FISICA GENERALE (FISICA I + FISICA PER LA MEDICINA)

Attività formativa monodisciplinare
Codice dell'attività formativa: 
95002

Scheda dell'insegnamento

Per studenti immatricolati al 1° anno a.a.: 
2019/2020
Insegnamento (nome in italiano): 
FISICA GENERALE (FISICA I + FISICA PER LA MEDICINA)
Tipo di attività formativa: 
Attività formativa di Base
Tipo di insegnamento: 
Obbligatoria
Settore disciplinare: 
FISICA SPERIMENTALE (FIS/01)
Anno di corso: 
1
Anno accademico di offerta: 
2019/2020
Crediti: 
9
Responsabile della didattica: 

Altre informazioni sull'insegnamento

Modalità di erogazione: 
Didattica Convenzionale
Lingua: 
Italiano
Ciclo: 
Secondo Semestre
Obbligo di frequenza: 
No
Ore di attività frontale: 
72
Ore di studio individuale: 
45
Ambito: 
Fisica e chimica
Materiali didattici: 
Prerequisiti

Fondamenti di algebra elementare, trigonometria, geometria euclidea e cartesiana, analisi matematica. Conoscenze elementari di fisica classica, in particolare Meccanica, Termodinamica, ed Elettromagnetismo, eventualmente conseguite mediante i corsi OFA

Obiettivi formativi

Apprendimento delle nozioni fondamentali di meccanica classica, termodinamica ed elettromagnetismo, con particolare attenzione alle applicazioni in campo biologico e medico. Conoscenza di base dei concetti di radioattività e interazione radiazione-materia e delle loro applicazioni in campo sanitario. Sviluppo della capacità di applicare le leggi fisiche alla risoluzione di semplici problemi.

Contenuti dell'insegnamento

- Grandezze fisiche e cenni di teoria della misura
- Cinematica del punto materiale: variabili cinematiche, moti fondamentali
- Dinamica del punto materiale: concetto di forza, leggi della dinamica newtoniana, quantità di moto e impulso, alcune forze fondamentali, lavoro ed energia, forze conservative, conservazione dell’energia meccanica
- Dal punto materiale al corpo rigido: sistemi di punti, centro di massa, momento di una forza, momento angolare, teoremi di Konig, urti, equilibrio di un corpo rigido, vincoli e leve, moto di rotazione e traslazione, corpi deformabili, elasticità
- Meccanica dei fluidi: densità, pressione, fluidi in equilibrio, legge di Stevino, principio di Archimede, vasi comunicanti, equazione di continuità, teorema di Bernoulli, fluidi viscosi, forze di coesione e tensione superficiale, capillarità, trasporto in regime viscoso, sedimentazione
- Termodinamica: sistemi e stati termodinamici, temperatura, energia interna, calore e calore specifico, lavoro di un sistema termodinamico, trasformazioni termodinamiche, trasformazioni di stato, 1^ principio della termodinamica, gas perfetti, entalpia, 2^ principio della termodinamica, macchine termiche, entropia, meccanismi di trasmissione del calore
- Onde elastiche: propagazione di un’onda, principio di Huygens, riflessione, rifrazione, interferenza, onde stazionarie, effetto Doppler, il suono, propagazione delle onde sonore, applicazioni: orecchio e fonazione, ultrasuoni
- Fenomeni elettrici: carica elettrica, forza di Coulomb, campo elettrico, potenziale elettrostatico, teorema di Gauss, distribuzione di cariche, dipolo, conduttori, corrente elettrica, leggi di Ohm, forza elettromotrice, carica e scarica di un condensatore, condensatori in serie e parallelo, resistenze in serie e parallelo, applicazioni in ambito medico
- Elettromagnetismo: campo magnetico, forza di Lorentz, moto di cariche in campo magnetico, momenti magnetici, proprietà magnetiche della materia, circuitazione, non conservatività del campo magnetico, flusso di campo magnetico, induzione, equazioni di Maxwell, corrente alternata, impedenza, onde elettromagnetiche, circuiti oscillanti, emissione ed assorbimento delle onde
- Ottica: onde elettromagnetiche, diffrazione della luce, prisma, polarizzazione della luce, luce coerente, diottro, lenti sottili
- Radiazione e materia: atomi e nuclei, decadimenti radioattivi, tipi di radiazione, assorbimento della radiazione nella materia, effetti biologici della radiazione, cenni di radioprotezione, raggi X, acceleratori di particelle in ambito medico e altre applicazioni.

