Fisica Applicata, Area Tecnica, M. Ruspa MECCANICA. Cinematica: moto dei corpi Dinamica: cause del moto Statica: equilibrio dei corpi

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1 MECCANICA Cinematica: moto dei corpi Dinamica: cause del moto Statica: equilibrio dei corpi

2 CORPO: MASSA: CORPI: MASSA E DENSITA >> Unita di misura nel S.I. DENSITA : >> Unita di misura nel S.I.

3 Considereremo con il considerare il corpo come un punto materiale nel quale e concentrata tutta la massa del sistema

4 POSIZIONE s >> Unita di misura nel S.I. LEGGE ORARIA:

5 SPOSTAMENTO Δs >> Unita di misura nel S.I.: TRAIETTORIA

6 VELOCITA MEDIA v m >> Unita di misura nel S.I.

7 VELOCITA ISTANTANEA v Immaginiamo di scegliere un intervallo di tempo Δt sempre piu piccolo, cioe di ridurre t 2 a un secondo tempo molto vicino a t 1

8 ACCELERAZIONE MEDIA a m >> Unita di misura nel S.I.

9 ACCELERAZIONE TANGENZIALE E ACCELERAZIONE CENTRIPETA Il vettore accelerazione si puo sempre scomporre in una componente tangente alla traiettoria e in un altra ortogonale alla traiettoria

10 MOTO RETTILINEO UNIFORME

11 MOTO RETTILINEO UNIFORME TRAIETTORIA LEGGE ORARIA GRAFICO v vs t

12 Esercizio La maratona e una corsa podistica che si effettua sulla distanza di 42.2 km. Il vincitore di una maratona ha fatto registrare il tempo di 2 ore e 9 minuti. Qual e stata la sua velocita media nel S.I.?

13 MOTO RETTILINEO UNIFORMENTE ACCELERATO

14 MOTO RETTILINEO UNIFORMENTE ACCELERATO TRAIETTORIA LEGGE ORARIA GRAFICO v vs t

15 SIAMO TUTTI UNIFORMEMENTE ACCELERATI! Tutti i corpi sulla Terra sono sottoposti ad un accelerazione costante verso il basso (centro della Terra), che origina dall attrazione gravitazionale tra masse di cui parleremo in seguito

16 Esercizio Quanto tempo impiega un corpo in caduta libera a raggiungere il suolo a partire dal 17esimo piano di un grattacielo? (si considerino 3 m di altezza per ogni piano)

17 MOTO CIRCOLARE UNIFORME VELOCITA PERIFERICA >> Unita di misura nel S.I. VELOCITA ANGOLARE >> Unita di misura nel S.I.

18 MOTO CIRCOLARE UNIFORME PERIODO >> Unita di misura nel S.I. FREQUENZA >> Unita di misura nel S.I.

19 Esercizio Una centrifuga di raggio 12 cm compie 200 giri al minuto. Si calcoli l accelerazione centrifuga

20 DINAMICA

21 PRINCIPI DELLA DINAMICA I PRINCIPIO (PRINCIPIO DI INERZIA): un corpo su cui non agiscano forze o la risultante delle forze agenti sia nulla permane nel suo stato di quiete o di moto rettilineo uniforme

22 PRINCIPI DELLA DINAMICA II PRINCIPIO (LEGGE di NEWTON): >> Unita di misura nel S.I.

23 PRINCIPI DELLA DINAMICA III PRINCIPIO (PRINCIPIO DI AZIONE E REAZIONE): se un primo corpo agisce su un secondo corpo con una certa forza allora il secondo corpo agira sul primo con una forza uguale e contraria

24 SIAMO TUTTI UNIFORMEMENTE ACCELERATI! Tutti i corpi sulla Terra sono sottoposti ad un accelerazione costante verso il basso (centro della Terra), che origina dall attrazione gravitazionale tra masse di cui parleremo in seguito

