Fisica (D54)

A.A. 2021/2022
6
Crediti massimi
60
Ore totali
SSD
FIS/07
Lingua
Italiano
Obiettivi formativi
Il corso si propone di:
- Presentare le basi del metodo scientifico, illustrandole e discutendole con esempi nell'ambito dello studio della Fisica.
- Fornire le conoscenze di base della Dinamica Classica, della Termodinamica, della Meccanica dei Fluidi, dei Fenomeni di Superficie, dell'Elettromagnetismo, dell'Ottica Geometrica, con esempi ed applicazioni agli ambiti medico ed odontoiatrico. Il corso prevede anche la discussione e l'applicazione delle tecniche risolutive di semplici esercizi.
- Presentare e discutere i principi fisici alla base delle principali tecniche diagnostiche utilizzate in ambito medico ed odontoiatrico (RX, TAC, Ecografia, NMR, ecc.).
Risultati apprendimento attesi
Lo studente avrà appreso le basi della Dinamica Classica, della Termodinamica, della Meccanica dei Fluidi, dei Fenomeni di Superficie, dell'Elettromagnetismo, dell'Ottica Geometrica, con particolare riferimento ad applicazioni in campo Medico ed Odontoiatrico. Le conoscenze acquisite, sia nell'ambito metodologico che negli argomenti citati, saranno di particolare utilità nell'affrontare corsi degli anni successivi (ad es: nell'ambito della Fisiologia, nello studio della Meccanica della Masticazione e delle Proprietà Meccaniche dei Materiali usati in Odontoiatria, ecc.).
Programma e organizzazione didattica

Edizione unica

Responsabile
In relazione alle modalità di erogazione delle attività formative per l'a.a. 2021/22, verranno date indicazioni più specifiche nei prossimi mesi, in base all'evoluzione della situazione sanitaria.
Programma
Il metodo sperimentale
Processo di misura, errori di misura e sistemi di unità di misura. Cifre significative.

Meccanica del punto materiale e dei sistemi di punti materiali
Sistema di riferimento e sistema di coordinate. Definizione di punto materiale. Legge oraria del moto. Velocità media ed istantanea. Moto rettilineo uniforme. Accelerazione media ed istantanea. Moto rettilineo uniformemente accelerato. Moto vario.
Concetti di forza e di massa. Principi della dinamica classica. Esempi di forze: forza gravitazionale, elettrica, elastica. Accelerazione di gravità; moto di un grave in due dimensioni. Peso e gravità.
Moto su traiettoria curvilinea: spostamento e velocità angolari, accelerazione e forza centripeta; esempi relativi ai moti dei pianeti, dei satelliti e degli elettroni.
Energia, lavoro e potenza: definizioni ed esempi. Energia potenziale e cinetica. Teorema dell'energia cinetica. Teorema della conservazione dell'energia meccanica.
L'attrito e la conservazione dell'energia in presenza di forze dissipative.
Centro di massa e sue proprietà. Quantità di moto, momento angolare ed equazioni che ne governano l'evoluzione nel tempo (1^ e 2^ Equazione Cardinale).
Statica: le condizioni di equilibrio.
Le leve. Esempi di applicazione del modello di leva allo studio delle articolazioni nel corpo umano.
Elasticità: sforzo e deformazione.

Proprietà dei sistemi fluidi
Generalità. Modello microscopico per i vari stati della materia. Moto caotico e velocità di deriva. Densità, viscosità ed attrito interno, compressibilità. Pressione e dispositivi per la sua misura assoluta e relativa. Principio di Pascal ed applicazioni. Legge di Stevino. Vasi comunicanti. Spinta idrostatica, legge di Archimede ed applicazioni.
Moto laminare e turbolento. Equazione di continuità e sue conseguenze. Teorema di Bernoulli e sue applicazioni. Teorema di Torricelli. Equazione di Poiseuille e sua applicazione alla circolazione del sangue. Numero di Reynolds. Pompe a vuoto e di spinta: il cuore come pompa per la circolazione. Misura della pressione sanguigna. Pompa centrifuga.
Tensione superficiale ed esempi. Leggi di Laplace. Capillarità ed adesione.

Termodinamica
Variabili intensive ed estensive. Definizione operativa della temperatura; scale Kelvin, Celsius e Fahrenheit. Equilibrio termodinamico. Sistema isolato, aperto e chiuso. Possibili canali per lo scambio di energia. Equazione di stato e rappresentazione cartesiana dello stato termodinamico.
Trasformazioni. Processi reversibili ed irreversibili. Il diagramma di fase del gas perfetto e del gas reale omogeneo.
Relazione tra energia cinetica e temperatura. Distribuzione delle velocità molecolari.
Energia interna di un gas perfetto e di un gas reale. Energia interna come funzione di stato. Lavoro termodinamico. Materiali conduttori ed isolanti termici. Il calore; capacità termica e calore specifico. Grande e piccola caloria e relazione col Joule. Primo principio della termodinamica e conservazione dell'energia. Macchine termiche e rendimento; macchina a vapore e macchina di Carnot. Enunciati del secondo principio della termodinamica e loro discussione. Trasmissione del calore. Termoregolazione del corpo umano (cenni). Potenziali termodinamici.

