ID:
MED0012
Durata (ore):
50
CFU:
5
SSD:
FISICA APPLICATA (A BENI CULTURALI, AMBIENTALI, BIOLOGIA E MEDICINA)
Anno:
2024
Dati Generali
Periodo di attività
Primo Semestre (07/10/2024 - 20/12/2024)
Syllabus
Obiettivi Formativi
Nella trattazione degli argomenti descritti nel seguito si fa riferimento ad alcune nozioni di base della Fisica quali elementi di Meccanica, di Termologia e Termodinamica, di Elettromagnetismo e la descrizione dei fenomeni ondulatori.
MECCANICA DEI FLUIDI e FENOMENI DI SUPERFICIE: - Esprimere le caratteristiche proprie dei fluidi, definire le grandezze fisiche presenti in un fluido (come la pressione e la portata) con le relative diverse unità di misura e i loro fattori di conversione. - Enunciare i principi di Pascal, Stevino e Archimede e applicare la nozione di pressione idrostatica a soggetti in posizione eretta. - Descriverere il moto di un fluido in regime laminare e in regime turbolento e applicare il principio di conservazione dell’energia al moto di un liquido (teorema di Bernoulli). - Sviluppare gli effetti sul regime di moto da disomogeneità nel sangue e dei fenomeni di superficie basati sulle forze di coesione fra molecole, in particolare ricavare la formula di Laplace ed esprimere la formula di Laplace per membrane elastiche cilindriche. - Discutere gli effetti idrodinamici della pulsatilità del moto del sangue.
- Conoscere il significato di impedenza meccanica di un condotto distensibile. - Essere in grado di descrivere i fenomeni della sedimentazione, della centrifugazione e dell’elettroforesi, in particolare discutendone le applicazioni in Medicina.
TERMOLOGIA e TERMODINAMICA: - Spiegare il concetto di calore e le sue unità di energia, le scale termometriche e le leggi dei gas perfetti con le relative condizioni di applicazione ai gas reali e alla miscela gassosa chiamata aria. - Discutere il primo e il secondo principio della termodinamica e il significato di entalpia e essere in grado di applicarli ai processi biochimici tramite la funzione di stato energia libera.
- Conoscere i meccanismi di trasporto del calore.
BIOMECCANICA: - Saper definire e valutare il momento di una forza e conoscere le relazioni di equilibrio traslatorio e rotatorio ed applicarle all’equilibrio dei tre tipi di leve esemplificate in varie articolazioni.
Studenti di Odontoiatria: saper descrivere l’equilibrio della mandibola.
FENOMENI ELETTRICI: - Saper descrivere la legge di Coulomb, il campo elettrico, il potenziale elettrico e saper ricavare il potenziale di dipolo elettrico e di strato dipolare, compreso la nozione di angolo solido. - Conoscere la definizione di corrente elettrica, di densità di corrente elettrica, le leggi di Ohm e la loro applicazione a soluzioni elettrolitiche e il processo di carica e scarica di un condensatore. - Conoscere le correnti alternate e il concetto di impedenza elettrica.
FISICA DELLE MEMBRANE: - Descrivere il trasporto passivo gradiente di concentrazione (legge di Fick) e il meccanismo gradiente di pressione idraulica (filtrazione) e saper applicarli alla diffusione di gas nei sistemi biologici (legge di Henry). - Discutere l’osmosi e il meccanismo gradiente di pressione osmotica. Conoscere le leggi dell’osmosi e il concetto di potenziale chimico di una soluzione. Essere in grado di applicare i meccanismi di trasporto passivo ai sistemi biologici.
- Conoscere il potenziale elettrolitico e saper ricavare la formula di equilibrio di Nernst applicandola alla membrana cellulare eccitabile e descrivere il ruolo della pompa NA-K e il potenziale d’azione (il suo sviluppo e la sua propagazione in fibre amieliniche e mieliniche). - Conoscere il legame tra la propagazione del potenziale d’azione e i segnali ECG, EEG ed EMG.
FENOMENI ONDULATORI e RADIAZIONI IONIZZANTI: - Conoscere le caratteristiche dei fenomeni ondulatori e della loro propagazione (riflessione, rifrazione, interferenza, polarizzazione, effetto Doppler).
