Fisica medica

Grandezze fisiche, dimensione ed unità di misura, SI, grandezze estensive ed intensive, scalari e vettoriali (massa, densità, tempo, posizione, spostamento, velocità, accelerazione). Derivate ed integrali di funzioni semplici (polinomi, funzioni trigonometriche, esponenziale e logaritmo) e loro proprietà fondamentali. Derivate di vettori. Applicazioni alla cinematica (moti rettilinei e curvilinei, composizione di moti, moti periodici), ai decadimenti radioattivi.

Interazioni, principi della dinamica. Equilibrio traslazionale. Forza peso e gravitazionale, forza di contatto, tensione, forza elastica. Moti generati. Attrito. Lavoro meccanico. Teorema dell'energia cinetica. Forze conservative. Energia potenziale. Energia meccanica totale. Potenza. Impulso e quantità di moto. Teorema dell'impulso. Urti. Sistemi di punti e corpi estesi. Corpi rigidi. Centro di massa, baricentro. Momenti. Equilibrio rotazionale. Leve. Sistemi di leve nel corpo umano. Corpi deformabili, elasticità, relazione stress/strain modulo di Young e di Poisson.

Fluidi. Pressione e densità. Leggi dell'idrostatica, Stevino, Pascal e Archimede. Dinamica: portata e viscosità. laminare. Teorema di Leonardo. Fluidi ideali, teorema di Bernoulli e applicazioni. Proprietà colligative. Fluidi reali. Profilo di velocità, gradiente di velocità. Legge di Poiseuille, resistenza idraulica. Circuiti idraulici complessi, composizione di resistenze in serie e in parallelo. Regime turbolento, velocità critica e numero di Reynolds. Fluidi non-Newtoniani, classificazione in base alle caratteristiche del diagramma sforzo tangenziale - gradiente di velocità. Proprietà reologiche del sangue. Modelli approssimati per la descrizione del circuito circolatorio e per il calcolo del lavoro meccanico e dalla potenza cardiaca. Fenomeni di superficie, tensione superficiale. Interfacce fluide piane e curve. Pressione di curvatura, legge di Laplace. Capillarità. Tensioattivi. Equilibrio di vasi in tensione. Rimandi a situazioni di interesse medico, embolia, alveoli polmonari, risposta dei vasi in tensione.

Onde. Oscillatore armonico. Velocità di propagazione. Funzione d'onda. Lunghezza d'onda e vettor d'onda. Sfasamento, interferenza, costruttiva e interferenza distruttiva. Energia trasportata da un'onda. Onde acustiche. Velocità del suono nei mezzi. Onda di pressione. Potenza di un'onda acustica. Intensità e livello di intensità sonora distante dalla sorgente. Limite di udibilità. Il decibel. Ultrasuoni e principi fisici dell'ecografia.

Termologia, termodinamica e gas.
Variabili termodinamiche, temperatura. Legge dei gas perfetti. Teoria cinetica dei gas perfetti, energia interna di un gas perfetto. Miscele di gas, pressioni parziali, legge di Dalton. Solubilità fisica di gas in liquidi, legge di Henry, estensione del concetto di pressione parziale, respirazione iperbarica. Soluzioni come gas di particelle. Diffusione attraverso un setto poroso non selettivo e diffusione libera. Legge del trasporto contro il gradiente di concentrazione, I e II legge di Fick. Pressione osmotica, legge di Van't Hoff. Pressione idrostatica ed osmotica, rimando agli effetti nel letto capillare ed alla dialisi.
Calore. Capacità termica e calore specifico. Passaggi di stato e calore latente. Calorimetria. Flusso di calore. Conduzione, convezione, irraggiamento. Legge dello spostamento di Wien, potenza irraggiata e temperatura della sorgente, emissività. Bilancio dell'irraggiamento per il corpo umano, termografia.
Sistema ed ambiente, scambi di energia. Stato e funzioni di stato. Primo principio della termodinamica. Calore e lavoro. Trasformazioni reversibili ed irreversibili. Trasformazioni semplici di un gas perfetto. Trasformazioni cicliche. Secondo principio della termodinamica. Macchine termiche e ciclo di Carnot. Entropia. Correlati macroscopici e microscopici dell'entropia. Potenziali termodinamici, energia libera, potenziale chimico.

