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Fisica (CTF)

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Physics

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Anno accademico 2019/2020

Codice dell'attività didattica
STF0019
Docenti
Prof. Ada Maria Solano (Titolare del corso)
Prof. Francesca De Mori (Esercitatore)
Corso di studi
[f003-c504] laurea magistrale in chimica e tecnologia farmaceutiche - a torino
Anno
1° anno
Tipologia
Di base
Crediti/Valenza
8
SSD dell'attività didattica
FIS/01 - fisica sperimentale
Modalità di erogazione
Tradizionale
Lingua di insegnamento
Italiano
Modalità di frequenza
Consigliata
Tipologia d'esame
Scritto ed orale
Prerequisiti
Conoscenza delle basi della matematica (algebra, analisi e geometria analitica)
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Sommario insegnamento

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Obiettivi formativi

Lo studente dovrà acquisire l'insieme delle grandezze e delle leggi fisiche essenziali per la comprensione della fenomenologia fisica presente nelle materie oggetto di studio nel corso di laurea. Requisiti: conoscenza delle basi della matematica (algebra, analisi e geometria analitica)

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Risultati dell'apprendimento attesi

Conoscenza delle grandezze fisiche piu' importanti e delle relazioni tra di esse.

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Modalità di insegnamento

Lezioni frontali per un totale di 56 ore ed esercitazioni per un totale di 20 ore svolte dalla Dott.sa Francesca De Mori.

Nella situazione in cui lezioni frontali ed esercitazioni non possano svolgersi in presenza, esse verranno erogate tramite la piattaforma WebEx.

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Modalità di verifica dell'apprendimento

Esame scritto con soluzione di problemi ed orale con domande sul programma svolto. 

Nella situazione in cui l'esame non possa svolgersi in presenza, la parte scritta si svolgera' online con Moodle in videoconferenza e la parte orale via WebEx.

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Programma

Introduzione; Grandezze fisiche e loro misura; Vettori -Presentazione del corso. Introduzione sulla Fisica ed il metodo scientifico. Grandezze fisiche e Sistema Internazionale di unita' di misura. Analisi dimensionale. Conversione di unita' di misura. Notazione scientifica. Incertezza sistematica e casuale di una misura. Frequenza statistica, valor medio e deviazione standard. Distribuzione di Gauss. Grandezze scalari e vettoriali. Elementi di calcolo vettoriale.

Cinematica dei moti lineari e dei moti circolari - Sistema di riferimento. Posizione, spostamento, traiettoria. Velocita' media e istantanea e loro interpretazione grafica. Accelerazione media e istantanea e loro interpretazione grafica. Componente tangenziale e radiale dell'accelerazione. Leggi orarie. Leggi del moto rettilineo uniforme e del moto rettilineo uniformemente accelerato. Moto di oggetti in caduta libera. Moto in due dimensioni. Moto parabolico. Gittata e tempo di volo. Grandezze angolari. Leggi del moto circolare uniforme e uniformemente accelerato.

Dinamica del moto di traslazione - Principi della dinamica. Sistemi di riferimento inerziali. Forza di gravitazione universale e forza peso. Reazione vincolare. Forze d'attrito statico e dinamico. Moto lungo un piano inclinato. Tensione delle funi. Carrucole. Moto di oggetti collegati.

Lavoro ed energia - Lavoro di una forza. Energia cinetica. Teorema dell'energia cinetica. Forze conservative ed energia potenziale. Conservazione dell'energia meccanica in presenza di sole forze conservative. Potenza meccanica. Rendimento.

Moto armonico - Forze elastiche e moto armonico semplice: grandezze cinematiche ed energia. Il pendolo semplice. Oscillazioni smorzate e forzate. Risonanza.

Quantita' di moto e urti - Quantita' di moto e impulso. Conservazione dell'energia e della quantita' di moto in un sistema isolato. Urti elastici ed anelastici.

Dinamica rotazionale - Centro di massa e baricentro. Moto del centro di massa. Moto di rotolamento. Momento di una forza. Energia cinetica rotazionale. Momento di inerzia. Momento angolare e sua conservazione.

Statica ed elasticita' - Condizioni di equilibrio statico. Leve ed articolazioni del corpo umano. Guadagno meccanico di una leva. Sforzi e deformazioni. Elasticita' delle ossa.