- Conoscere l’analisi armonica di un fenomeno periodico e le sue applicazioni in Medicina. - Saper descrivere le onde meccaniche (suono) e la loro ricezione. Saper definire la sensazione sonora e la sua unità di misura.
MECCANICA DEI FLUIDI e FENOMENI DI SUPERFICIE: - Esprimere le caratteristiche proprie dei fluidi, definire le grandezze fisiche presenti in un fluido (come la pressione e la portata) con le relative diverse unità di misura e i loro fattori di conversione. - Enunciare i principi di Pascal, Stevino e Archimede e applicare la nozione di pressione idrostatica a soggetti in posizione eretta. - Descriverere il moto di un fluido in regime laminare e in regime turbolento e applicare il principio di conservazione dell’energia al moto di un liquido (teorema di Bernoulli). - Sviluppare gli effetti sul regime di moto da disomogeneità nel sangue e dei fenomeni di superficie basati sulle forze di coesione fra molecole, in particolare ricavare la formula di Laplace ed esprimere la formula di Laplace per membrane elastiche cilindriche. - Discutere gli effetti idrodinamici della pulsatilità del moto del sangue.
- Conoscere il significato di impedenza meccanica di un condotto distensibile. - Essere in grado di descrivere i fenomeni della sedimentazione, della centrifugazione e dell’elettroforesi, in particolare discutendone le applicazioni in Medicina.
TERMOLOGIA e TERMODINAMICA: - Spiegare il concetto di calore e le sue unità di energia, le scale termometriche e le leggi dei gas perfetti con le relative condizioni di applicazione ai gas reali e alla miscela gassosa chiamata aria. - Discutere il primo e il secondo principio della termodinamica e il significato di entalpia e essere in grado di applicarli ai processi biochimici tramite la funzione di stato energia libera.
- Conoscere i meccanismi di trasporto del calore.
BIOMECCANICA: - Saper definire e valutare il momento di una forza e conoscere le relazioni di equilibrio traslatorio e rotatorio ed applicarle all’equilibrio dei tre tipi di leve esemplificate in varie articolazioni.
Studenti di Odontoiatria: saper descrivere l’equilibrio della mandibola.
FENOMENI ELETTRICI: - Saper descrivere la legge di Coulomb, il campo elettrico, il potenziale elettrico e saper ricavare il potenziale di dipolo elettrico e di strato dipolare, compreso la nozione di angolo solido. - Conoscere la definizione di corrente elettrica, di densità di corrente elettrica, le leggi di Ohm e la loro applicazione a soluzioni elettrolitiche e il processo di carica e scarica di un condensatore. - Conoscere le correnti alternate e il concetto di impedenza elettrica.
FISICA DELLE MEMBRANE: - Descrivere il trasporto passivo gradiente di concentrazione (legge di Fick) e il meccanismo gradiente di pressione idraulica (filtrazione) e saper applicarli alla diffusione di gas nei sistemi biologici (legge di Henry). - Discutere l’osmosi e il meccanismo gradiente di pressione osmotica. Conoscere le leggi dell’osmosi e il concetto di potenziale chimico di una soluzione. Essere in grado di applicare i meccanismi di trasporto passivo ai sistemi biologici.
- Conoscere il potenziale elettrolitico e saper ricavare la formula di equilibrio di Nernst applicandola alla membrana cellulare eccitabile e descrivere il ruolo della pompa NA-K e il potenziale d’azione (il suo sviluppo e la sua propagazione in fibre amieliniche e mieliniche). - Conoscere il legame tra la propagazione del potenziale d’azione e i segnali ECG, EEG ed EMG.
FENOMENI ONDULATORI e RADIAZIONI IONIZZANTI: - Conoscere le caratteristiche dei fenomeni ondulatori e della loro propagazione (riflessione, rifrazione, interferenza, polarizzazione, effetto Doppler).
- Conoscere l’analisi armonica di un fenomeno periodico e le sue applicazioni in Medicina. - Saper descrivere le onde meccaniche (suono) e la loro ricezione. Saper definire la sensazione sonora e la sua unità di misura.
Prerequisiti
Per seguire con profitto le lezioni si richiede la conoscenza delle basi di analisi matematica (proporzioni, potenze e logaritmi, angoli, geometria elementare, trigonometria elementare, funzioni (lineare, logaritmica, esponenziale, sinusoidale) compreso il significato di derivata e di integrale.
