Guida degli insegnamenti
Syllabus
Partially translatedTradotto parzialmente
Fabrizio FIORI
Lingua di erogazione: ITALIANOLessons taught in: ITALIAN
Laurea Magistrale Ciclo Unico 6 anni - [MU01] MEDICINA E CHIRURGIA Single-cycle Degree - [MU01] MEDICINE AND SURGERY
Dipartimento: [040020] Dipartimento Scienze Cliniche e MolecolariDepartment: [040020] Dipartimento Scienze Cliniche e Molecolari
Anno di corsoDegree programme year : 1 - Primo Semestre
Anno offertaAcademic year: 2019-2020
Anno regolamentoAnno regolamento: 2019-2020
Obbligatorio
Crediti: 4
Ore di lezioneTeaching hours: 48
TipologiaType: C - Affine/Integrativa
Settore disciplinareAcademic discipline: FIS/07 - FISICA APPLICATA (A BENI CULTURALI, AMBIENTALI, BIOLOGIA E MEDICINA)
ITALIANO
Italian
Conoscenze di base della matematica e della geometria
Basic knowledge of mathematics and geometry
Lezioni frontali mediante presentazioni PowerPoint. Sono previste anche esercitaziioni in classe oltre alle lezioni di teoria.
Front lectures by PowerPoint presentations. Besides theory lectures, exercises in class are also foreseen.
Al termine del corso lo studente dovrà essere in grado di riconoscere e comprendere su quali principi fisici fondamentali sono basati sia alcuni tra i principali fenomeni biologici e fisiologici, sia le principali tecniche diagnostiche fisiche utilizzate in medicina.
Capacità di applicare conoscenze e comprensione.
Al termine del Corso lo studente dovrà aver maturato, con riferimento agli argomenti trattati nel programma, la capacità di comprensione critica dei fenomeni fisici coinvolti, con possibili capacità di collegamento con vari tipi di eventi biologici e fisiologici.
Competenze trasversali.
La comprensione degli eventi fisici alla base dei principali fenomeni biologici e fisiologici permetterà allo studente di sviluppare capacità critiche e autonomia di giudizio, qualità fondamentali nell’ambito professionale.
Knowledge and Understanding.
At the end of the course the student should be able to recognize and understand which fundamental physical principles at the basis of some of the major biological and physiological phenomena, as well as of the main physical diagnostic techniques used in medicine.
Capacity to apply Knowledge and Understanding.
At the end of the course, the student should have matured, with reference to the topics covered in the program, the ability to critically understand the phenomena involved, with possible connection with various types of biological and physiological events.
Transversal Skills.
Understanding the physical events at the basis of the main biological and physiological phenomena will enable the student to develop critical skills and autonomy of judgment, which are fundamental qualities in the professional field.
Introduzione:
Richiami di matematica, elementi di calcolo vettoriale. Grandezze fisiche, unità di misura.
Meccanica:
Cinematica e moti notevoli. Le forze e le leggi della dinamica; massa inerziale e peso. Forze notevoli: forza di gravità, forza elastica; reazioni vincolari; attrito statico e attrito dinamico. Forze inerziali. Sistemi di particelle, centro di massa, quantità di moto e sua conservazione. Lavoro; energia cinetica. Campi conservativi, energia potenziale e conservazione dell'energia meccanica. Urti elastici e anelastici. Momento di una forza; momento angolare e sua conservazione. Dinamica rotazionale e corpi rigidi; momento d'inerzia. Elementi di statica, leve nel corpo umano.
Statica e dinamica dei fluidi:
Definizione di pressione. Principio di Pascal. Pressione idrostatica e legge di Stevino. Misure di pressione. Principio di Archimede. Legge di Bernoulli e applicazioni: teorema di Torricelli, stenosi e aneurisma. Fluidi reali: viscosità, moto laminare e legge di Poiseuille; resistenza idraulica. Moto turbolento e numero di Reynolds. Attrito viscoso e misura della velocità di sedimentazione degli eritrociti (VES).
