FISICA A - L
Anno accademico 2022/2023 - Docente: Giuseppe PALADINIRisultati di apprendimento attesi
Sono previste lezioni frontali ed esempi di applicazione su specifici argomenti. Il bagaglio di conoscenze fornito allo studente lo mette in grado di affrontare i corsi più specifici del piano di studi; particolare importanza viene data al contributo della fisica nelle applicazioni nel campo biomedico contenute nel programma. Al termine del corso, lo studente avrà appreso gli elementi fondamentali del metodo sperimentale, le leggi fisiche di base e avrà avuto modo di conoscere diverse applicazioni delle stesse in campi inerenti al corso di studio. La correttezza formale nell’esposizione degli argomenti trattati viene tenuta in particolare considerazione, nell'ambito delle conoscenze matematiche acquisite dallo studente in corsi precedenti.
Si intendono perseguire i seguenti obiettivi formativi:
- accrescere la conoscenza e la capacità di comprensione riguardo ai fondamenti della fisica
- accrescere le competenze applicative relative a procedure metodologiche utili anche per la ricerca
in campo biologico - stimolare la capacità logico-deduttiva
Modalità di svolgimento dell'insegnamento
Lezioni teoriche frontali ed esempi numerici su specifici argomenti. 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
Indispensabili: conoscenze di base di analisi matematica, geometria e trigonometria.
Frequenza lezioni
Obbligatoria. Durante le lezioni sono raccolte firme di presenza.
Contenuti del corso
FISICA GENERALE
INTRODUZIONE: Grandezze fisiche. Unità di misura. Cifre significative. Errore di misura. Grandezze scalari e grandezze vettoriali. Operazioni con i vettori. Componenti di un vettore e versori.
CINEMATICA DEL PUNTO MATERIALE: Punto materiale. Vettori posizione, spostamento, velocità e accelerazione media e istantanea. Legge oraria.
LA DESCRIZIONE DEL MOTO: Moto con velocità costante. Moto con accelerazione costante. Moto parabolico. Moto circolare uniforme e non uniforme. Moto generale in due e tre dimensioni. Moto armonico. Cinematica dei moti relativi. Leggi di composizione delle velocità e delle accelerazioni.
ELEMENTI DI DINAMICA: I Principio della dinamica. Sistemi di riferimento inerziali e massa inerziale. Forza agente su un corpo. II Principio della dinamica. III Principio della dinamica. Quantità di moto e teorema di conservazione della quantità di moto. Sistemi isolati e non isolati. Dinamica in riferimenti non inerziali e forze apparenti.
ESEMPI DI FORZE: Forza di gravità terrestre. Forza di attrazione gravitazionale. Forze di attrito statico, dinamico e viscoso. Forze elastiche.
DINAMICA DEL PUNTO MATERIALE: Problema fondamentale della dinamica del punto materiale. Moto di un punto materiale su un piano inclinato. Moto di un punto materiale soggetto a forze elastiche. Moto di un punto materiale in un fluido viscoso e sedimentazione. Velocità di Eritrosedimentazione (VES). Moto di un punto materiale soggetto a forza centripeta. Velocità di centrifugazione degli eritrociti. Dinamica di rotazione. Momento di una forza. Momento angolare.
DINAMICA DEI SISTEMI DI PUNTI MATERIALI: Forze interne e forze esterne. Equazioni cardinali della dinamica dei sistemi. Teorema del centro di massa. Sistema dei due corpi. Sistema del corpo rigido.
STATICA DEI SISTEMI DI PUNTI MATERIALI: Condizioni statiche. Statica del corpo rigido. Leve. Esempi di statica del corpo umano (testa, piede, braccio, spalla, tronco).
IMPULSO, LAVORO ED ENERGIA: Impulso di una forza. Teorema dell'impulso. Lavoro svolto da una forza. Energia cinetica e teorema dell’energia cinetica. Forze conservative. Energia potenziale. Esempi di forze conservative e non conservative. Conservazione dell’energia meccanica. Potenza e rendimento di una macchina.
DINAMICA DELL'URTO: Urti. Forze impulsive e conservazione della quantità di moto. Urti elastici ed inelastici.