25 FORZA DI GRAVITA o FORZA PESO

26 DIFFERENZA TRA MASSA E PESO ATTENZIONE alla differenza tra massa e peso: benche nel linguaggio comune si utilizzino entrambi i termini con lo stesso significato (riferendosi alla massa propriamente detta), in Fisica massa e peso sono due grandezze differenti: la massa come visto e la quantita di materia di un corpo e si misura in kg il peso come visto e una forza e si misura pertanto in Newton il peso di un corpo si ottiene dalla massa del corpo medesimo moltiplicata per l accelerazione di gravita g

27 FORZA DI GRAVITAZIONE UNIVERSALE

28 RICAVIAMO L UNITA DI MISURA DI G

29 DA DOVE ORIGINA LA FORZA DI GRAVITA? L ATTRAZIONE GRAVITAZIONALE, che come visto agisce tra due masse qualsiasi m 1 e m 2, agisce anche tra un qualsiasi oggetto e il pianeta Terra, che entrambi sono corpi massivi

30 DA DOVE ORIGINA LA FORZA DI GRAVITA? La forza di gravita, che agisce su un corpo qualsiasi di massa m ed e pari al prodotto della massa m per l accelerazione di gravita g, origina dall attrazione gravitazionale tra il corpo di massa m e la massa del pianeta Terra

31 ESISTE LA FORZA DI GRAVITA SULLA LUNA?

32 Esercizio Si determini il peso di 8 ml di mercurio [densita del mercurio: 13.6 x 10 3 kg/m 3 ]

33 Esercizio E se dovessimo calcolare il peso di 8 cc di mercurio?

34 LAVORO ed ENERGIA

35 LAVORO >> Unita di misura nel S.I.

36 ENERGIA >> Unita di misura nel S.I.

37 ENERGIA MECCANICA: ENERGIA POTENZIALE GRAVITAZIONALE

38 ENERGIA CINETICA Un corpo che si muove a velocita v possiede in virtu della sua velocita la capacita di compiere un lavoro (per esempio se va a sbattere)

39 ENERGIA POTENZIALE GRAVITAZIONALE Un corpo sollevato ad altezza h possiede la capacita di compiere lavoro in virtu del proprio peso

40 VERIFICA DIMENSIONALE Unita di misura di E c Unita di misura di E P

41 Esercizio Si calcoli l energia cinetica di un corpo di 27 kg che si muove alla velocita di 120 km/h

42 POTENZA MECCANICA >> Unita di misura nel S.I.

43 CENNI DI STATICA

44 CONDIZIONE DI EQULIBRIO PER UN PUNTO MATERIALE Un punto materiale si trova in equilibrio se la risultante delle forze agenti e nulla

45 EQUILIBRIO FERMO SU UN PIANO ORIZZONTALE Consideriamo un corpo esteso fermo su un piano orizzontale (per esempio un parallelepipedo come in figura): se il corpo sta in equilibrio significa sicuramente, come per un punto, che o non ci sono forze agenti oppure le forze agenti si annullano: sicuramente il corpo e soggetto alla forza peso diretta verso il basso...

46 EQUILIBRIO FERMO SU UN PIANO ORIZZONTALE Perche il libro a sinistra non cade mentre il libro a destra cade?

47 BARICENTRO Punto di applicazione della forza peso

48 EQUILIBRIO FERMO SU UN PIANO ORIZZONTALE Un corpo sta in equilibrio su un piano orizzontale se la verticale passante per il baricentro cade all interno della sua superficie di appoggio

49 MECCANICA DEI FLUIDI Fluidostatica: fluidi in quiete Fluidodinamica: fluidi in moto

50 Masse Densita Forze Pressioni PRESSIONE

51 PRINCIPIO DI PASCAL La pressione esercitata sun un punto della superficie limite di un fluido si trasmette inalterata in tutte le direzioni

52 PRESSIONE IDROSTATICA Pressione esercitata in un punto in profondita dalla colonna di fluido che lo sovrasta

53 UNITA DI MISURA DI dgh

54 PRESSIONE IN UN FLUIDO IN QUIETE

55 DENSITA ACQUA

56 PRINCIPIO DEI VASI COMUNICANTI In base alla legge di Stevino tutti i punti alla stessa profondita hanno lo stesso valore di pressione in un sistema di vasi comunicanti di qualsiasi forma la superficie limite si porta sempre alla stessa altezza rispetto ad un piano di riferimento poiche la pressione esterna, tipicamente la pressione atmosferica, e la stessa in ogni punto della superficie