Elementi di elettromagnetismo
Nozioni di struttura microscopica della materia. Azioni elettriche attrattive e repulsive; cariche elettriche positive e negative. Stabilità del nucleo e dell'atomo.
Materiali isolanti e conduttori elettrici. Induzione elettrostatica. La carica elettrica e la legge della sua conservazione. La legge di Coulomb. Confronto tra forza elettrica e gravitazionale. Principio di sovrapposizione degli effetti. Definizione di campo elettrico; linee di forza del campo. Conservatività del campo elettrostatico. Potenziale elettrico ed energia potenziale. Capacità e condensatori. Condensatore con dielettrico. Forze elettriche in biologia molecolare.
Conduttori e corrente elettrica; intensità di corrente. Forza elettromotrice. Conduzione ohmica e resistenza elettrica. Cenni sulla conduzione elettrica nel sistema nervoso.
Effetti magnetici dovuti a cariche in moto. Campo di induzione magnetica B e forza di Lorentz. Legge di Biot e Savart. Principio di equivalenza di Ampère. Correnti atomiche e magnetismo nella materia.
Induzione elettromagnetica: fenomenologia, esempi applicativi ed equazione di Faraday-Neumann-Lenz.
La corrente alternata. Onde elettromagnetiche (e.m.): generazione e proprietà principali. Spettro delle onde e.m. Aspetto corpuscolare della radiazione e.m.
Necessità di una nuova fisica per lo studio delle proprietà microscopiche della materia (cenni).
Il tubo a raggi catodici: caratteristiche ed esempi (schermi della TV e del computer, l'oscilloscopio).

Ottica geometrica
Riflessione e rifrazione della luce. Legge di Snell. Riflessione interna totale e fibre ottiche. Lenti sottili e l'equazione delle lenti.

Elementi di Ottica ondulatoria
Natura ondulatoria della luce. Principio di Huygens e diffrazione. Esperimenti con singola e doppia fenditura. Reticolo di diffrazione. Lo spettrometro e sue applicazioni. Interferometri. Polarizzazione. Diffusione della luce da parte dell'atmosfera. Radiazione X: natura e produzione. Interazione con la materia. Processi di attenuazione. Tecnica radiografica.

Strumenti ottici
Lente di ingrandimento e microscopio. L'occhio umano. Aberrazioni. Radiografie e tomografie assiali computerizzate (TAC).

Elementi di Radioattività ed energia nucleare
Isotopi stabili. Radiazione alfa, beta e gamma e radioattività naturale. Legge del decadimento radioattivo e misure di radioattività.
Reazioni nucleari e trasmutazione degli elementi. Fissione e fusione nucleare. Effetti ed impieghi dell'energia nucleare: danni provocati dalla radiazione, radioterapia, tomografia ad emissione, risonanza magnetica nucleare (RMN).
Prerequisiti
Geometria analitica, Definizione e proprietà principali delle funzioni goniometriche seno, coseno, tangente. I vettori: proprietà ed operazioni, prodotto scalare, versori, componenti.
Metodi didattici
L'insegnamento prevede lezioni frontali ed esercitazioni, eventualmente svolte in piccoli gruppi con la guida del docente.
Tutto il materiale didattico usato per l'insegnamento (diapositive per le lezioni frontali e per le esercitazioni, testi e soluzioni di compiti d'esame) è disponibile sul sito Ariel, di norma prima della corrispondente discussione.
Materiale di riferimento
D. C. Giancoli Fisica Casa Editrice Ambrosiana
F. Scannicchio Fisica biomedica EdiSES, Napoli
Modalità di verifica dell’apprendimento e criteri di valutazione
L'esame finale consiste di una prova scritta e di una prova orale, a cui lo studente accede con una votazione di norma non inferiore a 15/30 conseguita nella prova scritta. La prova scritta consiste di esercizi da risolvere numericamente e, a volte, di domande di teoria. La valutazione, che tiene conto della correttezza del risultato ottenuto e - ove possibile - del metodo risolutivo scelto dallo studente, è espressa in trentesimi. Durante la prova scritta è consentito solo l'uso di calcolatrici.
I risultati della prova scritta sono comunicati su Ariel e discussi con i diretti interessati.
FIS/07 - FISICA APPLICATA (A BENI CULTURALI, AMBIENTALI, BIOLOGIA E MEDICINA) - CFU: 6
Lezioni: 60 ore
Docente: Magli Renato
Siti didattici
Docente/i
Ricevimento:
previo appuntamento telefonico o per posta elettronica
Dipartimento di Scienze Biomediche, Chirurgiche e Dentali via Saldini 50 20133 Milano