Fluidostatica - Densita' e pressione. Principio di Pascal. Legge di Stevino e pressione idrostatica. Misura della pressione atmosferica. Manometri. Spinta di Archimede e condizione di galleggiamento.

Fluidodinamica dei liquidi ideali e viscosi - Portata. Equazione di continuita'. Legge di Bernoulli e applicazioni. Fluidi reali, viscosita’ e resistenza idrodinamica. Legge di Poiseuille. Moto laminare e turbolento.

Moto in fluido viscoso; Tensione superficiale e capillarita' - Attrito viscoso e legge di Stokes. Sedimentazione e centrifugazione. Forze di coesione e tensione superficiale. Legge di Laplace. Forze di adesione. Capillarita’ e legge di Jurin.

Calorimetria - Temperatura e calore. Principio zero della termodinamica. Scale termometriche e temperatura assoluta. Dilatazione termica lineare e volumica. Capacita’ termica e calore specifico. Meccanismi di trasmissione del calore: conduzione, convezione e irraggiamento.

Gas perfetti e gas reali - Gas e vapori. Mole e numero di Avogadro. Equazione di stato dei gas perfetti. Miscele di gas e pressioni parziali. Elementi di teoria cinetica dei gas. Energia interna e temperatura. Gas reali e pressione di vapor saturo. Umidita’.

Principi della termodinamica - Primo principio. Principali trasformazioni termodinamiche. Trasformazioni reversibili e irreversibili. Secondo principio. Macchine termiche e rendimento. Ciclo di Carnot. Entropia.

Elettricita’ e circuiti - Carica elettrica. Forza di Coulomb. Campo elettrico e sua rappresentazione grafica; esempi. Energia potenziale elettrica e potenziale elettrico. Superfici equipotenziali. Condensatori a facce piane e parallele. Capacita’ di un condensatore. Dielettrici. Intensita’ di corrente elettrica. Re sistenza elettrica e leggi di Ohm. Potenza elettrica. Effetto Joule. Correnti e tensioni continue ed alternate, valori efficaci. Resistenze in serie e in parallelo. Condensatori in serie e in parallelo. Amperometro e voltmetro.

Elettromagnetismo ed onde elettromagnetiche - Campo magnetico. Forza di Lorentz. Selettore di velocita'. Spettrometro di massa. Forza esercitata su un filo percorso da corrente. Campi magnetici generati da correnti. Flusso di campo magnetico e legge di Faraday-Neumann-Lenz. Onde elettromagnetiche. Lo spettro elettromagnetico. Natura ondulatoria e corpuscolare della luce. L'effetto fotoelettrico. Il fotone e la costante di Planck.

Introduzione sulle onde - Generalita' sulle onde ed equazione di propagazione. Interferenza e principio di sovrapposizione. Riflessione e rifrazione alla superficie di separazione tra due mezzi. Onde stazionarie ed armoniche.

Onde sonore - Onde sonore. Pressione e intensita' sonora. Legge di Weber-Fechner. Sensazione sonora e decibel. L'orecchio dal punto di vista fisico. Curva di udibilita'. Effetto Doppler.

Ottica geometrica e ottica fisica - Onde elettromagnetiche e spettro. Velocita' della luce nel vuoto. Indice di rifrazione di un mezzo. Dispersione della luce bianca. Riflessione totale e fibre ottiche. Principio di Huygens. Condizioni per l'ottica geometrica. Lenti sottili e costruzione delle immagini. L'occhio come sistema ottico. Acuita' visiva. Principali difetti visivi (miopia, ipermetropia e presbiopia) e loro correzione. Microscopio ottico. Cenni di ottica fisica: frange di interferenza, diffrazione da singola fenditura e reticoli di diffrazione. Polarizzazione della luce. Potere rotatorio di una sostanza otticamente attiva.

Radiazioni e radioattivita' - Radiazioni elettromagnetiche e corpuscolari. Dualita' onda-corpuscolo. Relazione di de Broglie. Nuclei e forze nucleari. Difetto di massa ed energia di legame. Curva di stabilita' e radioisotopi. Decadimenti alfa, beta e gamma. Legge del decadimento radioattivo: vita media ed emivita. Attivita' e potenza di una sorgente radioattiva.