ELASTICITA': Proprietà elastiche dei corpi. Forze intermolecolari. Deformazioni e forze intermolecolari. Legge di Hooke. Trazione e compressione. Deformazione di volume. Deformazione di scorrimento. Proprietà di scorrimento e compressibilità. Classificazione di corpi solidi, liquidi e gassosi.
FENOMENI DI SUPERFICIE: Forze di coesione e adesione. Fenomeni di superficie. Tensione superficiale. Bolle in sospensione. Menisco, Fenomeni di capillarità. Pressione di una bolla o di una membrana. Legge di Laplace. Equilibrio degli alveoli polmonari. Embolia gassosa.
FLUIDI: Viscosità dei fluidi. Fluidi reali e ideali. Statica dei fluidi. Pressione nei fluidi. Legge di Stevino. Legge di Pascal. Legge dei vasi comunicanti. Legge di Archimede. Barometro di Torricelli. Pressione atmosferica. Dinamica dei fluidi. Moto stazionario. Linee e tubi di flusso. Teorema di continuità. Portata. Legge di Leonardo. Teorema di Bernoulli. Tubo di Venturi. Teorema di Torricelli. Moto laminare di un fluido viscoso. Legge di Stokes. Legge di Poiseuille. Moto turbolento. Dinamica della circolazione sanguigna. Flusso sanguigno. Vasi sanguigni. Stenosi ed aneurisma. Pressione nei vasi sanguigni. Misura della pressione arteriosa. Lavoro e potenza cardiaca. Anomalie della viscosità del sangue.
FENOMENI ONDULATORI: Classificazioni delle onde. Corda vibrante. Equazione dell'onda. Soluzione di D'alembert. Onde progressive e regressive. Onde sinusoidali. Energia trasportata dall'onda. Principio di sovrapposizione. Interferenza. Onde stazionarie. Onde elastiche. Onde sonore. Caratteri distintivi dei suoni. Sensibilità dell'orecchio umano. Accordi. Intensità sonora. Timbro. Funzionamento dell'orecchio umano. Orecchio esterno, medio e interno.
TEMPERATURA, CALORE E PRINCIPI DELLA TERMODINAMICA: Sistemi a molti corpi. Dilatazione termica di solidi, liquidi e gas. Equilibrio termico. Legge dei gas perfetti.Termometri e scale di temperatura. Calore specifico, quantità di calore e capacità termica. Processi adiabatici. Calore latente e cambiamenti di fase. Misura del calore. Calore di reazione e potere calorifero. Trasmissione del calore per conduzione, convezione e irraggiamento.
GAS IDEALI: Stato di un gas. Gas perfetti. Equazione di stato dei gas perfetti. Teoria cinetica dei gas. Pressione e temperatura di un gas.
SISTEMI TERMODINAMICI: Equilibrio di un sistema termodinamico. Trasformazioni reversibili e irreversibili. Lavoro delle forze di pressione. Principio di equivalenza. Primo principio della termodinamica. Energia interna. Trasformazioni isobare, isocore, isoterme e adiabatiche. Calori specifici dei gas perfetti. Cenni di metabolismo umano.
CARICA ELETTRICA, CAMPO E POTENZIALE ELETTROSTATICO: La carica elettrica, conduttori e isolanti, la Legge di Coulomb, il campo elettrostatico, linee di forza, il potenziale e l’energia potenziale elettrostatica, la capacità elettrostatica.
CORRENTE ELETTRICA: la corrente elettrica, resistenza e legge di Ohm, modello per la conduzione elettrica, energia e potenza elettrica.
CAMPI MAGNETICI: Moto di una particella carica in un campo magnetico, forza magnetica su un conduttore percorso da corrente, campo magnetico prodotto da una corrente, la legge di Biot-Savart, la legge di Faraday e l’induzione, densità di energia in un campo magnetico.
ONDE ELETTROMAGNETICHE: le onde elettromagnetiche, l’energia trasportata dalle onde elettromagnetiche, lo spettro delle onde elettromagnetiche.
OTTICA GEOMETRICA: riflessione, rifrazione e dispersione della luce, riflessione totale, le fibre ottiche, lenti e formazioni delle immagini.
FISICA BIOMEDICA
STATICA DEL CORPO UMANO: Applicazione delle leggi della statica al corpo umano. Statica della testa, del piede, del braccio, della spalla e del tronco.
