Fisica con elementi di matematica (Farmacia)

Oggetto:

Fisica con elementi di matematica (Farmacia)

Oggetto:

Physics

Oggetto:

Anno accademico 2023/2024

Codice attività didattica

FAR0047

Docenti

Paolo Gambino (Titolare)
Paolo Parotto (Titolare)

Corso di studio

[1602U51] farmacia

Anno

1° anno

Periodo

Primo semestre

Tipologia

Di base

Crediti/Valenza

SSD attività didattica

FIS/07 - fisica applicata (a beni culturali, ambientali, biologia e medicina)

Erogazione

Tradizionale

Lingua

Italiano

Frequenza

Consigliata

Tipologia esame

Scritto ed orale

Oggetto:

Fornire una conoscenza di elementi di base della matematica necessaria allo studio delle scienze. Introdurre lo studente alla conoscenza delle principali leggi fisiche ed alle loro applicazioni, particolarmente in campo biomedico.

The aim of the course is to provide first a mathematical basis for the study natural sciences, next an introduction to the foundations of physics and their applications to life sciences.

Oggetto:

Risultati dell'apprendimento attesi

ITALIANO
ENGLISH

Comprensione dei principi fondamentali della fisica e capacita' di applicarli allo studio di fenomeni biomedici.

Understanding of the fundamental physical laws, with particular reference to their application to life sciences.

Oggetto:

Programma

ITALIANO
ENGLISH

Elementi di matematica

Funzioni: concetti di limite, derivata e integrale.
Vettori.

Unità di misura, analisi dimensionale.

Velocità media e istantanea, accelerazione,
La forza e le tre leggi di Newton
Tipi di forze: forza peso, forze elastiche forze di attrito.

Lavoro ed il teorema dell'energia cinetica, forze conservative ed energia potenziale.
Il principio di conservazione dell'energia.
Energia potenziale gravitazionale ed elastica.
Potenza.
Impulso e teorema della quantità di moto.

Moto circolare e forza centripeta.
Cenni sui sistemi non inerziali.

Cenni sulla dinamica e statica del corpo rigido.
Il concetto di leva. Leve nel corpo umano

Onde
Moto oscillatorio e moto armonico.
Conservazione dell'energia nel moto armonico.
Pendolo.
Onde trasversali e longitudinali.
Onde armoniche: frequenza e lunghezza d'onda.
Onde in due e tre dimensioni.
Energia e intensità delle onde.
Il suono come onda: la scale dei decibel.
Interferenza e diffrazione delle onde.
Il principio di Huygens-Fersnel.

Statica e dinamica dei fluidi
Il concetto di pressione. La legge di Stevino, principio di Pascal, legge di Archimede.
Liquidi ideali: portata, equazione di continuita', teorema di di Bernoulli
e sue applicazioni.
Liquidi reali: legge di Hagen-Poiseuille.
Cenni sul moto turbolento.
Tensione superficiale e capillarità.

Termodinamica

La temperatura ed il principio zero della termodinamica.
Sistemi termodinamici: aperti, chiusi ed isolati.
Trasformazioni termodinamiche, processi reversibili e irreversibili.
Il calore specifico.
Proprietà termometriche della materia.
Gas perfetti ed equazione di stato.
La teoria cinetica dei gas (cenni).

Lavoro meccanico e calore
Il primo principio della termodinamica e l'energia interna.
Applicazioni. Transizioni di fase.
Trasmissione del calore: conduzione, convezione e irraggiamento.
Secondo principio della termodinamica: enunciati di Clausius e di Kelvin.
Macchine termiche ed il ciclo di Carnot. Cicli reversibili e teorema di Carnot.
La funzione entropia. Cenni sulla interpretazione probabilistica dell'entropia.

Elettricità e Magnetismo

Carica elettrica, legge di Coulomb, campo elettrostatico, potenziale elettrostatico.
Materiali Conduttori e isolanti.
Condensatori.

Corrente elettrica, legge di Ohm, potenza ed effetto Joule. Circuiti elettrici, resistenze e condensatori in serie e in parallelo.
Carica e scarica dei condensatori.

Campo magnetico, forza di Lorentz.
Sorgenti di campo magnetico: filo lineare, spira e solenoide.
Cenni sul magnetismo nella materia.

Ciclotrone, selettore di velocità, spettrometro di massa.

Ottica

Le onde elettromagnetiche e la luce.
Meccanismi di produzione delel onde EM.
Leggi di Stefan-Boltzmann e di Wien.

Riflessione, trasmissione ed assorbimento della luce
Interferenza e diffrazione della luce.

