SCIENZE PROPEDEUTICHEModulo FISICA APPLICATA
Anno accademico 2022/2023 - Docente: Agatino MUSUMARRARisultati di apprendimento attesi
Applicazione in ambito biomedico di conoscenze fisiche riguardanti: Meccanica dei Fluidi, Termometria e Calorimetria, Teoria degli Errori e Metodi di Misura, Elettromagnetismo, Radiazioni Ionizzanti, Metodi di Diagnostica per Immagini.
Modalità di svolgimento dell'insegnamento
lezioni frontali.
Qualora l'insegnamento venisse impartito in modalità mista o a distanza potranno essere introdotte le necessarie variazioni rispetto a quanto dichiarato in precedenza, al fine di rispettare il programma previsto e riportato nel syllabus.
Prerequisiti richiesti
Sono richieste conoscenze elementari di fisica classica, algebra, geometria euclidea e trigonometria che gli studenti hanno dimostrato di possedere superando i test di ammissione al Corso di Laurea.
Frequenza lezioni
Obbligatoria
Contenuti del corso
INTRODUZIONE: ll metodo sperimentale - Grandezze fisiche - Unità di misura – Analisi dimensionale - Arrotondamento – Cifre significative. Vettori - Grandezze scalari e vettoriali - Rappresentazione di grandezze fisiche per mezzo di vettori - Operazioni sui vettori: somma, differenza, prodotto di un vettore per uno scalare, prodotto scalare, prodotto vettoriale - Componenti di un vettore.
ELEMENTI DI TEORIA DEGLI ERRORI: Metodo di misura diretto e indiretto - Strumenti e loro caratteristiche - Tipi di errore - Errori massimi - Propagazione degli errori massimi - Errori casuali: Media e Scarti - Frequenza e distribuzione degli scarti - Funzione di Gauss - Stima dello scarto quadratico medio – Introduzione all’analisi dei dati sperimentali - Propagazione degli errori statistici - Metodo dei minimi quadrati (regressione lineare).
MECCANICA DEI FLUIDI: Pressione – Densità – Legge di Stevino – Principio di Pascal – Principio di Archimede – Moto di un fluido ideale – Equazione di continuità – Equazione di Bernoulli - Applicazioni biologiche dell’equazione di Bernoulli -L’attrito interno dei liquidi reali. Moto lamellare e coefficiente di viscosità - Liquidi reali - Regime di Poiseuille - Resistenza viscosa - Regime laminare e regime vorticoso. Numero di Reynolds – La circolazione sanguigna. Pressione arteriosa e lavoro del cuore - Misurazione della pressione arteriosa.
TERMOMETRIA E CALORIMETRIA: Equilibrio termico Equilibrio termico - Principio zero Principio zero - Concetto di temperatura Concetto di temperatura - Misura della temperatura Misura della temperatura - Termometro a gas Termometro a gas perfetto - Temperatura Kelvin - Definizione calorimetrica di calore - Capacità termica - Calori specifici e calori latenti - Caloria - Sorgenti di calore - Equivalente meccanico del calore - Cenni sulla trasmissione del calore. Strumenti per la misura della temperatura.
ELETTROMAGNETISMO: La carica elettrica - Conduttori e isolanti - Campo elettrico - Legge di Coulomb - Unità di misura della carica elettrica - Costante dielettrica - Potenziale elettrico e differenza di potenziale - Gradiente di potenziale – Rappresentazione di un segnale elettrico inpulsivo: oscilloscopio - Condensatori – Corrente elettrica e intensità di corrente - Generatore di FEM - Considerazioni energetiche sui circuiti elettrici – Le leggi di Ohm. - Resistenze in serie e in parallelo - Energia termica e effetto Joule. - Potenza assorbita da un dispositivo.
