PRINCIPI DI INFORMATICA MATEMATICA E FISICA APPLICATI ALLE BIOTECNOLOGIE 1Modulo FISICA APPLICATA ALLE BIOTECNOLOGIE
Anno accademico 2025/2026 - Docente: LUCA LANZANO'Risultati 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 applicare il calcolo vettoriale nella risoluzione dei problemi fisici in ambito bio-medicale;
· 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
Il corso di Fisica prevede 47 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
Frequenza lezioni
Contenuti del corso
INTRODUZIONE: Grandezze fisiche, unità e sistemi di misura, cifre significative, errore di misura. Relazioni funzionali e rappresentazioni grafiche. Grandezze scalari e grandezze vettoriali, operazioni con i vettori, componenti di un vettore.
MECCANICA: Moti unidimensionali. Moti piani. Accelerazione tangenziale e radiale in un moto piano. Leggi della dinamica. Forza peso e forza elastica. Moto dei corpi rigidi. Momento di una forza. Baricentro. Condizioni di equilibrio. Leve. Attrito statico e dinamico. Dinamica del moto circolare. Forza Centrifuga. Statica di articolazioni. Esempi di leve fisiologiche. Legge di Hooke e modulo di Young. Fratture ossee. Lavoro. Teorema dell’energia cinetica. Forze conservative e non conservative. Energia potenziale. Conservazione dell’energia meccanica totale. Momento di inerzia ed energia rotazionale. Quantita’ di moto.
MECCANICA DEI FLUIDI: Densita’ e pressione nei fluidi. Fluidi Ideali e Fluidi Reali. Legge di Stevino. Principio di Pascal. Ventose. Principio di Archimede e galleggiamento dei corpi. Portata. Equazione di continuita’. Applicazione dell’equazione di continuita’ al circuito idrodinamico del sangue. Teorema di Bernoulli. Aneurisma e stenosi. Fluidi viscosi. Moto in regime laminare. Legge di Poiseuille. Viscosita’ del sangue. Variazioni di pressione nel circuito del sangue. Moto in regime turbolento. Sfigmomanometro. Legge di Stokes. Trascinamento viscoso. Centrifugazione. Coesione. Tensione superficiale. Legge di Laplace.
TERMODINAMICA: Termometri e scale di temperatura, dilatazione termica lineare e volumica di solidi e liquidi. Gas ideali. Cenni di teoria cinetica dei gas. Calore e lavoro. Capacità termica e calore specifico. Calore latente e cambiamenti di fase. Trasmissione del calore: conduzione, convezione ed irraggiamento. Primo principio della termodinamica. Termoregolazione. Metabolismo. Secondo Principio della termodinamica (cenni). Diffusione molecolare. Pressione osmotica (cenni).
ELETTROMAGNETISMO: Carica. Legge di Coulomb. Campo elettrico. Campo di un dipolo elettrico. Campo elettrico uniforme. Potenziale elettrico. Capacita’. Condensatori. Effetto dei dielettrici. Corrente elettrica. Legge di Ohm. Potenza dissipata ed effetto Joule. Resistenze in serie e in parallelo. Forza elettromotrice. Circuito RC e pacemaker. Fenomeni bioelettrici. Potenziale d’azione. Propagazione degli impulsi nervosi. Campi magnetici. Forza agente su una carica. Solenoide. Induzione elettromagnetica. Legge di Faraday. Generatore di corrente alternata. Trasformatore. Defibrillatore. Effetti della corrente. Risonanza magnetica nucleare.
ONDE E OTTICA (9 h): Fenomeni ondulatori. Onde longitudinali e trasversali. Periodo e frequenza. Ampiezza ed energia. Onde meccaniche: onde sonore, pressione sonora e decibel, ultrasuoni e applicazioni. Onde elettromagnetiche: spettro delle onde elettromagnetiche, effetti sulla salute umana, polarizzazione, legge di Malus, laser e applicazioni. Riflessione della luce. Rifrazione della luce. Legge di Snell. Dispersione della luce. Riflessione interna totale. Fibre ottiche e endoscopi. Formazioni delle immagini da specchi e lenti. Microscopio ottico.
Testi di riferimento
1. D. Scannicchio, E. Giroletti, Elementi di Fisica Biomedica, EdiSES
2. D. Scannicchio - Fisica Biomedica – IV edizione , EdiSES
3. D. Halliday, R. Resnick, J. Walker, "Fondamenti di Fisica -
Meccanica, Onde, Termodinamica, Elettromagnetismo, Ottica", CEA
Programmazione del corso
| Argomenti | Riferimenti testi | |
|---|---|---|
| 1 | INTRODUZIONE | |
| 2 | MECCANICA | |
| 3 | MECCANICA DEI FLUIDI | |
| 4 | TERMODINAMICA | |
| 5 | ELETTROMAGNETISMO | |
| 6 | ONDE E OTTICA |
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 conversioni
· Notazione scientifica
· Principi di Newton. Forze e loro trattazione. Diagrammi delle forze
· Statica 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-medicale
· Calore latente, capacità termica e calore specifico.
· Circuiti in serie ed in parallelo.
· Differenze e analogie tra onde meccaniche e onde elettromagnetiche.