Ottica geometrica: leggi della riflessione e della rifrazione.
Formazione di immagini: specchi, lenti convergenti e divergenti.
Ingrandimento angolare e lineare.

Cenni di fisica moderna

Produzione ed assorbimento dei raggi X.

Decadimenti radioattivi: alfa, beta, gamma

Mathematics

The concept of function. Graphical representation of a function.
Examples: Straight line, parabolic
and hyperbolic functions. The exponential function and the logarithm. Trigonometric functions.
The concepts of limit, derivative, integral.
Vectors and their representation. Sum of vectors, the product of vector times a scalar,
scalar (dot) and vector (cross) products.
Reference systems. Measurement units, dimensional analysis, scaling laws.

Dynamics

Mean and instantaneous velocity. Acceleration.
The concept of force and Newton’s laws. Gravity and weight, friction, elastic forces. Circular
motion and centripetal force. Basics of non-inertial systems.
Work and energy; the theorem of kinetic energy. Conservative forces and potential energy. Conservation of energy.
The potential energy of gravitational and elastic forces. Power. Spring’s harmonic motion. Conservation of energy in harmonic motion. Pendulum.
Impulse and momentum. Conservation of momentum and collisions.
Basics of rigid body dynamics. Torque and momentum of inertia.
Statics: levers in the human body.

Waves and sound

Transverse and longitudinal waves. Huygens-Fresnel principle. Harmonic waves: frequency and wavelength. Waves in 2D and 3D. Waves energy and intensity.
Interference and diffraction.
Sound: intensity and sound level.

Fluid mechanics

The concepts of density and pressure. Stevin’s law and atmospheric pressure. Pascal’s principle.
Archimedes’ principle.
Ideal fluids: flow rate and continuity equation. Bernouilli’s theorem with applications to biological problems.
Real fluids: viscosity and Hagen-Poiseuille’s law. Blood circulation.
Basics of turbulent motion.

Thermodynamics

Thermodynamical systems. Temperature and zeroth law of thermodynamics. Heat and temperature: specific heat. Thermometric properties of matter, phase transitions. Ideal gases, basics of the kinetic theory of gases, mean kinetic energy of molecules.
Work and heat: heat as a type of energy.
The first law of thermodynamics. Internal energy. Specific heat of gases.
Real gases, phase transitions.
Heat transfer: conduction, convection and radiation.
The second law of thermodynamics: postulates of Kelvin and Clausius.
Thermal engines and Carnot cycle. Reversible cycles and Carnot’s theorem.
Entropy. Statistical nature of entropy (hints)

Electromagnetism

Electric charge and Coulomb’s law. Electric field. Potential. Electrical conductors and insulators.
Dielectrics.
Capacitance and capacitors. Energy capacitors. Capacitors in parallel and in series.
Electric current, resistors, and Ohm’s law. Electric circuits, resistors and capacitors in series and in parallel. Power and Joule’s effect.
Charge and discharge of a capacitor.
Magnetic field and Lorentz force.
The magnetic field generated by different configurations of currents: linear wire, spire, and solenoid.

Cyclotron, velocity selector, mass spectrometer.

Optics

Electromagnetic (EM) waves; the light as an EM wave. Basics of mechanisms of generation of EM waves. Stefan-Boltzmann’s law and Wien’s law.
Interference and diffraction of light. Interaction of light with matter: reflection, transmission, and absorption.
Geometrical Optics: reflection and refraction. Image formation by reflection: mirrors. Image
formation by refraction: convex and concave lenses. Angular and linear magnification.

Very brief introduction to modern physics.

The production and absorption of X-rays.

Radioactive decays: alpha, beta, and gamma.

Oggetto:

Modalità di insegnamento

ITALIANO

Tradizionale alla lavagna con supporto di trasparenze proiettate in aula. In ottemperanza alle ultime direttive di Ateneo le lezioni si terranno in presenza.

Le slides presentate a lezione nell'a.a. 22-23 sono disponibili ai seguenti indirizzi.

LEZIONI dell'a.a. 22-23 [Prof. Maina]

http://personalpages.to.infn.it/~maina/didattica/Fisica_Farmacia_2022_23/

ESERCITAZIONI dell'a.a. 22-23 [Prof. Pacher]

http://personalpages.to.infn.it/~pacher/didattica/Farmacia/2022-23/Esercitazioni/

Oggetto:

Modalità di verifica dell'apprendimento

ITALIANO
INGLESE

L'esame scritto consiste in semplici problemi e alcune domande sugli argomenti principali svolti a lezione. La prova ha una durata di 2 ore durante la quale gli studenti possono consultare un formulario che loro stessi hanno compilato.

