ITALIANO

Gli argomenti trattati dal corso riguardano gli aspetti più rilevanti della meccanica, fluidi, fenomeni ondulatori, termodinamica ed elettromagnetismo con particolare attenzione alle applicazioni delle principali leggi fisiche al mondo biomedico.

D. Scannicchio, E. Giroletti “Elementi di Fisica Biomedica” EDISES Editrice
R.C. Davidson “Metodi matematici per un corso introduttivo di Fisica” EDISES Editrice
Appunti forniti a lezione e disponibili sul sito docente

Fornire la conoscenza di base e gli strumenti metodologici necessari alla comprensione e all’applicazione delle leggi e dei principi della fisica ai processi biologici e fisiologici e al funzionamento della strumentazione d’interesse biomedico.

Conoscenze di base di matematica e fisica

Lezioni frontali ed esercitazioni

Prova scritta con esercizi e prova orale sugli argomenti trattati a lezione

1. Introduzione al corso. Il ruolo della metodologia fisica nello sviluppo delle Scienze Biomediche.
2. Fondamenti di matematica. Equazioni di II grado. Funzione logaritmica ed esponenziale. Grafici di funzioni. Concetti di derivata ed integrale
3. Il concetto di misura. Grandezze fisiche. Campioni ed unità. Il sistema internazionale di misure. I campioni di lunghezza, massa e tempo.
4. Grandezze vettoriali e scalari. Somma di vettori, metodo geometrico. Scomposizione e somma di vettori. Metodo analitico. Prodotto scalare e vettoriale.
5. Moto in una dimensione. Cinematica del punto materiale. Velocità media. Velocità istantanea. Moto rettilineo uniforme. Velocità variabile. Accelerazione. Moto con accelerazione costante.
6. Dinamica del punto materiale. La prima legge di Newton. Definizione di forza e massa. La seconda legge di Newton. Esempi di forze: forza gravitazionale e forza peso. La terza legge di Newton. Quantità di moto. Applicazione delle leggi della dinamica. Le forze di attrito statico e dinamico.
7. Lavoro ed energia. Lavoro fatto da una forza costante. Energia cinetica. Teorema dell’energia cinetica. Potenza. Unità di misura del lavoro e della potenza.
8. Conservazione dell’energia. Forze conservative. Energia potenziale. Energia potenziale gravitazionale. Energia meccanica. Conservazione dell’energia totale. Conservazione dell’energia totale. Conservazione della quantità di moto.
9. Meccanica dei fluidi. Definizione di fluido perfetto Statica dei fluidi. Pressione di un fluido Legge di Stevino. Legge di Pascal ed il torchio idraulico. Il principio di Archimede. Dinamica dei fluidi. Equazione di continuità. Teorema di Bernoulli. Fluidi reali. Legge di Poiseuille. Viscosità. Tensione superficiale. Capillarità.
10. Moto ondulatorio. Concetto di onda. Onde meccaniche. Onde sinusoidali. Concetto di lunghezza d’onda, frequenza e pulsazione. Propagazione delle onde. Onde sonore. Velocità del suono. Propagazione delle onde longitudinali. Potenza ed intensità delle onde sonore. Scala dei decibel. Principi fisici dell’ecografia.
11. Termologia e calorimetria. La temperatura e la sua misura. Temperature caratteristiche e
termometri. Dilatazione termica dei solidi e dei liquidi. Quantità di calore e sua misura. La
propagazione del calore. Proprietà termiche dei materiali.
12. Termodinamica. Stato termodinamico di un sistema. Lavoro in una trasformazione
termodinamica. Energia interna di un sistema termodinamico. Il primo principio della
termodinamica. Il secondo principio della termodinamica.
13. Elettrostatica. Carica elettrica. Conduttori ed isolanti. Legge di Coulomb. Quantizzazione della carica. Conservazione della carica.
14. Campo elettrico. Campo elettrico generato da una carica puntiforme. Campo elettrico generato da un dipolo elettrico. Carica puntiforme in un campo elettrico.
15. Energia potenziale elettrica. Potenziale elettrico. Potenziale elettrico dovuto ad una carica puntiforme. Potenziale dovuto a un insieme di cariche puntiformi.
16. Condensatori. Capacità dei condensatori con dielettrico. Condensatori in serie ed in parallelo. Energia immagazzinata in un condensatore.
17. Corrente elettrica e resistenza. Resistenza e resistività. Legge di Ohm. Effetto Joule e potenza dissipata. Resistenze in serie ed in parallelo. Lavoro, energia e forza elettromotrice.
18. Campo magnetico. Definizione di B. Forza magnetica su una carica in moto. Campi elettrici e magnetici incrociati: scoperta dell’elettrone. Carica in moto circolare: spettrometro di massa, ciclotrone. Campi magnetici e correnti. Momento di dipolo magnetico. Principi fisici della risonanza magnetica nucleare.
19. Campo magnetico dovuto a un filo percorso da corrente. Legge di Bios-Savart. Forze tra due conduttori paralleli. Solenoidi. Principi fisici della risonanza magnetica nucleare.
20. Induzione ed induttanza. Esperimenti di Faraday. Legge dell’induzione di Faraday. Legge di Lenz.
21. Onde elettromagnetiche. Spettro elettromagnetico. Radiazione luminosa. Raggi X
22. Radioattività ed effetti biologici. Cenni di radioprotezione.