LE RADIAZIONI IONIZZANTI: La ionizzazione - Classificazione delle radiazioni ionizzanti - La ionizzazione prodotta dai vari tipi di radiazione - Ionizzazione specifica - L’azione delle radiazioni ionizzanti nei tessuti animali: fase fisicochimica e fase chimica - I danni biologici delle radiazioni ionizzanti - I raggi X e γ − Adroterapia - Grandezze e unità di misura dosimetriche.
DIAGNOSTICA PER IMMAGINI: Metodologie e strumenti utilizzati nella diagnostica per immagini – Radiazione X: Radiologia tradizionale e TAC – Ultrasuoni: ecografia – Risonanza Magnetica Nucleare RMN – Tomografia a emissione di positroni PET - Mezzi di contrasto.
Testi di riferimento
- E. Ragozzino – Elementi di Fisica (EdiSES)
- Dispense disponibili al link: http://www.lns.infn.it/~musumarra/info_st.html
Programmazione del corso
| Argomenti | Riferimenti testi | |
|---|---|---|
| 1 | ll metodo sperimentale - Grandezze fisiche - Unità di misura – Analisi dimensionale - Arrotondamento – Cifre significative. Vettori – Elementi di analisi vettoriale. | Raccolta slide 1 |
| 2 | Metodi e strumenti di misura - Tipi di errore - Propagazione degli errori - Errori casuali: Media e Scarti - Funzione di Gauss Introduzione all’analisi dei dati sperimentali - Propagazione degli errori statistici. | Raccolta slide 2 |
| 3 | Pressione – Densità – Legge di Stevino – Principio di Archimede – Moto di un fluido ideale – Equazione di continuità – Equazione di Bernoulli – Fluidi reali - Coefficiente di viscosità - Regime di Poiseuille - Numero di Reynolds – Applicazioni | Raccolta slide 3 |
| 4 | Equilibrio termico - Concetto di temperatura - Misura della temperatura - Termometro a gas - Definizione calorimetrica di calore - Capacità termica - Calori specifici e calori latenti - Caloria - Equivalente meccanico del calore - Trasmissione del calore | Raccolta slide 4 |
| 5 | La carica elettrica - Conduttori e isolanti - Campo elettrico - Legge di Coulomb – Potenziale elettrico - Rappresentazione di un segnale elettrico inpulsivo: oscilloscopio - Condensatori – Corrente elettrica e intensità di corrente - FEM. | Raccolta slide 5 |
| 6 | La ionizzazione - Class. delle radiazioni - Tipi di radiazione - Ionizzazione specifica - L’azione delle radiazioni sui tessuti animali: I danni biologici delle radiazioni ionizzanti - Adroterapia - Grandezze dosimetriche | Raccolta slide 6 |
| 7 | Metodologie e strumenti utilizzati nella diagnostica per immagini – Radiazione X: Radiologia tradizionale e TAC – Ultrasuoni: ecografia – Risonanza Magnetica Nucleare RMN – Tomografia a emissione di positroni PET - Mezzi di contrasto. | Raccolta slide 7 |
Verifica dell'apprendimento
Modalità di verifica dell'apprendimento
Esame con prova scritta e orale: 5 quesiti a risposta aperta. Esame finale orale al raggiungimento della soglia dei 18/30 nella prova scritta.
La verifica dell’apprendimento potrà essere effettuata anche per via telematica, qualora le condizioni lo dovessero richiedere.
Esempi di domande e/o esercizi frequenti
1. Un recipiente cilindrico ha diametro interno pari a D=10 cm ed è inizialmente riempito con acqua ad una altezza h=20 cm. Determinare il volume di olio (densità 0.92 g/cm3), immiscibile con l’acqua, da versare nel cilindro affichè sul fondo del recipiente risulti una pressione pari a P=6.0∙103 Pa.
2. Calcolare il calore richiesto per innalzare la temperatura di una pentola di rame di 800 g da 15° C a 90° C se la pentola contiene 1.0 kg di acqua (crame =386 J/kg·K) .