Per essere ammessi alla prova orale occorre raggiungere il punteggio di 18/30. La prova orale consiste in una discussione della prova scritta e alcune domande sugli argomenti principali del corso. E' possibile confermare il voto dello scritto (fino ad un massimo di 26/30) senza sostenere la prova orale ma comunque presentandosi all'appello. Il voto dello scritto ha validità per la sessione d'esame.

NB per coloro che hanno superato la prova scritta fino a ottobre 2023 valgono le regole precedenti. In particolare, devono sostenere l'esame orale entro un anno dallo scritto.

The written exam includes exercises and questions and lasts 2 hours. A score of 18/30 is the minimum for admission to the oral exam, which consists in questions related to the material presented during the course and a discussion of the written test. It is possible to confirm the score obtained in the written test (up to 26/30) without taking the oral exam, but one needs enrolling in the oral exam in any case.

Oggetto:

Attività di supporto

ITALIANO

Esercitazioni di preparazione allo scritto, in cui vengono insegnati i metodi di risoluzione di problemi simili a quelli che verranno sostenuti nella prova scritta.

Gli studenti possono inoltre liberamente consultare le video-registrazioni delle lezioni e delle esercitazioni dell'anno accademico 2020/21 dai profs. Maina e Pacher.

LEZIONI [Prof. Ezio Maina] - Links alle video-registrazioni dell'anno accademico 2020/21

1. Lun 12/10/2020
https://unito.webex.com/recordingservice/sites/unito/recording/play/502f40c872a1413c95cff0cd08f73f11
https://unito.webex.com/recordingservice/sites/unito/recording/play/c0c33be9f55f41299cd828b7ba3e8870

2. Mar 13/10/2020
https://unito.webex.com/recordingservice/sites/unito/recording/play/75da636ed96a485eadbecbcb8322d162
https://unito.webex.com/recordingservice/sites/unito/recording/play/af7715565dc044618c24d7c725b95bce

3. Lun 19/10/2020
https://unito.webex.com/recordingservice/sites/unito/recording/play/bd504c563815475096fd8e7a42604cb3
https://unito.webex.com/recordingservice/sites/unito/recording/play/6c09e1f19567417ba4356589c921e832

4. Gio 22/10/2020
https://unito.webex.com/recordingservice/sites/unito/recording/play/a718992437d94d69b09bc01240eb5bf8
https://unito.webex.com/recordingservice/sites/unito/recording/play/f6ffaff9d7634555aa156b56c874fdd2

5. Lun 26/10/2020
https://unito.webex.com/recordingservice/sites/unito/recording/play/73772efb948e4b14a65255e5821af742
https://unito.webex.com/recordingservice/sites/unito/recording/play/47222131ea794c748171d5ab7efb0dd8

6. Gio 29/10/2020
https://unito.webex.com/recordingservice/sites/unito/recording/play/c3f26cab683148e1a88223a96e2b7a38
https://unito.webex.com/recordingservice/sites/unito/recording/play/fb4375876f0240b6b6f0602933cff281

7. Lun 02/11/2020
https://unito.webex.com/recordingservice/sites/unito/recording/play/e0bfd6c3f8214adcbb07360ee1da6442
https://unito.webex.com/recordingservice/sites/unito/recording/play/dc2241fc781f4e3ebd1a069b0f6a170f

8. Gio 05/11/2020
https://unito.webex.com/recordingservice/sites/unito/recording/play/7ae5089572a541ec89fab0e61f7784a8
https://unito.webex.com/recordingservice/sites/unito/recording/play/ca1ba2193e3a4d7dabce2323d33c0c0a

9. Lun 10/11/2020
https://unito.webex.com/recordingservice/sites/unito/recording/play/8695c58dae3448d7888304c214d9ab31
https://unito.webex.com/recordingservice/sites/unito/recording/play/5846390c8cb444d09d7a9dd12b47dc19

10. Lun 16/11/2020
https://unito.webex.com/recordingservice/sites/unito/recording/play/b4c4b2ffabb14f37a186a198ddbb8123
https://unito.webex.com/recordingservice/sites/unito/recording/play/637ee28563fe4d8388e1916ff5aa5365

11. Gio 19/11/2020
https://unito.webex.com/recordingservice/sites/unito/recording/play/efa2ff5837174bf4867fe9aa2b0ea18d
https://unito.webex.com/recordingservice/sites/unito/recording/play/2887d3963b77451690e731ccf591294c