Obiettivi formativi
Il modulo di Fisica si inserisce nel Corso Integrato di Ottica Fisiopatologica ed intende dare una formazione di base che consiste nella conoscenza e comprensione di principi fisici di base propedeutici per le altre discipline del Corso Integrato (Biofisica e Ottica).
Il corso si ripromette altresì di dare i rudimenti concettuali necessari per una comprensione pur sommaria di alcune importanti tecnologie di uso sempre più di frequente in campo medico quali ad esempio: centrifughe, endoscopi, microscopi, trasduttori per ecografia a ultrasuoni, raggi laser, apparati radiologici e NMR, rivelatori di radiazione,ecc. In questo senso, il corso il corso si prefigge anche lo scopo di sviluppare l'attitudine dello studente allo studio indipendente ed all'aggiornamento continuo sull'applicazione di tecniche fisiche al proprio ambito professionale.
Come ultima finalità, ma forse la più importante, il corso si prefigge di dare allo studente uno stimolo per il raggiungimento di una maggiore confidenza su concetti di uso comune, ma non sempre sufficientemente chiariti dagli studi pregressi, quali: azioni meccaniche tra corpi a contatto, sforzi ed energie in gioco, aspetti dinamici conseguenti a forze elastiche e urti, attriti e aspetti termici e termodinamici, proprietà statiche e dinamiche di fluidi gassosi e liquidi, luce e sue manifestazioni anche in relazione alla struttura dell'occhio e ai suoi difetti fisici, fondamenti dei fenomeni elettrici, magnetici e nucleari, le leggi che governano potenziali e correnti, radiazioni elettromagnetiche e nucleari, perturbazioni indotte nei mezzi attraversati e aspetti di rivelazione e controllo.
Prerequisiti
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Contenuti dell'insegnamento
La prima parte del modulo di Fisica tratterà la definizione delle principali grandezze fisiche, i sistemi e le unità di misura.
In seguito verranno affrontati i principi fondamentali della meccanica, della dinamica dei fluidi, dell'elettromagnetismo, della termologia, dei fenomeni ondulatori e dell'ottica.
Verranno di volta in volta sottolineate le principali applicazioni e conseguenze sulla fisiologia del corpo umano ed in ambito medico. In particolare, verranno approfonditi aspetti relativi alla biomeccanica, alla circolazione del sangue, all'uso delle radiazioni in diagnostica e terapia
medica, alla natura e propagazione della luce in relazione al fenomeno della visione ed ai suoi difetti.
Programma esteso
Introduzione: grandezze fisiche e loro misure; dimensioni, unità di
misura.Cinematica in una dimensione: velocità ed accelerazione; moto con
accelerazione costante.Cinematica in due dimensioni: scalari e vettori; moto di un
proiettile.Dinamica: le tre leggi di Newton; peso e forza normale; attrito;piano
inclinato.Moto circolare: cinetica e dinamica del moto circolare uniforme;
centrifugazione; satelliti artificiali.Lavoro ed energia: lavoro; energia cinetica e
principio lavoro-energia; energia potenziale; forze conservative; traformazioni
dell'energia e conservazione dell'energia.Quantità di moto: quantità di moto e sua
conservazione; urti elastici ed anelastici; centro di massa e baricentro; moto
traslatorio.Moto rotatorio: grandezze angolari; cinematica di un moto rotatorio
uniformemente accelerato; moto di rotolamento; momento torcente; dinamica
rotazionale; energia cinetica rotazionale; conservazione del momento
angolare.Fluidi: densità e peso specifico; pressione nei fluidi; principio di Pascal;
principio di Archimede; principio di Bernoulli; viscosità e legge di Poiseuille;
tensione superficiale e capillarità.Vibrazioni ed onde: moto armonico semplice;
energia del moto armonico semplice; pendolo; moto armonico smorzato; vibrazioni
forzate e risonanza; moti ondulatori; energia trasportata dalle onde; riflessione ed
interferenza; rifrazione e diffrazione.Suono: caratteristiche del suono; impedenze
acustiche; la sensazione sonora; rumore e colore del suono; interferenza e
battimenti; effetto Doppler; risonanza.Temperatura e calore: temperatura e
termometri; principio zero della termodinamica; legge dei gas perfetti; numero di
Avogadro; diffusione; energia interna di in gas ideale; calorimetria; trasmissione del
calore.Termodinamica: Iº principio della termodinamica; IIº principio della
termodinamica; le macchine termiche; l'entropia.