57 PRESSIONE ATMOSFERICA Peso della colonna di aria che ci sovrasta di altezza quindi pari all altezza dell atmosfera

58 MISURA DELLA PRESSIONE ATMOSFERICA: ESPERIMENTO DI TORRICELLI

59 MISURA DELLA PRESSIONE ATMOSFERICA: ESPERIMENTO DI TORRICELLI L esperimento di Torricelli dimostra che la pressione atmosferica (a livello del mare) e pari alla pressione esercitata da una colonna di mercurio alta 760 mm P atm = p idrostatica (760 mm di Hg)

60 PRESSIONE ATMOSFERICA A LIVELLO DEL MARE

61 PRESSIONE ATMOSFERICA IN MONTAGNA

62 110 mmhg =? Pa Esercizio

63 MANOMETRI A MERCURIO

64 MANOMETRI A MERCURIO

65 PRESSIONE IDROSTATICA DEL SANGUE Anche una colonna di sangue possiede una pressione idrostatica quando siamo in posizione eretta l altezza dei nostri vasi sanguigni contribuisce una pressione idrostatica che si somma (dal cuore in giu ) e si sottrae (dal cuore in su) a quella cardiaca

66 PRESSIONE IDROSTATICA DEL SANGUE La pressione cardiaca va sempre misurata con il braccio del paziente all altezza del cuore altrimenti la pressione misurata sara la pressione cardiaca + o il contributo della pressione idrostatica di una colonna di sangue di altezza Δh dove Δh e la differenza in altezza tra il punto di misura e il cuore Δh (segno + se il punto di misura e piu basso del cuore, segno - se e piu alto)

67 DI QUANTO SI ALTERA LA MISURA DELLA PRESSIONE CARDIACA A CAUSA DI Δh? Supponiamo una distanza tra il punto di misurazione e il cuore di 30 cm

68 Esercizio Per effettuare una terapia infusiva, a che altezza va sistemato il recipiente affinche il farmaco entri in una vena dove la pressione del sangue e 18 mmhg?

69 PRESSIONE IDROSTATICA DELL ACQUA SU UN CORPO IMMERSO Che pressione agisce su un oggetto immerso a profondita h?

70 PRINCIPIO DI ARCHIMEDE Un corpo immerso in un fluido riceve una spinta dal basso verso l alto pari al peso del liquido spostato

71 MOTO DI FLUIDI IDEALI Non viscosi, incomprimibili Condotti a pareti rigide non deformabili Moto stazionario: velocita costante punto per punto

72 PORTATA >> Unita di misura nel S.I.

73 PORTATA

74 EQUAZIONE DI CONTINUITA La massa di fluido che attraversa in un certo intervallo di tempo la sezione di un condotto e la stessa che passa in qualsiasi sezione nello stesso tempo

75 EQUAZIONE DI CONTINUITA : RAMIFICAZIONI DI UN CONDOTTO

76 EQUAZIONE DI BERNOULLI Si dimostra a partire dalla conservazione dell energia meccanica

77 APPLICAZIONE DELL EQUAZIONE DI BERNOULLI: ANEURISMA

78 APPLICAZIONE DELL EQUAZIONE DI BERNOULLI: STENOSI

79 Esercizio In un vaso sanguigno si forma un aneurisma dove la sezione aumenta del 15%. Si calcoli la conseguente variazione percentuale della velocita del sangue

80 Esercizio Si stimi la velocita del sangue in aorta

81 Esercizio Si stimi la velocita del sangue nei capillari

82 MOTO DI FLUIDI REALI

83 MOTO DI UN FLUIDO REALE Consideriamo un condotto orizzontale a sezione costante 1 2

84 COME CORREGGERE BERNOULLI? L equazione di Bernoulli esprime come detto la conservazione dell energia meccanica, ovvero (E meccanica ) 1 =(E meccanica ) s Nella realta l energia meccanica non si conserva Quindi tornando al condotto orizzontale a sezione costante