Metodi didattici
Lezioni frontali con presentazione di slides descritte e discusse dal docente. Le slides sono disponibili in rete.
Verifica Apprendimento
Di norma l'esame consiste in una prova scritta suddivisa in quattro parti:
20 domande del tipo V/F su argomenti fondamentali semplici,
4 argomenti-tema da svolgere (circa 1-2 facciate per argomento),
60 domande del tipo V/F sul programma d'esame,
2 problemi.
La prova ha una durata di 3 ore. Lo studente viene convocato successivamente per conoscere e visionare l'esito della prova scritta che di norma costituisce il risultato finale dell'esame.
20 domande del tipo V/F su argomenti fondamentali semplici,
4 argomenti-tema da svolgere (circa 1-2 facciate per argomento),
60 domande del tipo V/F sul programma d'esame,
2 problemi.
La prova ha una durata di 3 ore. Lo studente viene convocato successivamente per conoscere e visionare l'esito della prova scritta che di norma costituisce il risultato finale dell'esame.
Contenuti
Finalità generali del corso di Fisica Medica: Il corso si propone di fornire gli strumenti per un’adeguata comprensione dei fenomeni di fisica applicata alle scienze della vita (come la Medicina), nonché di molti aspetti di altre discipline di base (come la Chimica, la Fisiologia umana, le Tecnologie biomediche e così via). Vengono altresì approfonditi i temi energetici, la meccanica dei fluidi e i meccanismi di trasporto nei sistemi biologici, comprendendo l’insorgere e la propagazione dei fenomeni bioelettrici, e infine le basi fisiche delle più importanti metodiche di analisi di laboratorio e di diagnostica per uso clinico (come ad esempio la produzione di immagini). MECCANICA dei FLUIDI nei SISTEMI BIOLOGICI: Equilibrio nei fluidi. Il circuito idrodinamico del sangue: portata, velocità del sangue ed equazione di continuità. Fluidi non viscosi: il teorema di Bernoulli. Fluidi viscosi: moto laminare e moto turbolento. Misura della viscosità. Lavoro e potenza cardiaca: la pompa cardiaca, il ciclo cardiaco, calcolo del lavoro e della potenza cardiaca. Misura della pressione del sangue. Applicazioni della tensione superficiale: fenomeni di capillarità, embolia gassosa. La formula di equilibrio di Laplace e raggio di equilibrio dei vasi. Effetti idrodinamici della distensibilità dei vasi: considerazioni generali, moto pulsante ed impedenza meccanica. Trasporto in regime viscoso: sedimentazione, elettroforesi e centrifugazione.
ELEMENTI di BIOMECCANICA: Equilibrio e leve applicati alle articolazioni nel corpo umano.
TERMODINAMICA nei SISTEMI BIOLOGICI: I sistemi termodinamici in biologia. Leggi dei gas perfetti e dei gas reali applicate alla biologia. Funzioni di stato e potenziali termodinamici nelle reazioni biochimiche. Meccanismi di trasmissione del calore: convezione, conduzione, irraggiamento. L’evaporazione e lo scambio di calore in contro flusso. MECCANISMI di TRASPORTO nei SISTEMI BIOLOGICI: Le membrane nei sistemi biologici. La diffusione libera e attraverso membrane biologiche. La filtrazione attraverso membrane biologiche. Equilibri gas-liquido nei sistemi biologici (trasporto dell'ossigeno). Fenomeni osmotici nei sistemi biologici. La microcircolazione. Fenomeni elettrici nei sistemi biologici: aspetti generali, flussi elettrochimici. Potenziali ed equilibri elettrochimici. Equilibrio di Donnan-Gibbs. La pressione oncotica. Potenziale di riposo della membrana cellulare e meccanismi di trasporto passivo. Meccanismi di trasporto attivo (pompa Na-K). Lavoro di membrana. Attività bioelerettriche nei sistemi biologici. Il potenziale d'azione. Proprietà di cavo dell'assone. Propagazione del potenziale d'azione. Il caso delle fibre mieliniche. Tracciati ECG, EMG,EEG. FENOMENI ONDULATORI nei SISTEMI BIOLOGICI: Cenni sul meccanismo dell’udito. La visione: l’occhio come sistema ottico e cenni sul meccanismo della visione.
