Obiettivi formativi
Il corso di Fisica Applicata si propone di fornire allo studente una preparazione di fisica di base legata alla conoscenza e alla comprensione dei principi fisici fondamentali. Il corso fornirà gli strumenti necessari, matematici e fisici, per affrontare argomenti di crescente complessità propedeutici anche ad altre importanti discipline del Corso di Laurea, quali Chimica, Biologia, Fisiologia, Biochimica. Il corso si ripromette altresì di fornire i rudimenti concettuali necessari per una comprensione, pur sommaria, di alcune importanti tecnologie che sempre più frequentemente accompagnano l'opera del medico e dello specialista quali ad esempio: centrifughe, endoscopi, microscopi, trasduttori per ecografia, sistemi laser, apparati radiologici, NMR, rivelatori di radiazioni, ecc.
In questo senso, il corso si prefigge anche lo scopo di sviluppare l'attitudine dello studente allo studio autonomo e all'aggiornamento continuo sulle nuove tecnologie fisiche che trovano applicazioni nella diagnostica e nella terapia in campo medico e biologico.
Prerequisiti
Nessun Prerequisito
Contenuti dell'insegnamento
Il corso di Fisica Applicata tratterà gli aspetti più importanti della fisica di base partendo dalla definizione delle principali grandezze fisiche e dei sistemi di unità di misura fino ad arrivare ai contenuti più complessi alla base della diagnostica per immagini e della radioterapia.
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 in ambito medico e le implicazioni nella fisiologia del corpo umano. In particolare, verranno approfonditi aspetti relativi alla biomeccanica, alla circolazione del sangue, all'uso delle radiazioni in diagnostica e terapia medica.
Programma esteso
Introduzione ai fenomeni fisici – Grandezze fisiche e leggi fisiche – Il metodo sperimentale – Unità di misura fondamentali e derivate – Equazioni dimensionali – Sistemi di unità di misura – Sistema internazionale – Rappresentazione delle leggi fisiche. – Incertezze ed errori – propagazione degli errori – Grandezze vettoriali
– Fondamenti della dinamica: Principi della dinamica – Forza, lavoro ed energia – Teorema dell’energia cinetica – Campi di forze conservativi – Energia potenziale – Conservazione dell’energia meccanica – Centro di massa e sue proprietà – Conservazione della quantità di moto – Momento di una forza – Cenni al moto dei corpi rigidi – Le leve e il corpo umano – Fenomeni elastici, legge di Hooke e moduli di elasticità – Flessione e torsione – Elasticità dei vasi sanguigni e delle ossa
– Onde e Acustica: equazione d’onda e parametri caratteristici – Onde stazionarie – Risonanza – Diffrazione e principio di Huygens – Suono e suoi caratteri distintivi – Effetto Doppler – Ultrasuoni e loro applicazione in campo biomedico
– Fluidostatica e Fluidodinamica: La pressione – Legge di Stevino e principio di Archimede – Pressione atmosferica e barometro di Torricelli – La pressione arteriosa e sua misura – Tensione superficiale e formula di Laplace – Capillarità e legge di Jurin – Embolia gassosa – Portata di un condotto – Liquido ideale e teorema di Bernoulli – Implicazioni per la circolazione sanguigna – Liquidi reali e viscosità – Moto laminare e teorema di Poiseuille – Resistenza idraulica – Formula di Stokes e velocità di sedimentazione – Regime turbolento e numero di Reynolds – 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 – Entropia e disordine
– Ottica: Riflessione e rifrazione – Riflessione totale e fibra ottica – Diottro sferico – Lenti sottili, specchi e costruzione delle immagini – Microscopio composto – Potere risolutivo – L’occhio come sistema diottrico – Principali ametropie dell'occhio e loro correzione mediante lenti – Aspetti ondulatori della luce – Laser
– Elettricità, magnetismo e correnti elettriche: Cariche elettriche e legge di Coulomb – Campo elettrico – Lavoro del campo elettrico e potenziale elettrostatico – Campo dipolare – Cenni su fibra muscolare ed elettrocardiogramma – Teorema di Gauss e sue applicazioni – La gabbia di Faraday – Capacità elettrica e condensatore – Intensità di corrente – Cenni sulla struttura elettronica di isolanti, conduttori metallici e semiconduttori – 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 – Effetto termoionico e fotoelettrico – Campo magnetico e sua azione su correnti e magneti – Legge di Biot-Savart – Teorema della circuitazione di Ampère – Solenoide – Induzione elettromagnetica – Tensione e corrente alternata – Impedenza – Onde elettromagnetiche.
– Radiazioni: Struttura dell’atomo e del nucleo – Numeri quantici, orbitali elettronici e transizioni – Isotopi instabili e radiazione alfa, beta, gamma – Legge del decadimento radioattivo e vita media – Rivelazione delle radiazioni – Applicazioni biomediche dei radioisotopi - Raggi x (produzione, proprietà e meccanismi di assorbimento nella materia) - L'immagine radiologica - Cenni su TC e NMR - Cenni di radioprotezione.
Bibliografia
- Dispense del corso
- A. Giambattista, B. McCarthy Richardson, R. Richardson "Fisica Generale. Principi e Applicazioni" Ed. McGraw-Hill
- J.S. Walker : Fondamenti di Fisica - Ed. Pearson
- J. Walker : Halliday- Resnick, Fondamenti di Fisica – Ed. Casa editrice Ambrosiana
- D. Scannicchio : Fisica Biomedica - Ed. Edises
- Bersani, Bettati, Biagi, Capozzi, Feroci, Lepore, Mita, Ortalli, Roberti, Viglino, Vitturi: Fisica biomedica, Ed. Piccin Nuova Libraria (Padova)
Metodi didattici
Le lezioni si svolgeranno in presenza, nel rispetto degli standard di sicurezza, salvo ulteriori disposizioni dovute all’eventuale perdurare dell’emergenza sanitaria. Il materiale didattico sarà depositato sulla specifica piattaforma ad accesso riservato agli studenti (Elly) e comprenderà presentazioni iconografiche, audio-video di supporto o videoregistrazione delle lezioni.
Modalità verifica apprendimento
L’accertamento del raggiungimento degli obiettivi previsti dal corso prevede un esame scritto. Mediante domande aperte e problemi riguardanti i contenuti del corso verrà accertato se lo studente ha raggiunto l’obiettivo della conoscenza e della comprensione dei contenuti anche riguardanti specifiche applicazioni biomediche.
Qualora a causa del perdurare dell'emergenza sanitaria fosse necessario adottare la modalità a distanza per gli esami di profitto, si procederà con una
prova scritta condotta a distanza (via Teams e Elly) con le stesse modalità della prova in aula. Il candidato si manterrà collegato con microfono e videocamera accesi e svolgerà la prova sotto il controllo della commissione.
La consultazione del materiale didattico sarà consentito.
Gli Studenti con DSA/BSE devono preventivamente contattare Le Eli-che: supporto per studenti con disabilità, D.S.A., B.E.S. (https://sea.unipr.it/it/servizi/le-eli-che-supporto-studenti-con-disabilita-dsa-bes)
Altre informazioni
