Ateneo - UPO

Fisica di base

Si veda http://www3.med.unipmn.it/arneodo/corso/corso_fisica.html

Il corso si propone di trasmettere i principi fondamentali della Fisica, dando particolare rilievo agli argomenti necessari per la comprensione dei fenomeni biologici e del funzionamento della strumentazione biomedica. Il corso si propone inoltre, tramite le esercitazioni, di far si' che studentesse e studenti sia in grado di risolvere semplici problemi numerici.

Nozioni di base di matematica: a titolo di esempio, il programma di matematica del Liceo Classico è sufficiente. Non è richiesta la conoscenza del calcolo infinitesimale.

Lezioni ed esercitazioni numeriche in aula.

Si veda http://www3.med.unipmn.it/arneodo/corso/corso_fisica.html

L’esame consiste in una prova scritta e in una orale. La prova scritta consiste in una serie di problemi da risolvere numericamente; le prove scritte (e le relative soluzioni) di alcune passate sessioni d’esame sono disponibili all’indirizzo http://www3.med.unipmn.it/arneodo/corso/corso_fisica.html .

La prova orale consiste in un colloquio sugli argomenti svolti durante il corso. Si accede alla prova orale solo dopo avere superato quella scritta.

o) Richiami di matematica, geometria, statistica

Coordinate cartesiane, funzioni e loro rappresentazione grafica: retta, parabola, elevamento a potenza, iperbole, esponenziale e logaritmo; funzioni trigonometriche; circonferenza. Scale lineari e logaritmiche. Cifre significative. Notazione scientifica. Vettori; operazioni con i vettori: somma, differenza, prodotto scalare e vettoriale.

Probabilita' e densita' di probabilita'; valore medio, scarto, deviazione standard; la distribuzione di Gauss.

o) Grandezze fisiche e la loro misurazione

Unita' di misura. Incertezza statistica e sistematica.

o) Meccanica

Velocita', accelerazione. Moto rettilineo uniforme, moto uniformemente accelerato. Caduta di un grave. Moto in piu' dimensioni. Moto circolare: velocita' angolare e periferica, accelerazione centripeta; moto circolare uniforme.

Forza, massa, le tre leggi di Newton; sistemi di riferimento inerziali e non-inerziali. Forze apparenti; forza centrifuga. Reazioni vincolari. Legge della gravitazione universale. Attrito statico e dinamico.

Lavoro, energia cinetica e potenziale. Energia meccanica totale e sua conservazione. Forze conservative e forze dissipative. Potenza. Impulso e quantita' di moto. Conservazione della quantita' di moto; urti.

Moto armonico semplice; pendoli e molle. Forze elastiche, energia potenziale elastica. Oscillazioni smorzate e oscillazioni forzate; concetto di risonanza.

Momento di una forza; coppie di forze. Condizioni di equilibrio di un corpo rigido. Leve. Baricentro. Stabilita'.

Moto del centro di massa; II legge di Newton per sistemi di particelle. Moto dei corpi rigidi: velocita' ed accelerazione angolare. Momento d'inerzia. Momento angolare e sua conservazione.

Elasticita'. Sforzo e deformazione. Modulo di Young; modulo di Poisson; modulo di taglio; modulo di compressibilita'; elasticita' di flessione. Limite elastico e carico di rottura.

o) Fluidi

Pressione, densita'. Legge di Archimede. Portata. Equazione di continuita'. Conservazione dell'energia ed equazione di Bernoulli; applicazioni dell'equazione di Bernoulli; stenosi e aneurisma.

Viscosita', coefficiente di viscosita'. Legge di Hagen-Poiseuille. Resistenza idrodinamica; resistenze in serie e in parallelo. Legge di Stokes. Sedimentazione e velocita' di sedimentazione; centrifuga. Flusso turbolento. Numero di Reynolds. Misurazione della pressione arteriosa.

Gas perfetti; equazione di stato. Teoria cinetica; velocita' quadratica media. Gas reali e loro isoterme. Cambiamenti di stato. Vapore e gas; vapore saturo; liquefazione; umidita'.

Diffusione, coefficiente di diffusione, legge di Fick. Tensione superficiale; legge di Laplace e legge di Jurin.

o) Termodinamica

Primo principio della termodinamica. Calore specifico e capacita' termica. Calore specifico di un gas perfetto a pressione e volume costante. Potenza metabolica. Secondo principo della termodinamica; processi reversibili e irreversibili; entropia; cicli termodinamici, ciclo di Carnot, rendimento.

o) Elettricita' e magnetismo

Carica elettrica, legge di Coulomb, campo elettrico, energia potenziale elettrostatica, potenziale; elettronvolt. Relazione tra campo e differenza di potenziale. Dipolo elettrico: linee di campo e comportamento in un campo elettrico.

Conduttori ed isolanti. Polarizzazione di un dielettrico. Capacita' elettrica; condensatore; effetto di un dielettrico. Costante dielettrica relativa. Energia immagazzinata in un condensatore. Capacita' equivalente di condensatori in serie e in parallelo.

Corrente elettrica. Velocita' di deriva dei portatori di carica. Resistenza elettrica; resistivita'. Legge di Ohm. Resistenze in serie e parallelo. Circuiti elettrici. Potenza nei circuiti elettrici, legge di Joule. Conduttori ohmici e non; il diodo.

Circuiti in corrente continua e in corrente alternata; tensione e corrente efficaci.

Effetti del passaggio della corrente elettrica nel corpo umano. Collegamento a terra.

Campo magnetico. Forza di Lorentz; forza su un filo percorso da corrente. Legge di Biot-Savart; campo generato da un filo, campo generato da una spira. Solenoide. Dipolo magnetico; momento di dipolo magnetico; comportamento di un dipolo magnetico all'interno di un campo magnetico.
Materiali ferromagnetici, magneti permanenti.

Flusso del campo magnetico. Legge di Faraday-Lenz. Generatori elettrici, trasformatori.

Tubo a raggi catodici. Principi di funzionamento di linac, ciclotrone, sincrotrone.

Onde periodiche. Velocita' delle onde; periodo e lunghezza d'onda. Onde longitudinali e trasversali. Cenni all'analisi di Fourier. Onde elettromagnetiche. Antenne. Quantizzazione dell'energia nelle elettromagnetiche: il fotone.

Generazione di raggi X: radiazione di frenamento e righe caratteristiche. Uso dei raggi X per indagini diagnostiche: cenni ai principi fisici.

o) Onde sonore

Natura del suono. Intensita' delle onde sonore. Livello di intensita' sonora; il decibel. Effetto Doppler. Ultrasuoni. Flussimetria Doppler.

o) Ottica geometrica

Indice di rifrazione. Riflessione, rifrazione, legge di Snell. Riflessione interna totale. Lenti. Equazione del costruttore di lenti; equazione delle
lenti sottili. Accomodamento; punto prossimo e punto remoto.

o) Fisica moderna, fenomeni nucleari.

Cenni alla teoria della relativita' ristretta. Cenni di meccanica quantistica. Cenni alla struttura atomica; transizioni elettroniche tra orbitali atomici.

Cenni alla struttura del nucleo atomico. Nuclei stabili e instabili. Decadimenti alfa, beta e gamma. Attivita'; legge del decadimento
radioattivo. Principi di funzionamento della PET.

Comprensione della fisica di base e capacita' di applicarla nella soluzione di semplici problemi numerici.