Obiettivi Formativi

L'obiettivo del Corso è quello di soddisfare le seguenti esigenze, ritenute fondamentali e prioritarie: evidenziare il carattere formativo e metodologico della Fisica negli studi biomedici; svolgere una certa integrazione della Fisica con altri argomenti facenti parte, in maniera più specifica, dei curricula degli studi biomedici o sanitari; mettere in risalto l'aspetto strumentale che deriva dall'impiego di molteplici fenomeni fisici, in particolare con scopi diagnostici e terapeutici. Il corso comprende, sinteticamente: Grandezze fisiche e loro misure; Meccanica del corpo rigido; Meccanica dei fluidi; Termologia e termodinamica; Fenomeni elettrici; Elettromagnetismo; Ottica geometrica; Onde meccaniche; Fisica Nucleare.

Learning Goals

The main goal of the course is to meet the following needs, considered fundamental and priority: to highlight the formative and methodological feature of Physics in biomedical studies; to carry out a certain integration of the Physics with other topics belonging, in a more specific way, of the curricula of the biomedical or health studies; to highlight the instrumental aspect that derives from the use of multiple physical phenomena, in particular for diagnostic and therapeutic purposes. The course includes, briefly: Physical quantities and their measurements; Rigid body mechanics; Fluid mechanics; Thermology and thermodynamics; Electric phenomena; Electromagnetism; Geometric optics; Mechanical waves; Nuclear physics.

Metodi didattici

Il corso si svolgerà con lezioni frontali ed esercitazioni in aula. Queste ultime saranno finalizzate alla risoluzione di problemi di fisica.

Teaching Methods

The course will take place with lectures and exercises in the classroom. The latter will be aimed at solving physical problems.

Prerequisiti

La frequenza del corso necessita della conoscenza della matematica e della geometria di base.

Prerequisites

Course attendance requires basic knowledges of mathematics and geometry.

Verifiche dell'apprendimento

L'esame finale consisterà in una valutazione orale dell'apprendimento degli argomenti presentati a lezione. Talvolta saranno valutate possibili risoluzioni di esercizi.

Assessment

The final exam will consist of an oral evaluation of the learning of the topics presented in class. Possible resolutions of exercises will be sometimes evaluated.

Programma del Corso

1. Le grandezza fisiche e loro misure • Definizione di grandezza fisica e sue dimensioni • Sistemi di Unità di Misura • Grandezze scalari e vettoriali 2. I fondamenti della meccanica • Cinematica: traiettoria e legge oraria, velocità e accelerazione, moto rettilineo uniformemente accelerato, moto circolare uniforme • Dinamica: le forze, i principi della dinamica traslatoria, Forza gravitazionale, Forza elastica, forze di attrito • Il teorema dell'Impulso • Lavoro ed energia: energia cinetica e teorema dell'energia cinetica, campi conservativi ed energia potenziale, conservazione dell'energia meccanica, potenza e rendimento 3. Statica e Dinamica rotatoria • Equilibrio di un corpo rigido esteso • Centro di massa e baricentro • Il momento di una forza • Dinamica del corpo rigido (traslatoria e rotatoria) • I vincoli e le leve (Articolazioni) • La meccanica della locomozione 4. Sforzi elastici • Sforzi di trazione • Isteresi elastica • Sforzi di taglio • Sforzi di torsione • Le fratture ossee 5. Meccanica dei Fluidi • Definizione di pressione e densità • Leggi dell'idrostatica • Il moto dei fluidi: Portata ed equazione di continuità, il teorema di Bernoulli, fluidi viscosi, moto laminare e turbolento, equazione di Poiseuille, il circuito idrodinamico del sangue, applicazioni del teorema di Bernoulli, la resistenza dei vasi, effetto della pressione idrostatica, lavoro e potenza cardiaca, misura della pressione del sangue • La tensione superficiale, forze di adesione e coesione, applicazioni della tensione superficiale, liquidi tensioattivi fenomeni di capillarità, embolia gassosa. • Sedimentazione e centrifugazione 6. Termologia e Termodinamica • Temperatura e scale termometriche • Quantità di calore e calore specifico • I gas perfetti e i gas reali • Lavoro in termodinamica • Trasformazione in termodinamica • Conservazione dell'energia: il primo principio della termodinamica • Il secondo principio della termodinamica • Entropia ed Entalpia • Meccanismi di trasmissione del calore: conduzione, convezione, irraggiamento • Metabolismo basale • Termoregolazione degli animali a sangue caldo 7. Diffusione e Osmosi • Le membrane nei sistemi biologici • La diffusione libera e attraverso le membrane • Membrane semipermeabili ed equilibri osmotici • Lavoro osmotico • Equilibri osmotici nei sistemi biologici • Accumulo di liquidi nei tessuti (edema) - lavoro osmotico per concentrare l'urea e metabolismo renale 8. Fenomeni Elettrici • Carica elettrica e forza di Coulomb • Il campo elettrostatico e il potenziale elettrostatico • Capacità di un conduttore, il condensatore • Correnti elettriche e leggi di Ohm • Effetto termico della corrente elettrica • Funzionamento di un pacemaker di base come esempio di circuito RC • Soluzioni elettrolitiche e dissociazioni elettrolitiche • Elettroforesi • Le attività bioelettriche nei sistemi biologici • La pompa sodio-potassio • Tracciati ECG, EEG ed EMG 9. Elettromagnetismo • Il campo magnetico • Flusso di campo magnetico e induzione elettromagnetica • Le onde elettromagnetiche e relativo spettro 10. Ottica Geometrica • Riflessione, rifrazione e riflessione totale • Le fibre ottiche e loro utilizzo in diagnostica medica • Il diottro • Le lenti sottili • L'occhio come sistema ottico: acuità visiva, i difetti ottici dell'occhio, il meccanismo della visione e la percezione dei colori 11. Le onde meccaniche • Il suono, pressione e intensità sonora, infrasuoni e ultrasuoni, Livelli di sensazione sonora, la fonazione, lo stetoscopio, gli ultrasuoni in medicina 12. Materia e Radiazioni • Gli atomi, i nuclei, la radioattività • Legge del decadimento radioattivo • I raggi X: produzione e uso in diagnostica medica • Effetti biologici R.I.

