzione esercizi; Capacità di ragionamento sugli argomenti di Fisica svolti.

Assessment

Verify itinere during the course; final oral exams; calculation of simple quantities; Exercise resolution; Ability to reason on the topics of Physics carried out.

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 - Outline of vector algebra - Measurements, errors and standard deviation. 1. Mechanics Kinematics: Rectilinear, circular and harmonic motion - Principles of dynamics - Gravitational, centrifugal, elastic and frictional force - Reference systems - Work and power - Kinetic, potential and elastic energy - Principles of conservation of energy and momentum - Rigid body and center of mass - Mechanical moment - General conditions of equilibrium - Equilibrium in some biological systems. 2. Mechanics of fluids Laws of statics and dynamics of fluids - Bernoulli's theorem - Aneurysm and stenosis - Real fluids - Poiseuille's law - Reynolds number - Sedimentation and centrifugation - Osmotic and diffusive processes - Surface molecular phenomena - Laplace and Jurin's laws - Circle blood. 3. Thermodynamics Thermometry and calorimetry - Triple point of water - Mechanical equivalent of the calorie - Energy balance of the organism - Propagation of heat - Equation of state of ideal gases - Microscopic interpretation of thermodynamic quantities - Thermodynamic transformations - First law of thermodynamics - Mayer's equations and Poisson's - Second law of thermodynamics - Carnot's cycle - Entropy - Real gases - Respiration. 4. Electricity Structure of the atom - Electric charge and electrostatic phenomena - Coulomb's law - Electric field and potential - Gauss' theorem - Electric dipole - Electric capacity - Current and electric resistance - Ohm's law - Joule effect - Voltmeters and ammeters - RC circuits - Conduction electricity in liquids - Biological membranes - Potential and bioelectric conduction. 5. Magnetism Field and magnetic induction - Biot-Savart, Lorentz and Laplace laws - Gauss's law for magnetism - Magnetic dipole - Lentz's law - Inductance - RL circuits - RLC oscillating circuits - Electromagnetic waves 6. Optics Light radiations - Snell's laws - Spherical diopter - Eye - Thin lenses and equations of conjugated points - Construction of images - Eye and visual ametropias - Optical and electronic microscope - Resolving power - Phenomena of interference, diffraction and polarization of light - Laser and its applications in the biological field. 7. Acoustics Propagation of elastic waves - Resonance and interference phenomena - Distinctive characteristics of sound - Audiometry - Doppler effect - Ultrasound in the bio-medical field. 8. Physics of the Nucleus Electromagnetic and corpuscular radiation - Nucleus binding energy - Radioactivity and the law of radioactive decay - Production of X-rays and gamma rays - Lambert's law - Applications in the bio-medical field - Diagnostic and therapeutic techniques.