Italian

The topics covered by the course concern the most relevant aspects of mechanics, fluids, wave phenomena, thermodynamics and electromagnetism with particular attention to the applications of the main physical laws to biomedicine.

D. Scannicchio, E. Giroletti “Elementi di Fisica Biomedica” EDISES Editrice
R.C. Davidson “Metodi matematici per un corso introduttivo di Fisica” EDISES Editrice
Notes provided in class and available on the teacher's website

Provide the basic knowledge and methodological tools necessary for understanding and applying the laws and principles of physics to biological and physiological processes and to the functioning of instruments of biomedical interest.

Basic knowledge of mathematics and physics

Lessons and exercises

Written exam with exercises and oral exam on the topics covered in class

1. Introduction to the course. The role of physical methodology in the development of Biomedical Sciences.
2. Foundations of mathematics. II degree equations. Logarithmic and exponential function. Graphs of functions. Concepts of derivative and integral
3. The concept of measurement. Physical quantities. Samples and units. The international system of measures. Samples of length, mass and time.
4. Vector quantities and scalars. Sum of vectors, geometric method. Decomposition and sum of vectors. Analytical method. Scalar and vector product.
5. Motorcycles in one dimension. Kinematics of the material point. Average speed. Instantaneous speed. Uniform rectilinear motion. Variable speed. Acceleration. Motorcycle with constant acceleration.
6. Dynamics of the material point. The first law of Newton. Definition of strength and mass. The second law of Newton. Examples of forces: gravitational force and weight force. The third law of Newton. Amount of motion. Application of the laws of dynamics. The static and dynamic friction forces.
7. Work and energy. Work done by a constant force. Kinetic energy. Theorem of kinetic energy. Power. Unit of measurement of work and power.
8. Conservation of energy. Conservative forces. Potential energy. Gravitational potential energy. Mechanical energy. Conservation of total energy. Conservation of total energy. Conservation of momentum.
9. Fluid mechanics. Definition of perfect fluid Static of fluids. Pressure of a fluid Stevino's law. Pascal's law and the hydraulic press. The principle of Archimedes. Fluid dynamics. Continuity equation. Bernoulli's theorem. Real fluids. Poiseuille's law. Viscosity. Surface tension. Capillarity.
10. Wavy motion. Wave concept. Mechanical waves. Sinusoidal waves. Wavelength, frequency and pulsation concept. Wave propagation. Sound waves. Speed ​​of sound. Propagation of longitudinal waves. Power and intensity of sound waves. Scale of decibels. Physical principles of ultrasound.
11. Thermology and calorimetry. The temperature and its measurement. Characteristic temperatures e
thermometers. Thermal expansion of solids and liquids. Quantity of heat and its size. There
heat propagation. Thermal properties of materials.
12. Thermodynamics. Thermodynamic status of a system. I work in a transformation
thermodynamics. Internal energy of a thermodynamic system. The first principle of
thermodynamics. The second principle of thermodynamics.
13. Electrostatic. Electric charge. Conductors and insulators. Coulomb's law. Quantization of the charge. Conservation of the charge.
14. Electric field. Electric field generated by a point charge. Electric field generated by an electric dipole. Charge point in an electric field.
15. Potential electric energy. Electric potential. Electric potential due to a point charge. Potential due to a set of point charges.
16. Capacitors. Capacitance of capacitors with dielectric. Capacitors in series and in parallel. Energy stored in a condenser.
17. Electrical current and resistance. Resistance and resistivity. Ohm's law. Joule effect and dissipated power. Resistors in series and in parallel. Work, energy and electromotive force.
18. Magnetic field. Definition of B. Magnetic force on a moving charge. Electric and magnetic fields crossed: electron discovery. Charge in circular motion: mass spectrometer, cyclotron. Magnetic fields and currents. Moment of magnetic dipole. Physical principles of nuclear magnetic resonance.
19. Magnetic field due to a current wire. Bios-Savart law. Forces between two parallel conductors. Solenoids. Physical principles of nuclear magnetic resonance.
20. Induction and inductance. Faraday experiments. Faraday's law of induction. Law of Lenz.
21. Electromagnetic waves. Electromagnetic spectrum. Light radiation. X-ray
22. Radioactivity and biological effects. Overview of radiation protection.