ONDE ELASTICHE: Applicazione della meccanica ondulatoria al funzionamento dell'orecchio umano. Orecchio esterno, medio e interno.
FENOMENI DI SUPERFICIE: Applicazione della legge di Laplace all'equilibrio degli alveoli polmonari.
MECCANICA DEI FLUIDI: Circuito idrodinamico del sangue, lavoro e potenza cardiaca. Aneurisma e stenosi, embolia gassosa. Velocità di eritrosedimentazione, centrifugazione.
FENOMENI ELETTRICI : La propagazione degli impulsi nervosi in fibre mieliniche e amieliniche.
ONDE ELETTROMAGNETICHE E RADIAZIONI: Ottica della visione. la lente di ingrandimento e il microscopio ottico, i campi elettromagnetici e gli effetti sulla salute umana.
Testi di riferimento
- Dispense messe a disposizione dal docente.
- A. Lascialfari, F. Borsa: Principi di Fisica per indirizzo biomedico e farmaceutico, EdiSES, 20142.
- S. Rosati; Fisica generale volume 1, Feltrinelli, 19943.
- Jewett&Serway: Principi di Fisica, Vol I, V edizione, EdiSES, 20154.
- E. Ragozzino: Principi di Fisica, EdiSES, 20065.
- D. Halliday, R. Resnick, J. Walker: Fondamenti di Fisica – vol. 1, VI ed., CEA6.
- D. Halliday, R. Resnick, J. Walker: Fondamenti di Fisica – vol. 2, VI ed., CEA.
Programmazione del corso
| Argomenti | Riferimenti testi | |
|---|---|---|
| 1 | INTRODUZIONE: Grandezze fisiche. Unità di misura. Cifre significative. Errore di misura. Grandezze scalari e grandezze vettoriali. Operazioni con i vettori. Componenti di un vettore e versori. | Testo 1: File L1.pdf e L2.pdf |
| 2 | CINEMATICA DEL PUNTO MATERIALE: Punto materiale. Vettori posizione, spostamento, velocità e accelerazione media e istantanea. Legge oraria. | Testo 1: L3.pdf |
| 3 | LA DESCRIZIONE DEL MOTO: Moto con velocità costante. Moto conaccelerazione costante. Moto parabolico. Moto circolare uniforme enon uniforme. Moto generale in due e tre dimensioni. Moto armonico. Cinematica dei moti relativi. Leggi di composizione delle velocità e delle accelerazioni. | Testo 1: File: L4.pdf |
| 4 | ELEMENTI DI DINAMICA: I Principio della dinamica. Sistemi diriferimento inerziali e massa inerziale. Forza agente su un corpo. II Principio della dinamica. III Principio della dinamica. Quantità dimoto e teorema di conservazione della quantità di moto. Sistemi isolati e non isolati. Dinamica in riferimenti non inerziali e forze apparenti. | Testo 1: File: L5.pdf |
| 5 | ESEMPI DI FORZE: Forza di gravità terrestre. Forza di attrazione gravitazionale. Forze di attrito statico, dinamico e viscoso. Forze elastiche. | Testo 1: File: L6.pdf |
| 6 | DINAMICA DEL PUNTO MATERIALE: Problema fondamentale della dinamica del punto materiale. Moto di un punto materiale su un piano inclinato. Moto di un punto materiale soggetto a forze elastiche. Moto di un punto materiale in un fluido viscoso e sedimentazione. Velocità di Eritrosedimentazione (VES). Moto di un punto materiale soggetto a forza centripeta. Velocità di centrifugazione degli eritrociti. Dinamica di rotazione. Momento di una forza. Momento angolare | Testo 1: File: L7.pdf |
| 7 | DINAMICA DEI SISTEMI DI PUNTI MATERIALI: Forze interne e forze esterne. Equazioni cardinali della dinamica dei sistemi. Teorema del centro di massa. Sistema dei due corpi. Sistema del corpo rigido | Testo 1: File: L8.pdf |
| 8 | STATICA DEI SISTEMI DI PUNTI MATERIALI: Condizioni statiche. Statica del corpo rigido. Leve. Esempi di statica del corpo umano (testa, piede, braccio, spalla, tronco). | Testo 1: File: L9.pdf |