STRUMENTAZIONE MEDICA: Misure di portata e di pressione nel sistema circolatorio. Analisi di Fourier e sue applicazioni. Flussimetria Doppler. Cenni tecnici su ECG ed EEG. Il microscopio: semplice, composto, cenni sul potere separatore e la profondità di campo del microscopio. Microscopi ottici speciali (cenni). Il polarimetro e il potere rotatorio. Spettrofotometria. Cenni sulle microonde, la radiazione infrarossa, i raggi ultravioletti. I raggi X e la loro produzione: il tubo a raggi X e spettro di emissione dei raggi X. I raggi X in diagnostica medica: assorbimento dei raggi X nei sistemi biologici, l'immagine radiologica. Rivelatori di radiazioni ionizzanti (cenni). Effetti delle radiazioni nella materia inerte e nella materia biologica: le radiazioni X e gamma, le radiazioni corpuscolari. Dosimetria e relative unità di misura. Vengono svolti seminari di approfondimento sull’elettrocardiografia, sulle tecniche di imaging (TC, SPET, PET, RM) e sulla radioterapia con protoni e ioni (adroterapia).
ELEMENTI di BIOMECCANICA: Equilibrio e leve applicati alle articolazioni nel corpo umano.
TERMODINAMICA nei SISTEMI BIOLOGICI: I sistemi termodinamici in biologia. Leggi dei gas perfetti e dei gas reali applicate alla biologia. Funzioni di stato e potenziali termodinamici nelle reazioni biochimiche. Meccanismi di trasmissione del calore: convezione, conduzione, irraggiamento. L’evaporazione e lo scambio di calore in contro flusso. MECCANISMI di TRASPORTO nei SISTEMI BIOLOGICI: Le membrane nei sistemi biologici. La diffusione libera e attraverso membrane biologiche. La filtrazione attraverso membrane biologiche. Equilibri gas-liquido nei sistemi biologici (trasporto dell'ossigeno). Fenomeni osmotici nei sistemi biologici. La microcircolazione. Fenomeni elettrici nei sistemi biologici: aspetti generali, flussi elettrochimici. Potenziali ed equilibri elettrochimici. Equilibrio di Donnan-Gibbs. La pressione oncotica. Potenziale di riposo della membrana cellulare e meccanismi di trasporto passivo. Meccanismi di trasporto attivo (pompa Na-K). Lavoro di membrana. Attività bioelerettriche nei sistemi biologici. Il potenziale d'azione. Proprietà di cavo dell'assone. Propagazione del potenziale d'azione. Il caso delle fibre mieliniche. Tracciati ECG, EMG,EEG. FENOMENI ONDULATORI nei SISTEMI BIOLOGICI: Cenni sul meccanismo dell’udito. La visione: l’occhio come sistema ottico e cenni sul meccanismo della visione.
STRUMENTAZIONE MEDICA: Misure di portata e di pressione nel sistema circolatorio. Analisi di Fourier e sue applicazioni. Flussimetria Doppler. Cenni tecnici su ECG ed EEG. Il microscopio: semplice, composto, cenni sul potere separatore e la profondità di campo del microscopio. Microscopi ottici speciali (cenni). Il polarimetro e il potere rotatorio. Spettrofotometria. Cenni sulle microonde, la radiazione infrarossa, i raggi ultravioletti. I raggi X e la loro produzione: il tubo a raggi X e spettro di emissione dei raggi X. I raggi X in diagnostica medica: assorbimento dei raggi X nei sistemi biologici, l'immagine radiologica. Rivelatori di radiazioni ionizzanti (cenni). Effetti delle radiazioni nella materia inerte e nella materia biologica: le radiazioni X e gamma, le radiazioni corpuscolari. Dosimetria e relative unità di misura. Vengono svolti seminari di approfondimento sull’elettrocardiografia, sulle tecniche di imaging (TC, SPET, PET, RM) e sulla radioterapia con protoni e ioni (adroterapia).
Lingua Insegnamento
Italiano
Corsi
Corsi
MEDICINA E CHIRURGIA
Laurea Magistrale Ciclo Unico 6 Anni
6 anni
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Persone
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Docenti
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