Elettricità e magnetismo. Carica elettrica, proprietà fondamentali. Forza elettrostatica, campo elettrico generato da una carica puntiforme. Energia potenziale di un sistema di cariche puntiformi, potenziale. Considerazioni energetiche. Conduttori e dielettrici. Induzione, polarizzazione. Moto di cariche in solidi e liquidi. Elettroforesi, mobilità elettroforetica. Dipolo elettrico. Corrente elettrica, potenza. Conduttori ohmici, leggi di Ohm, resistenza e resistività, potenza per i conduttori ohmici, resistenze in serie e in parallelo. Capacità di un conduttore. Condensatori, capacità di un condensatore, effetto del dielettrico, energia immagazzinata. Condensatori in serie ed in parallelo. Processo di carica e scarica di un condensatore. Rimandi al funzionamento di defibrillatori e pacemaker. Considerazioni generali sul trasporto di ioni attraverso le membrane. Generalità sul campo magnetico, materiali diamagnetici, paramagnetici e ferromagnetici. Campo magnetico e correnti, esperienza di Oerstedt, forza di Lorentz, momento magnetico di una spira percorsa da corrente, legge di Biot e Savart. Campi magnetici variabili, flusso del campo magnetico, legge di Faraday-Neuman-Lenz, correnti indotte.

Radiazioni e interazioni con la materia. Radiazione elettromagnetica. Equazione delle onde per E e B. Vettore di Poynting, intensità. Spettro della radiazione. Classificazione della radiazione. Radiazioni ionizzanti e non ionizzanti. Tubo di Coolidge e generazione di rX. Radiazione di frenamento. Interazione radiazione-materia. Assorbimento della radiazione. Legge dell'assorbimento. Coefficienti di assorbimento lineare. Decadimenti radioattivi. Isotopi stabili e radioattivi. Decadimenti beta e alfa. Cenni ai principi fisici alla base della risonanza magnetica, NMR e MRI.

Grandezze fisiche, dimensione ed unità di misura, SI, grandezze estensive ed intensive, scalari e vettoriali (massa, densità, tempo, posizione, spostamento, velocità, accelerazione). Derivate ed integrali di funzioni semplici (polinomi, funzioni trigonometriche, esponenziale e logaritmo) e loro proprietà fondamentali. Derivate di vettori. Applicazioni alla cinematica (moti rettilinei e curvilinei, composizione di moti, moti periodici), ai decadimenti radioattivi.

Interazioni, principi della dinamica. Equilibrio traslazionale. Forza peso e gravitazionale, forza di contatto, tensione, forza elastica. Moti generati. Attrito. Lavoro meccanico. Teorema dell'energia cinetica. Forze conservative. Energia potenziale. Energia meccanica totale. Potenza. Impulso e quantità di moto. Teorema dell'impulso. Urti. Sistemi di punti e corpi estesi. Corpi rigidi. Centro di massa, baricentro. Momenti. Equilibrio rotazionale. Leve. Sistemi di leve nel corpo umano. Corpi deformabili, elasticità, relazione stress/strain modulo di Young e di Poisson.

Fluidi. Pressione e densità. Leggi dell'idrostatica, Stevino, Pascal e Archimede. Dinamica: portata e viscosità. laminare. Teorema di Leonardo. Fluidi ideali, teorema di Bernoulli e applicazioni. Proprietà colligative. Fluidi reali. Profilo di velocità, gradiente di velocità. Legge di Poiseuille, resistenza idraulica. Circuiti idraulici complessi, composizione di resistenze in serie e in parallelo. Regime turbolento, velocità critica e numero di Reynolds. Fluidi non-Newtoniani, classificazione in base alle caratteristiche del diagramma sforzo tangenziale - gradiente di velocità. Proprietà reologiche del sangue. Modelli approssimati per la descrizione del circuito circolatorio e per il calcolo del lavoro meccanico e dalla potenza cardiaca. Fenomeni di superficie, tensione superficiale. Interfacce fluide piane e curve. Pressione di curvatura, legge di Laplace. Capillarità. Tensioattivi. Equilibrio di vasi in tensione. Rimandi a situazioni di interesse medico, embolia, alveoli polmonari, risposta dei vasi in tensione.