Raggi X; Interazione della radiazione con la materia; Elementi di dosimetria - Raggi X e loro produzione: radiazione di frenamento e radiazione caratteristica. Interazione con la materia: effetto fotoelettrico ed effetto Compton. Raggi gamma e produzione di coppie. Legge di attenuazione spaziale e coefficiente di assorbimento. L'immagine radiologica. Radiazioni ionizzanti e non ionizzanti. Cenni sull'interazione delle diverse radiazioni con la materia. Principali unita' dosimetriche: dose, dose equivalente e dose efficace.

Introduction - Units of Length, Mass and Time; Dimensional Analysis; Significant Figures; Converting Units; Order-of-Magnitude Calculations. 
Scalars and Vectors
One-Dimensional and Two-Dimensional Kinematics - Velocity; Acceleration; Projectile Motion; Free fall.
Newton’s Laws of Motion and Applications - Force, Mass and Weight; Friction; Tension e Pulleys; Springs and Hooke’s Law.
Work and Kinetic Energy - Potential and Kinetic Energy; Conservative forces; Conservation of Mechanical Energy; Free Falling. 
Momentum and Collisions - Momentum and Impulse; Elastic and Inelastic Collisions; Center of Mass; Rolling Motion; The Centrifuge. 
Biomechanics - Condition of Equilibrium in a rigid body; Moment of Force; Ties and Levers; Levers of the human body; Elasticity of bones and blood vessels. 
Fluids - Density and Pressure; Equilibrium and Flow of Fluids; Ideal Fluids: Bernoulli’s equation and applications; Aneurysm e Stenosis; Real fluids: Laminar and Turbulent Flow; Viscosity; Hydrodynamic Resistance; Pressure Measurement; Stokes Force. 
Molecular Phenomena - Cohesive Strength and Surface Tension; Elastic Stress of a membrane and Laplace’s law (drop and blob); Capillarity. 
Thermodynamics - Internal Energy, Heat, Work; Specific Heats;  Mechanisms of Heat Exchange: Conduction, Convection, Radiation; Ideal and Real Gases: laws and thermal processes; First and Second Law of Thermodynamics.
Electric Phenomena - Electric Charge; Insulators and Conductors; Coulomb’s law; Electric Field Lines; Gauss Law; Electric Potential Energy and Electric Potential; Parallel-plate Capacitor; Resistors and Capacitors in Series and Parallel; Electric Current; Ohm’s Laws; Thermal Effects of Electric Current; Electrolysis; Electrophoresis; Conduction in fluids: Faraday’s law.
Magnetism - 
The Magnetic Field and the Magnetic Force; Lorentz’s Force and Motion of Charged Particles in a Magnetic Field; Mass Spectrometer.
Waves and Sound - Types of waves and Propagation Equation; Interference; The Doppler Effect; Reflection, refraction and dispersion; Standing Waves; The sound: pressure and intensity; Human Perception of Sound: audibility function, intensity level and decibels. 
Electromagnetic Waves and Optics - The Production of Electromagnetic Waves; The electromagnetic spectrum; Energy and Momentum in Electromagnetic Waves; Polarization; The human eye; Combination of lenses and corrective lenses; Diffraction; Diffraction with X rays and the structure of biological molecules; Polarization of light.
Atomic Nucleus and Nuclear Radiation - Structure of Nuclei and Nuclear Forces; Mass Defect and Binding Energy; Nuclear Stability and Radioisotope; Radioactive Decays (alfa, beta, gamma); Law of Radioactive Decay; Activity of a Radioactive Source; Matter Absorption of Radiation.
X Rays - Coolidge’s pipe and Production of X Rays; X Rays Interaction with Matter: Photoelectric and Compton Processes; Law of spatial reduction and Absorption Coefficient; Diagnostic application: the radiological image.

Testi consigliati e bibliografia

Oggetto:

J.S. Walker: Fondamenti di fisica, ed. Pearson; J.W. Kane, M.M. Sternheim, Fisica Applicata, EMSI; D. Scannicchio, Fisica Biomedica, EdiSES; F. Borsa, A. Lascialfari, Principi di FIsica per indirizzo biomedico e farmaceutico, EdiSES; J.W. Jewett, R.A. Serway: Principi di fisica, EdiSES; A. Giambattista: Fisica generale, ed. McGraw-Hill; D. Giancoli: Fisica con fisica moderna (2^a ed.), Casa Editrice Ambrosiana; G. Bellini, G. Manuzio: Fisica per le scienze della vita, ed. Piccin



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Ultimo aggiornamento: 10/07/2020 10:31

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