| 9 | IMPULSO, LAVORO ED ENERGIA: Impulso di una forza. Teorema dell'impulso. Lavoro svolto da una forza. Energia cinetica e teorema dell’energia cinetica. Forze conservative. Energia potenziale. Esempi di forze conservative e non conservative. Conservazione dell’energia meccanica. Potenza e rendimento di una macchina. | Testo 1: File: L10.pdf |
| 10 | DINAMICA DELL'URTO: Urti. Forze impulsive e conservazione della quantità di moto. Urti elastici ed inelastici. | Testo 1: File: L11.pdf |
| 11 | ELASTICITA' E FLUIDOSTATICA: Proprietà elastiche dei corpi. Forze intermolecolari. Deformazioni e forze intermolecolari. Legge di Hooke. Trazione e compressione. Deformazione di volume. Deformazione di scorrimento. Proprietà di scorrimento e compressibilità. Classificazione di corpi solidi, liquidi e gassosi. Viscosità dei fluidi. Fluidi reali e ideali. Statica dei fluidi. Pressione nei fluidi. Legge di Stevino. Legge di Pascal. Legge dei vasi comunicanti. Legge di Archimede. Barometro di Torricelli. Pressione atmosferica. | Testo 1: File: L12.pdf |
| 12 | FENOMENI DI SUPERFICIE: Forze di coesione e adesione. Fenomeni di superficie. Tensione superficiale. Bolle in sospensione. Menisco, Fenomeni di capillarità. Pressione di una bolla o di una membrana. Legge di Laplace. Equilibrio degli alveoli polmonari. Embolia gassosa. | Testo 1: File: L13.pdf |
| 13 | FLUIDI: Dinamica dei fluidi. Moto stazionario. Linee e tubi di flusso. Teorema di continuità. Portata. Legge di Leonardo. Teorema di Bernoulli. Tubo di Venturi. Teorema di Torricelli. Moto laminare di un fluido viscoso. Legge di Stokes. Legge di Poiseuille. Moto turbolento. | Testo 1: File: L14.pdf |
| 14 | FLUIDI: Dinamica della circolazione sanguigna. Flusso sanguigno. Vasi sanguigni. Stenosi ed aneurisma. Pressione nei vasi sanguigni. Misura della pressione arteriosa. Lavoro e potenza cardiaca. Anomalie della viscosità del sangue. | Testo 1: File: L15.pdf |
| 15 | FENOMENI ONDULATORI: Classificazioni delle onde. Corda vibrante. Equazione dell'onda. Soluzione di D'alembert. Onde progressive e regressive. Onde sinusoidali. Energia trasportata dall'onda. Principio di sovrapposizione. Interferenza. Onde stazionarie. Onde elastiche. | Testo 1: File: L16.pdf |
| 16 | FENOMENI ONDULATORI: Onde sonore. Caratteri distintivi dei suoni. Sensibilità dell'orecchio umano. Accordi. Intensità sonora. Timbro. Funzionamento dell'orecchio umano. Orecchio esterno, medio e interno. | Testo 1: File: L17.pdf |
| 17 | TEMPERATURA, CALORE E PRINCIPI DELLA TERMODINAMICA: Sistemi a molti corpi. Dilatazione termica di solidi, liquidi e gas. Equilibrio termico. Legge dei gas perfetti.Termometri e scale di temperatura. Calore specifico, quantità di calore e capacità termica. Processi adiabatici. Calore latente e cambiamenti di fase. Misura del calore. Calore di reazione e potere calorifero. Trasmissione del calore per conduzione, convezione e irraggiamento. | Testo 1: File: L18.pdf |
| 18 | GAS IDEALI: Stato di un gas. Gas perfetti. Equazione di stato dei gas perfetti. Teoria cinetica dei gas. Pressione e temperatura di un gas. | Testo 1: File: L19.pdf |
| 19 | SISTEMI TERMODINAMICI: Equilibrio di un sistema termodinamico. Trasformazioni reversibili e irreversibili. Lavoro delle forze di pressione. Principio di equivalenza. Primo principio della termodinamica. Energia interna. Trasformazioni isobare, isocore, isoterme e adiabatiche. Calori specifici dei gas perfetti. Cenni di metabolismo umano. | Testo 1: File: L20_L21.pdf |
