Obiettivi formativi
Il modulo di Fisica Applicata intende dare una formazione di base che consiste nella conoscenza e comprensione di principi fisici di base propedeutici per altre importanti discipline del Corso di Laurea, quali Chimica, Biologia, Fisiologia, Biochimica ecc., che sulla fenomenologia fisica si fondano o di essa fanno frequente uso.
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
nessuno
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
Grandezze fisiche e loro misura. Misura di una grandezza fisica. Dimensioni . Unità. Grandezze vettoriali.
Fondamenti della dinamica: Principi della dinamica . Forza, lavoro ed energia . La forza peso . Teorema dell'energia cinetica . Campi di forze conservativi . Energia potenziale . Conservazione dell'energia meccanica . Momento di una forza . Cenni al moto dei corpi rigidi . Le leve e il corpo umano. Fenomeni elastici, legge di Hooke e moduli di elasticita'. Elasticita' dei vasi sanguigni e delle ossa.
Fluidostatica e Fluidodinamica: La pressione . Leggi di Stevino, Pascal e Archimede . Legge di Stevino per i fluidi comprimibili . Pressione atmosferica e barometro di Torricelli. Tensione superficiale e formula di Laplace . Portata di un condotto . Liquido ideale, teorema di Bernoulli e sue implicazioni per la circolazione sanguigna . Cenni sul lavoro cardiaco.
Termologia e Termodinamica: Dilatazione termica . Temperatura e calore . Leggi dei gas e temperatura assoluta . Equazione di stato dei gas perfetti e approssimazione per i gas reali . Cenni di teoria cinetica dei gas . Calori specifici . Passaggi di stato e calore latente . Meccanismi di propagazione del calore . Primo e secondo principio della termodinamica . Macchine termiche e rendimento .
Elettricità, magnetismo e correnti elettriche:
Cariche elettriche e legge di Coulomb . Campo elettrico . Lavoro del campo elettrico e potenziale elettrostatico . Cenni su fibra muscolare ed elettrocardiogramma . Teorema di Gauss e sue applicazioni . La gabbia di Faraday . Capacita'; elettrica e condensatore . Intensita' di corrente . La legge di Ohm . Resistenze in serie e parallelo . Forza elettromotrice . Effetto termico della corrente . Conduzione elettrica nei liquidi . Passaggio della corrente nel corpo umano .
Campo magnetico e sua azione su correnti e magneti . Legge di Biot-Savart .
Radiazioni: Struttura dell'atomo e del nucleo . Isotopi instabili e radiazione alfa, beta, gamma . Legge del decadimento radioattivo e vita media . Rivelazione delle radiazioni . Applicazioni biomediche dei radioisotopi . I raggi X (produzione, proprieta'; e meccanismi di assorbimento nella materia) . Cenni di TC, NMR, PET . Cenni di radioprotezione.
Bibliografia
D.C.Giancoli - Fisica - Casa Editrice Ambrosiana
A. Giambattista - B. McCarthy Richardson- R. Richardson. Fisica generale - Principi e applicazioni - McGraw Hill
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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