Elettricitá e Magnetismo:
Carica elettrica e legge di Coulomb - Costante dielettrica - Campo elettrico - Lavoro
elettrico e potenziale elettrostatico - Volt - Campo e potenziale dipolare e da doppio
strato - Elettrocardiogramma (cenni) - Teorema di Gauss e sue applicazioni notevoli
- La gabbia di Faraday - Induzione elettrostatica e polarizzazione del mezzo -
Condensatore e capacitá elettrica - Condensatori in serie e parallelo - Intensitá di
corrente e densità di corrente - Legge di Ohm e resistenza - Resistenze in serie e
parallelo - Forza elettromotrice - Leggi di Kirchhoff - Effetto termico della corrente -
Conduzione nei liquidi - Passaggio della corrente nel corpo umano - Cenni sulla
struttura elettronica di isolanti, conduttori e semiconduttori - Campo magnetico e
forze su correnti e magneti - Legge di Biot e Savart - Permeabilitá magnetica -
Teorema della circuitazione di Ampère - Solenoide - Induzione elettromagnetica e
leggi di Faraday/Lenz - Coefficiente di autoinduzione - Tensione e corrente
alternata - Impedenza e potenza AC dissipata - Onde elettromagnetiche - Effetto
fotoelettrico e fotone - Effetto termoelettronico.
Ottica
Riflessione, rifrazione e dispersione luminosa - Riflessione totale e fibra ottica -
Endoscopio (cenni) - Elementi di analisi spettrale - Sistema ottico, fuochi e potere
diottrico - Lenti sottili e specchi, e costruzione delle immagini - Microscopio
composto - Potere risolutivo - Aberrazioni - L'occhio come sistema diottrico -
Principali ametropie e loro correzione mediante lenti - Carattere ondulatorio della
luce - Diffrazione della luce e legge di Huyghens - Reticolo di diffrazione -
Polarizzazione della luce e polarimetria - Luce laser: produzione, proprietà e
applicazioni in Medicina - Microscopio elettronico (cenni)
Atomo, Nucleo, Radiazioni:
Struttura atomica - Modelli atomici di Bohr e Bohr/Sommerfeld - Emissione e
assorbimento di fotoni, e luminescenza - Raggi X, loro produzione e proprietá -
Processi di assorbimento X nella materia - L'immagine radiologica - Nucleo e
isotopi - Radioattivitá naturale: radiazioni alfa, beta, gamma e proprietà di
assorbimento - Decadimento radioattivo e vita media.
Bibliografia
Appunti di lezione.
Bersani, Bettati, Biagi, Capozzi, Feroci, Lepore, Mita, Ortalli, Roberti, Viglino, Vitturi:
Elementi di Fisica, Ed. Piccin Nuova Libraria (Padova).
Scannicchio: Fisica Biomedica, Ed. EdiSES (Napoli).
Giambattista, McCarthy Richardson, Richardson: Fisica Generale, Ed. McGraw-Hill (Milano).
Halliday et al: Elementi di Fisica, Ed. Ambrosiana (Milano).
Metodi didattici
Durante le lezioni frontali verranno illustrati e commentati gli argomenti contenuti nel programma del modulo. L'enfasi sarà posta sulle applicazioni dei principi fisici fondamentali in campo biomedico, e si forniranno esempi di come l'applicazione di tali principi possa portare
a formulare previsioni quantitative su fenomeni fisiologici e patologici. In alcuni casi selezionati, verrà illustrata la dimostrazione di principi fisici di base, allo scopo di introdurre gli studenti alla pratica del pensiero logico e del metodo sperimentale.
Modalità verifica apprendimento
L'accertamento del raggiungimento degli obiettivi previsti dal modulo
prevede una prova scritta, consistente principalmente in quesiti a
risposta aperta su argomenti trattati nel corso. In questo modo, verrà
accertata la conoscenza e la comprensione, da parte dello studente, sia
dei principi teorici che delle loro conseguenze in campo medico e
biologico.
La prova scritta prevederà anche la risoluzione di uno o più problemi, per
verificare il raggiungimento dell'obiettivo della capacità di applicare le
conoscenze acquisite ad una situazione simulata di interesse biologico o
medico.
La valutazione collegiale degli elaborati attribuirà lo stesso peso alle
risposte ai quesiti a risposta aperta ed ai problemi proposti.
Altre informazioni
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Obiettivi agenda 2030 per lo sviluppo sostenibile
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