PRINCIPI DI INFORMATICA MATEMATICA E FISICA APPLICATI ALLE BIOTECNOLOGIE 3Modulo FISICA APPLICATA ALLE BIOTECNOLOGIE
Anno accademico 2024/2025 - Docente: GIUSEPPE FERDINANDO D'AGATARisultati di apprendimento attesi
L’obiettivo principale è rappresentato dalla consapevole appropriazione da parte dello studente delle capacità descrittive e predittive della fisica applicata a fenomeni propri dei sistemi biologici in vista anche delle conoscenze richieste nel prosieguo del Corso di Laurea. Lo studente dovrà:
saper applicare opportunamente le nozioni riguardanti le grandezze fisiche e l'analisi dimensionale;
saper risolvere quesiti inerenti a problematiche di cinematica, statica e dinamica del punto materiale;
saper applicare le conoscenze di fluidostatica e fluidodinamica a problemi reali in ambito bio-medicale;
saper applicare i concetti fondamentali di termologia;
saper applicare i concetti fondamentali di acustica;
saper applicare i concetti fondamentali relativi all'elettromagnetismo
Le lezioni e le esercitazioni guidate permetteranno di acquisire le competenze richieste sia per comprendere ed interpretare le leggi fisiche dal punto di vista fenomenologico e dimensionale, sia per impostare in modo scientifico e quantitativo la risoluzione di semplici problemi in questo ambito.
Inoltre, in riferimento ai cosiddetti Descrittori di Dublino, questo corso contribuisce ad acquisire le seguenti competenze trasversali:
Capacità di applicare conoscenza e comprensione (applying knowledge and understanding):
Sviluppare la capacità di inquadrare e comprendere i concetti base della fisica e saperli riconoscere, utilizzare e applicare nelle situazioni reali.
Autonomia di giudizio (making judgements):
Essere in grado di inquadrare un problema ed elaborare autonomamente soluzioni.
Abilità comunicative (communication skills):
Acquisire le necessarie abilità comunicative e di appropriatezza espressiva nell'impiego del linguaggio tecnico scientifico.
Capacità di apprendimento (learning skills):
Acquisire le necessarie conoscenze e metodologie teoriche per poter affrontare, studiare e comprendere il funzionamento alla base delle varie metodologie e situazioni con cui lo studente dovrà confrontarsi nel suo lavoro professionale.
Modalità di svolgimento dell'insegnamento
Modalità di svolgimento dell'insegnamento
Il corso di Fisica prevede 42 ore di lezioni frontali in aula su tutti gli argomenti del corso. La modalità di insegnamento è generalmente quella più congeniale all'insegnamento di Fisica Applicata per il CdL in Biotecnologie. In particolare, la lezione verrà svolta con l'ausilio di slide. Verranno svolti anche presi in considerazione momenti di brainstorming (principalmente per risoluzione di esercizi sottoposti dal docente) e di flipped-classroom in cui gli studenti verranno chiamati direttamente in causa per spiegare o illustrare esercizi o argomenti teorici.
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.
Informazioni per studenti con disabilità e/o DSA: A garanzia di pari opportunità e nel rispetto delle leggi vigenti, gli studenti interessati possono chiedere un colloquio personale in modo da programmare eventuali misure compensative e/o dispensative, in base agli obiettivi didattici ed alle specifiche esigenze. È possibile rivolgersi anche al referente CInAP (Centro per l’integrazione Attiva e Partecipata - Servizi per le Disabilità e/o i DSA) del dipartimento.
Prerequisiti richiesti
Basi matematiche necessarie: Algebra elementare. Geometria euclidea. Elementi di trigonometria. Uso della notazione scientifica. Equazioni di I e II grado. Concetto di derivata ed integrale (livello scuola superiore).
Frequenza lezioni
Contenuti del corso
Grandezze fisiche e loro misura - Grandezze fisiche, unità e sistemi di misura, equazioni dimensionali. Strumenti di misura. Fonti di incertezza e teoria degli errori. Cifre significative, analisi dimensionale e fattori di conversione. Relazioni funzionali e rappresentazioni grafiche.
Grandezze scalari e vettoriali - Vettori e loro proprietà. Somma di vettori: regola punta-coda e del parallelogramma; Componenti cartesiane dei vettori. Altre operazioni con i vettori: sottrazione, prodotto di un vettore per uno scalare, prodotto scalare e prodotto vettoriale tra due vettori; Applicazioni.
Richiami di cinematica del punto materiale e quantità di moto.
Dinamica e Statica – Dinamica e principi della dinamica. Forza peso e forza elastica. Centro di gravità. Momento di una forza. Condizioni d’equilibrio statico. Leve nel corpo umano. Lavoro ed energia cinetica. Energia potenziale. Potenza e rendimento. Forze non conservative e attrito. Esempi e applicazioni in ambito biomedico.
Fluidi ideali e Fluidi Reali – Densità. Viscosità. Pressione idrostatica. Statica dei fluidi. Legge di Stevino. Principio di Pascal. Principio di Archimede. Dinamica dei liquidi ideali. Teorema di Bernoulli. Esempi: Aneurisma e stenosi. Liquidi reali. Relazione di Poiseuille. Resistenza idraulica. Sfigmomanometria. Esempi e applicazioni.
Terrmologia e termodinamica – Sistemi termodinamici e sistemi in contatto termico; Equilibrio termodinamico; Termometri e scale termometriche; Principio zero della termodinamica; Dilatazione lineare e volumica; Calore e Calorimetria; Capacità termica e calore specifico; Temperatura di equilibrio; Calore latente; Trasmissione del calore: conduzione, convezione ed irraggiamento. Passaggi di stato. Gas perfetti e primo principio della termodinamica. Esempi e applicazioni.