| 20 | CARICA ELETTRICA, CAMPO E POTENZIALE ELETTROSTATICO: La carica elettrica, conduttori e isolanti, la Legge di Coulomb, il campo elettrostatico, linee di forza, moto di particelle cariche in un campo elettrico uniforme, teorema di Gauss | Testo 4: Cap. 19: pagg. 620-636, 636-644 parr. 19.1- 19.7, 19.8-19.10 (parr. 19.9-19.10: approfondimento) |
| 21 | CARICA ELETTRICA, CAMPO E POTENZIALE ELETTROSTATICO: il potenziale e l’energia potenziale elettrostatica, la capacità elettrostatica, densità di energia in un campo elettrico | Testo 4: Cap. 20: pagg. 657-661; 671-674 parr. 20.1- 20.3, 20.7 |
| 22 | CORRENTE ELETTRICA: la corrente elettrica, resistenza e legge di Ohm, modello per la conduzione elettrica, energia e potenza elettrica. La propagazione degli impulsi nervosi in fibre mieliniche e amieliniche | Testo 4: Cap. 21 pagg. 698-713 parr. 21.1-21.5 (par. 21.4 approfondimento). Materiale didattico distribuito |
| 23 | CAMPI MAGNETICI: Moto di una particella carica in un campo magnetico, spettrometro di massa, ciclotrone | Testo 4: Cap. 22: pagg. 744- 753 parr. 22.1-22.4 (par. 22.4 approfondimento) |
| 24 | CAMPI MAGNETICI: forza magnetica su un conduttore percorso da corrente, campo magnetico prodotto da una corrente, la legge di Biot-Savart, forza magnetica prodotta da due conduttori paralleli, teorema di Ampere | Testo 4: Cap. 22: pagg. 754-755; 758-759; 761-766 parr. 22.5; 22.7, 22.8-22.10 (par. 22.9: approfondimento) |
| 25 | CAMPI MAGNETICI: la legge di Faraday e l’induzione, densità di energia in un campo magnetico. | Testo 4: Cap. 23: pagg. 781-785; 791-794; 801- 803 parr. 23.1; 23.3; 23.7 |
| 26 | ONDE ELETTROMAGNETICHE: le onde elettromagnetiche, l’energia trasportata dalle onde elettromagnetiche, lo spettro delle onde elettromagnetiche, la legge di Wien. | Testo 7: Cap.33 par. 33.1-33.3; 33.5, 33.7. Materiale didattico distribuito |
| 27 | ONDE ELETTROMAGNETICHE: i campi elettromagnetici e gli effetti sulla salute umana. | Materiale didattico distribuito |
| 28 | OTTICA GEOMETRICA: riflessione, rifrazione e dispersione della luce, riflessione totale, le fibre ottiche. | Testo 7: Cap.33 par. 33.8, 33.9 |
| 29 | OTTICA GEOMETRICA: lenti e formazioni delle immagini, ottica della visione. | Testo 7: Cap.26: pagg. 879-901, par. 26.1-26.5 |
| 30 | OTTICA GEOMETRICA: la lente di ingrandimento e il microscopio ottico. | Testo 7: Cap.34 par. 34.8 (approfondimento) |
| 31 | Riepilogo argomenti trattati |
Verifica dell'apprendimento
Modalità di verifica dell'apprendimento
L’esame finale consiste in un colloquio orale per verificare la conoscenza, la comprensione e l’esposizione degli argomenti trattati durante le lezioni. Saranno anche valutate sia la capacità deduttiva, mediante dimostrazioni che la conoscenza degli ordini di grandezza delle quantità fisiche di cui si discuterà.
La verifica dell'apprendimento potrà essere effettuata anche per via telematica, qualora le condizioni lo dovessero richiedere.
Esempi di domande e/o esercizi frequenti
Le domande d'esame riguardano TUTTI gli argomenti trattati durante il corso. Esempi delle domande sono:
Le leggi della dinamica, forze di attrito, forze conservative, lavoro ed energia, onde acustiche, teorema di Bernoulli, stenosi, aneurisma, velocità di eritrosedimentazione, campo elettrico e potenziale elettrico, legge di Faraday, le onde elettromagnetiche, fibre ottiche, etc.