85 PERDITA DI CARICO E NECESSARIA UNA DIFFERENZA DI PRESSIONE Δp PER VINCERE LE FORZE DI ATTRITO E FAR SCORRERE FLUIDO IN UN CONDOTTO ORIZZONTALE A SEZIONE COSTANTE ALTRIMENTI DETTO, LE FORZE DI ATTRITO PORTANO ALLA CADUTA DELLA PRESSIONE IN UN CONDOTTO (PERDITA DI CARICO)

86 RESISTENZA IDRODINAMICA >> Unita di misura nel S.I.

87 PERCHE RESISTENZA?

88 Esercizio In un giovane atleta il cuore, generando una pressione media di 100 mmhg, fa circolare il sangue con una portata di 5 l/min. Calcolare la resistenza complessiva del circolo

89 VISCOSITA R contiene al suo interno la viscosita η R e proporzionale a η Condotto cilindrico >> Unita di misura nel S.I.

90 UNITA DI MISURA DELLA VISCOSITA >> Unita di misura nel S.I.

91 Esercizio Per l atleta dell esercizio precedente calcolare come cambia la pressione media se a causa di ecitropoietina la viscosita del sangue aumenta di 1/3

92 CIRCUITO IDRODINAMICO DEL SANGUE

93 CIRCUITO IDRODINAMICO DEL SANGUE Tra piccola e grande circolazione la portata e la stessa ma cambia la resistenza idrodinamica (maggiore lunghezza del condotto) Maggiori cadute di pressione nella grande circolazione (LA PRESSIONE NELLE VENE E MOLTO PIU BASSA CHE NELLE GRANDI ARTERIE) Maggiore lavoro del cuore sinistro Maggiore pressione in aorta che in arteria polmonare

94 FREQUENZA CARDIACA Numero di battiti (contrazioni ventricolari) al minuto

95 GITTATA SISTOLICA Volume di sangue immesso in aorta a ogni pulsazione Quanto vale in media?

96 IL SANGUE E VISCOSO, PERCHE?

97 REGIMI DI MOTO DI UN FLUIDO REALE

98 MOTO LAMINARE O TURBOLENTO?

99 MISURAZIONE DELLA PRESSIONE CARDIACA

100 MANOMETRI A MERCURIO

101 MANOMETRI A MERCURIO

102 TRASPORTO IN REGIME VISCOSO Si consideri un corpo in moto a velocita v in un fluido viscoso

103 CENTRIFUGA Si consideri un corpo sferico di densita ρ immerso in un liquido di densita ρ L e viscosita η

104 CENTRIFUGA

105 Esercizio Si determini la velocita di eritrosedimentazione

106 MECCANICA DELLA RESPIRAZIONE Anche i polmoni, come il sistema circolatorio, sono un sistema fluidodinamico: l aria si muove in un insieme di condotti arboriforme (trachea, bronchi, bronchioli, alveoli) Contrazioni delle fasce muscolari che agiscono sulla gabbia toracica provocano dilatazioni/compressioni Variazioni di pressione Ingresso e uscita di aria Aumenta il volume diminuisce la pressione Diminuisce il volume aumenta la pressione

107 SPIROMETRIA

108 CALORE E TEMPERATURA

109 Sensazione termica soggettiva Definizione oggettiva? TEMPERATURA

110 DILATAZIONE TERMICA

111 TEMPERATURA CELSIUS

112 TEMPERATURA ASSOLUTA

113 TEMPERATURA FARANHEIT

114 Esercizio Si trasformino 20 o Faranheit in gradi centigradi e Kelvin

115 TERMOMETRO CLINICO Basato sull equilibrio termico:

116 MECCANICA i costituenti microscopici di un corpo seguono le leggi introdotte moto d insieme (baricentro) TERMODINAMICA i costituenti microscopici si urtano casualmente e interagiscono reciprocamente moto casuale, descritto da leggi statistiche PARAMETRI MACROSCOPICI: p, V, T