I fenomeni elettrici e magnetici– Cariche e campi elettrici. Capacità e condensatori. Corrente elettrica. Leggi di Ohm. Circuiti elementari. Effetto Joule. Circuiti RC. Esempi e applicazioni in ambito biomedico. Campo magnetico
Fenomeni ondulatori - Onde longitudinali e trasversali. Periodo e frequenza. Ampiezza ed energia. Onde meccaniche. Il suono. Intensità del suono. Riflessione e rifrazione; Interferenza e diffrazione; Onde stazionarie; Onde sonore. Pressione sonora e decibel. Ultrasuoni e loro applicazioni in ambito bio-medicale.
Le onde elettromagnetiche - Lo spettro elettromagnetico. Effetti biologici delle radiazioni ionizzanti. Cenni di dosimetria e radioprotezione. Esempi e applicazioni delle radiazioni in ambito biomedico
Testi di riferimento
Il primo e il secondo volume sono più di carattere applicativo in ambito bio-medicale, il terzo e il quarto volume sono da intendersi come adatti a chiarire e approfondire le nozioni di base.
1. D. Scannicchio - Fisica Biomedica – IV edizione (2020) Casa Editrice EdiSES
2. A. Lascialfari, F. Borsa, A. Gueli - Principi di Fisica: per indirizzo biomedico e farmaceutico, III edizione (2020) Casa Editrice EdiSES
3. A. Giambattista - Fisica Generale - III edizione (2021) Casa Editrice McGraw-Hill
4. D. Halliday, R. Resnick, J. Walker - Fondamenti di Fisica – VIII edizione (2023) Casa Editrice Ambrosiana
Programmazione del corso
| Argomenti | Riferimenti testi | |
|---|---|---|
| 1 | Grandezze fisiche, grandezze scalari e vettoriali | Scannicchio Cap. 1Lascialfari Cap. 1Giambattista Cap. 1Halliday Cap. 1-3 |
| 2 | Cinematica del punto materiale | Scannicchio Cap. 2Lascialfari Cap. 2Giambattista Cap. 2Halliday Cap. 2-4 |
| 3 | Dinamica del punto materiale | Scannicchio Cap. 3Lascialfari Cap. 3, 5Giambattista Cap. 3-7Halliday Cap. 5-9 |
| 4 | Statica e leve | Scannicchio Cap. 4, 5Lascialfari Cap. 3, 5Giambattista Cap. 3-7Halliday Cap. 5-9 |
| 5 | Fluidostatica | Scannicchio Cap. 6Lascialfari Cap. 6Giambattista Cap. 9Halliday Cap. 14 |
| 6 | Fluidodinamica | Scannicchio Cap. 7Lascialfari Cap. 6Giambattista Cap. 9Halliday Cap. 14 |
| 7 | Fluidi ideali e fluidi reali | Scannicchio Cap. 9Lascialfari Cap. 6Giambattista Cap. 9Halliday Cap. 14 |
| 8 | Termologia e termodinamica | Scannicchio Cap. 10, 11Lascialfari Cap. 7-9Giambattista Cap. 14Halliday Cap. 18, 19 |
| 9 | Fenomeni elettrici e magnetici | Scannicchio Cap. 17, 20Lascialfari Cap. 13Giambattista Cap. 15-18Halliday Cap. 21, 22, 24-28 |
| 10 | Fenomeni ondulatori. Acustica | Scannicchio Cap. 12, 13Lascialfari Cap. 10Giambattista Cap. 11Halliday Cap. 16, 17 |
| 11 | Le onde elettromagnetiche. Lo spettro elettromagnetico | Scannicchio Cap. 20, 21, 21Lascialfari Cap. 14Giambattista Cap. 20Halliday Cap. 33 |
| 12 | Applicazioni delle radiazioni in diagnostica | Scannicchio Cap. 25-27Lascialfari Cap. 14Giambattista Cap. 24 |
Verifica dell'apprendimento
Modalità di verifica dell'apprendimento
L'esame consiste in una prova scritta e una prova orale opzionale.
La prova scritta consisterà in una serie di quesiti a risposta multipla, nella risoluzione di alcuni problemi e in un quesito a risposta aperta. La prova mira alla verifica della comprensione degli argomenti proposti durante il corso e della capacità di applicare le conoscenze acquisite individuando le strategie risolutive più opportune.
La valutazione della prova scritta terrà conto dell’impostazione di risoluzione dei problemi, della correttezza dei calcoli numerici e delle argomentazioni a supporto della procedura seguita.
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 di seguito riportate non costituiscono un elenco esaustivo, ma rappresentano solo alcuni esempi:
Unità di misura e conversioniNotazione scientificaPrincipi di Newton. Forze e loro trattazione. Diagrammi delle forzeStatica ed esempi di leve.Energia e Lavoro.Principio di Archimede – Galleggiamento e affondamento.Legge di Stevino e pressione idrostatica.Misurazione della pressione sanguigna.Teorema di Bernoulli.Onde meccaniche e applicazioni.Spettro elettromagnetico.Applicazioni delle radiazioni elettromagnetiche in ambito bio-medicaleCalore latente, capacità termica e calore specifico.Circuiti in serie ed in parallelo.Differenze e analogie tra onde meccaniche e onde elettromagnetiche.