Fisica delle Onde:
Generalità sulla propagazione per onde, definizioni. Periodo, frequenza e lunghezza d’onda. Onde elastiche nei solidi, nei liquidi e nei gas. Velocità di propagazione. Onde sinusoidali; onde piane e onde sferiche. Ampiezza e intensità. Attenuazione. Riflessione e Rifrazione. Interferenza e battimenti, diffrazione. Principio di Huygens. L’orecchio umano; sensazione sonora, legge di Weber-Fechner e definizione di decibel; curva di sensibilità dell’orecchio umano. Propagazione in mezzi confinati: onde stazionarie, armoniche. Cenni all’analisi di Fourier. Risonanza. Effetto Doppler.
Elettromagnetismo:
Carica elettrica. Campo elettrico e potenziale elettrico. Legge di Gauss. Campi e potenziali elettrici generati da alcune distribuzioni di carica. Conduttori. Capacità e condensatori. Corrente elettrica; resistenza elettrica e legge di Ohm; circuiti elementari, circuiti RC. Forze su cariche in moto e campo magnetico. Legge di Ampére. Campi magnetici generati da distribuzioni di correnti: filo rettilineo (legge di Biot-Savart), spira e solenoide. Spettrometro di massa. Campi elettrici e magnetici variabili nel tempo: legge di Ampére-Maxwell e legge di Faraday-Neumann. Equazioni di Maxwell; Onde elettromagnetiche e fotoni.
Elementi di Fisica Biomedica e Tecniche Fisiche per la Diagnostica Medica: Circolazione del sangue e lavoro del cuore. Comportamento elettrico della membrana cellulare, potenziale di membrana (Legge di Nernst) e potenziale d’azione. Principio dell’Elettrocardiogramma. Principi della Radiografia a raggi X e della Risonanza Magnetica Nucleare. Ultrasuoni: Principi dell’Ecografia e della Flussimetria Doppler.
Introduction: recall of some mathematical concepts, elements of vector analysis. Physical quantities, units.
Mechanics: kinematics and motion laws. Forces and laws of dynamics; inertial mass and weight. Types of forces: gravity force, elastic force; reaction forces; static friction and dynamic friction. Inertial forces. Many-particle systems, center of mass, momentum and its conservation. Work; kinetic energy. Conservative fields, potential energy and conservation of mechanical energy. Elastic and anelastic collisions. Torque; angular momentum and its conservation. Rotational Dynamics and rigid bodies; momentum of inertia. Elements of Statics, levers in human body.
Statics and Dynamics of fluids: Definition of pressure. Pascal's Principle. Hydrostatic Pressure and Stevino's Law. Pressure measurement. Archimede’s Principle. Bernoulli's law and applications: Torricelli's theorem, stenosis and aneurysm. Real fluids: viscosity, laminar motion and Poiseuille’s law; hydraulic resistance. Turbulent motion and Reynolds’ number. Viscous friction and measurement of the velocity of erythrocyte sedimentation (VES).
Wave Physics: General concepts on wave propagation, definitions. Period, frequency and wavelength. Elastic waves in solids, liquids and gases. Propagation velocity. Sinusoidal waves; plane waves and spherical waves. Amplitude and intensity. Attenuation. Reflection and Refraction. Interference and beats, diffraction. Huygens’ Principle. The human ear; sound sensation, Weber-Fechner's law and definition of decibel; sensitivity curve of human ear. Propagation in confined media: stationary waves, harmonics. Fourier analysis. Resonance. Doppler effect.
Electromagnetism: Electric charge. Electric field and electric potential. Gauss’s Law. Electric fields and potentials generated by some charge distributions. Conductors. Capacity and capacitors. Electric current; electrical resistance and Ohm's law; elementary circuits, RC circuits. Forces on moving charges and magnetic field. Ampére’s law. Magnetic fields generated by current distributions: straight wire (Biot-Savart’s law), loops and solenoids. Mass Spectrometer. Time-variable electrical and magnetic fields: Ampére-Maxwell's Law and Faraday-Neumann's Law. Maxwell equations; electromagnetic waves and photons.