Onde. Oscillatore armonico. Velocità di propagazione. Funzione d'onda. Lunghezza d'onda e vettor d'onda. Sfasamento, interferenza, costruttiva e interferenza distruttiva. Energia trasportata da un'onda. Onde acustiche. Velocità del suono nei mezzi. Onda di pressione. Potenza di un'onda acustica. Intensità e livello di intensità sonora distante dalla sorgente. Limite di udibilità. Il decibel. Ultrasuoni e principi fisici dell'ecografia.

Termologia, termodinamica e gas.
Variabili termodinamiche, temperatura. Legge dei gas perfetti. Teoria cinetica dei gas perfetti, energia interna di un gas perfetto. Miscele di gas, pressioni parziali, legge di Dalton. Solubilità fisica di gas in liquidi, legge di Henry, estensione del concetto di pressione parziale, respirazione iperbarica. Soluzioni come gas di particelle. Diffusione attraverso un setto poroso non selettivo e diffusione libera. Legge del trasporto contro il gradiente di concentrazione, I e II legge di Fick. Pressione osmotica, legge di Van't Hoff. Pressione idrostatica ed osmotica, rimando agli effetti nel letto capillare ed alla dialisi.
Calore. Capacità termica e calore specifico. Passaggi di stato e calore latente. Calorimetria. Flusso di calore. Conduzione, convezione, irraggiamento. Legge dello spostamento di Wien, potenza irraggiata e temperatura della sorgente, emissività. Bilancio dell'irraggiamento per il corpo umano, termografia.
Sistema ed ambiente, scambi di energia. Stato e funzioni di stato. Primo principio della termodinamica. Calore e lavoro. Trasformazioni reversibili ed irreversibili. Trasformazioni semplici di un gas perfetto. Trasformazioni cicliche. Secondo principio della termodinamica. Macchine termiche e ciclo di Carnot. Entropia. Correlati macroscopici e microscopici dell'entropia. Potenziali termodinamici, energia libera, potenziale chimico.

Elettricità e magnetismo. Carica elettrica, proprietà fondamentali. Forza elettrostatica, campo elettrico generato da una carica puntiforme. Energia potenziale di un sistema di cariche puntiformi, potenziale. Considerazioni energetiche. Conduttori e dielettrici. Induzione, polarizzazione. Moto di cariche in solidi e liquidi. Elettroforesi, mobilità elettroforetica. Dipolo elettrico. Corrente elettrica, potenza. Conduttori ohmici, leggi di Ohm, resistenza e resistività, potenza per i conduttori ohmici, resistenze in serie e in parallelo. Capacità di un conduttore. Condensatori, capacità di un condensatore, effetto del dielettrico, energia immagazzinata. Condensatori in serie ed in parallelo. Processo di carica e scarica di un condensatore. Rimandi al funzionamento di defibrillatori e pacemaker. Considerazioni generali sul trasporto di ioni attraverso le membrane. Generalità sul campo magnetico, materiali diamagnetici, paramagnetici e ferromagnetici. Campo magnetico e correnti, esperienza di Oerstedt, forza di Lorentz, momento magnetico di una spira percorsa da corrente, legge di Biot e Savart. Campi magnetici variabili, flusso del campo magnetico, legge di Faraday-Neuman-Lenz, correnti indotte.

Radiazioni e interazioni con la materia. Radiazione elettromagnetica. Equazione delle onde per E e B. Vettore di Poynting, intensità. Spettro della radiazione. Classificazione della radiazione. Radiazioni ionizzanti e non ionizzanti. Tubo di Coolidge e generazione di rX. Radiazione di frenamento. Interazione radiazione-materia. Assorbimento della radiazione. Legge dell'assorbimento. Coefficienti di assorbimento lineare. Decadimenti radioattivi. Isotopi stabili e radioattivi. Decadimenti beta e alfa. Cenni ai principi fisici alla base della risonanza magnetica, NMR e MRI.