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 fundations of physics and their applications to life sciences.

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.

Elementi di matematica

Funzioni:
concetti di limite, derivata e integrale.
Vettori.
Unita' di misura, analisi dimensionale.
Fattori di scala.
 


Dinamica

Velocita' media e istantanea,  
accelerazione,
La forza e le tre leggi di Newton
Tipi di forze: forza peso, forze elastiche forze di
attrito. Moto circolare e forza centripeta.
Cenni sui sitemi non inerziali.

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 quantita' di moto.
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 intensita' 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 capillarita'.
 

Termodinamica

La temperatura ed il principio
zero della termodinamica.
Sistemi termodinamici: aperti, chiusi ed isolati.
Trasformazioni
termodinamiche, processi reversibili e irreversibili.

IL calore specifico.
Proprieta' termometriche della materia.
Gas perfetti ed
equazione di stato.
La teoria cinetica dei gas (cenni).
Leggi di Dalton ed Henry.

Termodinamica: 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.
Cenni sulla termodinamica dei sistemi viventi:
metabolismo basale e legge di Kebler.

Elettricita' 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.
Prima e seconda legge di Kirchoff.
Carica e scarica dei condensatori.

Campo magnetico, forza di Lorentz.
Sorgenti di campo magnetico: filo lineare, spira e solenoide.
Cenni sul magnetismo nella materia.
Forze fra fili percorsi da corrente e definizione di Ampere
Legge di Faraday-Neumann.



 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.
L'occhio umano come strumento ottico. Difetti della vista e loro correzione.
Il microscopio ed il suo potere risolutivo

Cenni di fisica moderna

 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 of limit, derivative, integral.
Vectors and their representation. Sum of vectors, product of a vector times a scalar,
scalar (dot)
and vector (cross) products.
Reference systems. Measurement units, dimensional analysis, scaling laws.

 Dynamics

Mean and istantaneous 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. Conser-
vation of energy.
Potential energy of gravitational and elastic forces. Power. Spring’s harmonic motion. Conservation
of energy in the 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
wavelenght. 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 temper-
ature: specific heat. Thermometric properties of matter, phase transitions. Ideal gases, basics of
kinetic theory of gases, mean kinetic energy of molecules.
Work and heat: heat as type of energy.
First law of thermodynamics. Internal energy. Specific
heat of gases.
Real gases. Henry’s law, phase transitions.
Heat transfer: conduction, convection and radiation.
Second law of thermodynamics: postulates of Kelvin and Clausius.

Thermal engines and Carnot cicle. Reversible cicles and Carnot’s theorem. Refrigeretors.
Entropy. Statistical nature of entropy (hints)
Thermodynamics of living systems: metabolism and Kleber’s law.

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: first and second Kirkoff’s law. Power
and Joule’s effect.
Charge and discharge of a capacitor.
Magnetic field and Lorentz force.
Magnetic field generated by different configurations of currents: linear wire, spire, and solenoid.
Interaction between electric currents and definition of Amp`ere.   Some notion on magnetic field in the matter.
Faraday’s law and its applications.

 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, trasmission, and
absorption.
Geometrical Optics: reflection and refraction. Image formation by reflection: mirrors. Image
formation by refraction: convex and concave lenses. Angular and linear magnification. The eye as an optical device: eyes’ defects and their correction.
The microscope and its resolving power.

 Some notes on modern physics

Ezio Ragozzino, Principi di fisica EdiSES. Ulteriori titoli di testi utili sono disponibili sulla Homepage del docente: http://personalpages.to.infn.it/~ferraro/farmacia.html

Il sito  su moodle contiene anche le slides (scaricabili) del corso  

Alan H. Cromer , Physics for the Life Sciences, Barnes and Noble.

Some more titles can be found at the homepage http://personalpages.to.infn.it/~ferraro/farmacia.html.

The slides of the course can be downloaded from the site on moodle

Prerequisiti: nozioni elementari di algebra e geometria.

Prova di esame.

L' esame si articola su due prove: lo scritto consiste nella soluzione di semplici problemi, l'orale riguarda gli argomenti di teoria svolti nel corso.

Prerequisites: elementary precalculus.

Examination

The final examination comprises two parts: a written examination which involves solving simple phisical problems and an oral one on the subjects of the course.