Course Syllabus

1. The physical quantities and their measurements-Definition of physical quantity and its dimensions-Measurement Units Systems-Scalar and vector quantities 2. The foundations of mechanics-Kinematics: trajectory and hourly law, speed and acceleration, uniformly accelerated rectilinear motion, uniform circular motion-Dynamics: the forces, the principles of translational dynamics, Gravitational force, Elastic force, friction forces-The Impulse theorem-Work and energy: kinetic energy and the theorem of kinetic energy, conservative fields and potential energy, conservation of mechanical energy, power and efficiency 3. Statics and rotational dynamics-Equilibrium of an extended rigid body-Center of mass and center of gravity-The moment of a force-Dynamics of the rigid body (translational and rotational)-The constraints and the levers (Articulations)-The mechanics of locomotion 4. Elastic strains-Traction strains-Elastic hysteresis-Cutting strains-Torsion strains-Bone fractures 5. Fluid mechanics-Definition of pressure and density-Hydrostatics laws-Fluid motion: Flow rate and continuity equation, Bernoulli's theorem, viscous fluids, laminar and turbulent motion, Poiseuille equation, hydrodynamic blood circuit, applications of Bernoulli's theorem, vessel resistance, effect of hydrostatic pressure, work and cardiac output, measurement of blood pressure-Surface tension, adhesion and cohesion forces, applications of surface tension, surfactant liquids, capillary phenomena, gaseous embolism-Sedimentation and centrifugation 6. Thermology and Thermodynamics-Temperature and temperature scales-Amount of heat and specific heat-Perfect gases and real gases-Work in thermodynamics-Transformation in thermodynamics-Conservation of energy: the first principle of thermodynamics-The second principle of thermodynamics-Entropy and Enthalpy-Heat transmission mechanisms: conduction, convection, radiation-Basal metabolism-Thermoregulation of warm-blooded animals 7. Diffusion and Osmosis-Membranes in biological systems-Free diffusion and through the membranes-Semi-permeable membranes and osmotic balances-Osmotic work-Osmotic equilibria in biological systems-Accumulation of fluid in the tissues (edema) - osmotic work to concentrate urea and renal metabolism 8. Electrical phenomena-Electric charge and Coulomb force-The electrostatic field and the electrostatic potential-Capacitance of a conductor, the capacitor-Electrical currents and Ohm laws-Thermal effect of electric current-Operation of a basic pacemaker as an example of an RC circuit-Electrolytic solutions and electrolytic dissociations-Electrophoresis-Bioelectric activities in biological systems-The sodium-potassium pump-ECG, EEG and EMG traces 9. Electromagnetism-The magnetic field-Magnetic field flux and electromagnetic induction-Electromagnetic waves and related spectrum 10. Geometric Optics-Reflection, refraction and total reflection-Optical fibers and their use in medical diagnostics-The diopter-Thin lenses-The eye as an optical system: visual acuity, optical defects of the eye, the mechanism of vision and the perception of colors 11. Mechanical waves-Sound, pressure and intensity of sound, infrasound and ultrasound, Levels of sound sensation, phonation, stethoscope, ultrasound in medicine 12. Materia and Radiations-Atoms, nuclei, radioactivity-Radioactive decay law-X-rays: production and use in medical diagnostics-I.R. biological effects