Elements of Biomedical Physics and Physical Techniques for Medical Diagnostics: Blood circulation and heart work. Electric behavior of cell membrane, membrane potential (Nernst’s law) and action potential. Principle of Electrocardiogram. Principles of X-ray Radiography and Nuclear Magnetic Resonance. Ultrasounds: principles of Echography and Doppler flowmetry.
L’esame consiste in una prova orale, generalmente comprensiva di tre quesiti, a discrezione del docente su argomenti di meccanica, fluido-statica/dinamica, elettromagnetismo, fisica delle onde o fisica medica. Almeno uno dei tre quesiti (a discrezione del docente) consiste nello svolgimento di un esercizio.
Criteri di valutazione dell'apprendimento.
Lo studente dovrà dimostrare di conoscere in modo critico e non esclusivamente mnemonico gli argomenti del programma, nonché di saper svolgere in autonomia almeno un esercizio applicativo. Le applicazioni di Fisica Medica dovranno essere comprese e discusse, correlando le stesse ai principi fisici di base.
Criteri di misurazione dell'apprendimento.
Il voto finale è attribuito in trentesimi. L’esame si intende superato quando il voto è maggiore o uguale a 18/30. E’ prevista l’assegnazione del massimo dei voti con lode (30/30 e lode).
Criteri di attribuzione del voto finale.
A ciascuno dei tre quesiti è assegnato un punteggio massimo pari a 10/30, per un voto complessivo massimo di 30/30. Il voto di “30 e lode” viene assegnato nel caso in cui, a giudizio del docente, lo studente dimostri particolare brillantezza e proprietà di linguaggio scientifico nell’esposizione degli argomenti richiesti, unitamente a una totale autonomia nella corretta risoluzione degli esercizi.
Learning Evaluation Methods.
The exam will be oral, generally comprising three questions on subjects of mechanics, fluid statics/dynamics, electromagnetism, wave physics or medical physics, according to teacher’s decision. At least one of the three questions (according to teacher’s decision) will require the student to solve an exercise.
Learning Evaluation Criteria.
The student will have to demonstrate that he/she knows the topics of the program in a critical and not only mnemonic way, and that he/she is able to solve at least one application exercise independently. Biomedical Physics applications should be understood and discussed, correlating them to basic physical principles.
Learning Measurement Criteria.
The final vote is given in thirty. The exam will be passed when the vote is greater than or equal to 18/30. The maximum vote can also be awarded with praise (“30/30 e lode”).
Final Mark Allocation Criteria.
Each of the three questions is awarded a maximum score of 10/30, for a total maximum of 30/30. The "30 e lode" (praise) vote is awarded if the student, according to teacher’s judgement, demonstrates particular brilliance and ownship of scientific language in the display of required arguments, together with total autonomy in the correct resolution of exercises.
1. S.Melone-F.Rustichelli, Fisica Biomedica, Ed. Libreria Scientifica Ragni, Ancona
2. G.Bellini-G.Manunzio, Fisica per le Scienze della Vita, Ed. Piccin
3. A.Giambattista-B.McCarthy Richardson-R.C.Richardson, Fisica Generale (Principi e Applicazioni), Ed. McGraw Hill
4. A.A.Kamal, 1000 Problemi Svolti in Fisica Classica, Ed. Piccin
1. S.Melone-F.Rustichelli, Fisica Biomedica, Ed. Libreria Scientifica Ragni, Ancona
2. G.Bellini-G.Manunzio, Fisica per le Scienze della Vita, Ed. Piccin
3. A.Giambattista-B.McCarthy Richardson-R.C.Richardson, Fisica Generale (Principi e Applicazioni), Ed. McGraw Hill
4. A.A.Kamal, 1000 Problemi Svolti in Fisica Classica, Ed. Piccin
Le informazioni contenute nella presente scheda assumono carattere definitivo solo a partire dall'A.A. di effettiva erogazione dell'insegnamento. Academic year 2019-2020
Università Politecnica delle Marche
P.zza Roma 22, 60121 Ancona
Tel (+39) 071.220.1, Fax (+39) 071.220.2324
P.I. 00382520427