Testi di riferimento

- D. Scannicchio: Fisica Biomedica (III ed., Edises)
- P. Mazzoldi, M. Nigro, C. Voci – Elementi di Fisica, Vol 1-2 (Edises) – Per approfondimenti
- J.R.Gordon et al: Esercizi di fisica – Guida ragionata alla soluzione (Edises)

Metodi didattici

Lezioni frontali, esercitazioni e tutorati, assistenza individuale (ricevimento, e-learning)

Modalità verifica profitto e valutazione

Due prove in itinere scritte durante il corso. Gli studenti che ottengono un voto sufficiente in entrambe le prove sono ammessi all’orale con voto di partenza dato dalla media delle due prove scritte:
- 18 < Media < 21: Orale obbligatorio
- Media >= 21: Orale facoltativo
Gli studenti che non ottengono voto sufficiente in entrambe le prove in itinere dovranno sostenere un nuovo esame scritto, su tutto il programma del corso. Conseguendo un voto sufficiente nello scritto complessivo, lo studente è ammesso alla prova orale, nello stesso appello dello scritto, con lo stesso criterio illustrato sopra.
Le prove scritte saranno composte di una serie di esercizi, di tipologia simile a quella svolta in classe, e brevi domande teoriche. Le domande teoriche vengono valutate solo se si raggiunge una soglia minima negli esercizi.

Altre informazioni

Durante le prove scritte è consentito l'uso di un formulario, ma mai di appunti e di eserciziari. Gli orali si possono sostenere, a scelta dello studente, in italiano o in inglese

Prerequisites

Fundamentals of elementary algebra, trigonometry, Euclidean and Cartesian geometry, mathematical analysis. Basic knowledge of classical physics, in particular Mechanics, Thermodynamics, and Electromagnetism, eventually achieved through the OFA courses

Educational goals

Learning the fundamental notions of classical mechanics, thermodynamics and electromagnetism, with particular attention to applications in the biological and medical fields. Basic knowledge of the concepts of radioactivity and radiation-matter interaction and their applications in the health field. Development of the ability to apply physical laws to solve simple problems.

Course content

- Physical quantities and measurement theory
- Kinematics of the point: kinematic variables, fundamental motions
- Dynamics of the point: concept of force, laws of Newtonian dynamics, momentum, fundamental forces, work and energy, conservative forces, conservation of mechanical energy
- From the point to the rigid body: systems of point, center of mass, moment of a force, angular momentum, Konig's theorems, impacts, equilibrium of a rigid body, levers, rotation and translation motion, deformable bodies, elasticity
- Fluid mechanics: density, pressure, fluids in equilibrium, Stevino's law, Archimedes principle, communicating vessels, continuity equation, Bernoulli's theorem, viscous fluids, cohesion forces and surface tension, capillarity, viscous transport, sedimentation
- Thermodynamics: thermodynamic systems and states, temperature, internal energy, heat and specific heat, work of a thermodynamic system, thermodynamic transformations, state transformations, 1st principle of thermodynamics, perfect gases, enthalpy, 2nd principle of thermodynamics, thermal machines , entropy, heat transmission mechanisms
- Elastic waves: wave propagation, Huygens principle, reflection, refraction, interference, stationary waves, Doppler effect, sound, sound wave propagation, applications: ear and phonation, ultrasound
- Electrical phenomena: electric charge, Coulomb force, electric field, electrostatic potential, Gauss theorem, distribution of charges, dipole, conductors, electric current, Ohm laws, electromotive force, charge and discharge of a capacitor, capacitors in series and parallel, series and parallel resistances, applications in the medical field
- Electromagnetism: magnetic field, Lorentz force, motion of charges in magnetic field, magnetic moments, magnetic properties of matter, circuitation, non-conservativity of magnetic field, magnetic field flux, induction, Maxwell equations, alternating current, impedance, waves electromagnetic, oscillating circuits, wave emission and absorption
- Optics: electromagnetic waves, light diffraction, prism, polarization of light, coherent light, diopter, thin lenses
- Radiation and matter: atoms and nuclei, radioactive decays, types of radiation, absorption of radiation in matter, biological effects of radiation, radioprotection, X-rays, particle accelerators in the medical field and other applications.

Textbooks and reading lists

- D. Scannicchio: Fisica Biomedica (III ed., Edises)
- P. Mazzoldi, M. Nigro, C. Voci – Elementi di Fisica, Vol 1-2 (Edises) - For further studies
- J.R.Gordon et al: Esercizi di fisica – Guida ragionata alla soluzione (Edises)

Teaching methods

Lectures, exercises and tutoring, individual assistance

Assessment and Evaluation

Two written partial tests during the course. Students who obtain a sufficient mark in both tests are admitted to the oral exam with the starting mark given by the average of the two written tests:
- 18 < Average mark < 21: Oral mandatory
- Average mark >= 21: Optional oral
Students who do not obtain a sufficient grade in both tests will have to take a new written exam on the entire course program. By obtaining a sufficient grade in the overall written exam, the student is admitted to the oral examination, in the same session of the written examination, with the same criterion illustrated above.
The written tests will consist of a series of exercises, similar to the one carried out in class, and short theoretical questions. The theoretical questions are evaluated only if a minimum threshold is reached in the exercises.

Further information

During the written tests it is allowed the use of a formulary, but never notes and exercises. The oral exam can be taken, at the student's choice, in Italian or in English