117 TEMPERATURA: INTERPRETAZIONE MICROSCOPICA La temperatura di un corpo e legata al livello medio di agitazione termica della materia Particella di un corpo solido, liquido o gassoso: Energia cinetica U cin agitazione termica Energia potenziale U pot legami chimici Dalla combinazione di U cin e U pot risultano i vari stati di aggregazione della materia

118 STATI DI AGGREGAZIONE SOLIDO: U pot >> U cin particella ordinate in struttura regolare LIQUIDO: U pot ~ U cin le particelle fluiscono GAS: U pot << U cin le particella si muovono in tutte le direzioni

119 CAMBIAMENTI DI STATO SOLIDO: U pot >> U cin particella ordinate in struttura regolare Innalzando il livello termico aumenta U cin liquido (e viceversa) LIQUIDO: U pot ~ U cin le particelle fluiscono Innalzando il livello termico aumenta U cin gas (e viceversa) GAS: U pot << U cin le particella si muovono in tutte le direzioni

120 CALORE Nelle transizioni termiche viene scambiato calore Quando due corpi a temperature diverse sono messi a contatto viene trasferita energia termica dal corpo piu caldo al corpo piu freddo il corpo piu freddo guadagna U cin e quindi sale in temperatura In calore puo essere ceduto o assorbito >> Unita di misura nel S.I.

121 Gli scambi di energia non necessariamente implicano lavoro meccanico contatto tra corpi a temperatura diversa attrito corrente elettrica attraverso una resistenza reazioni chimiche

122 CAMBIAMENTI DI STATO CALORE LATENTE: non si manifesta attraverso una variazione di temperatura (i cambiamenti di stato avvengono a temperatura costante)

123 METABOLISMO

124 METABOLISMO Insieme delle reazioni biochimiche all interno dell organismo necessarie per il sostentamento delle funzioni vitali e per l attuazione di lavoro meccanico verso l esterno Alimenti Ossidazione L uomo e omeotermo ALIMENTAZIONE TERMOREGOLAZIONE

125 ALIMENTAZIONE L ossidazione delle sostanze organiche (carboidrati, proteine e grassi) libera energia Es. C 6 H 12 O 6 + 6O 2 6 CO H 2 O kcal

126 METABOLISMO BASALE Minimo consumo energetico richiesto dai processi vitali: funzione cardiaca, respiratoria, ghiandolare e nervosa tono muscolare mantenimento temperatura corporea

127 METABOLISMO ADDIZIONALE Lavoro muscolare Lavoro mentale Digestione TOTALE = BASALE + ADDIZIONALE ~ 2500 kcal/die

128 POTERE CALORICO Proteine/zuccheri: 4.1 kcal/g Grassi: 9.3 kcal/g Quanti grammi di zucchero soddisfano il fabbisogno metabolico totale di 2500 kcal

129 Esercizio Una persona a dieta svolge un attivita fisica normale consumando 2500 kcal/die mentre il suo regime alimentare e di sole 1500 kcal. Se la differenza e compensata dai soli grassi di riserva (1 g di grasso fornisce 9.3 kcal), di quanti kg calera in un mese?

130 TERMOREGOLAZIONE Perdita di calore dall epidermide Perdita di calore con vapore acqueo e aria espirata Evaporazione del sudore Bassa temperatura ambiente: vasocostrizione, pelle d oca, brividi Alta temperatura ambiente: vasodilatazione, sudore

131 Esercizio Il calore latente di evaporazione dell acqua a 37 o C vale 580 cal/g. Si determini quanto calore viene smaltito attraverso 10 g di sudore

132 DIFFUSIONE E OSMOSI

133 CONCENTRAZIONE

134 MOLE Quantita di una sostanza in grammi numericamente uguale al peso molecolare della sostanza stessa Quante molecole in una mole di una sostanza qualsiasi?

135 MEMBRANE Funzioni biologiche assorbimento ed eliminazione tramite membrane meccanismi di trasporto passivo (fisici) meccanismi di trasporto attivo (biochimici)

136 DIFFUSIONE LIBERA Le molecole sia del soluto sia del solvente in una soluzione sono animate dai moti disordinati di agitazione termica si muovono in ogni direzione in modo casuale Si consideri una soluzione con iniziale gradiente di concentrazione tra due compartimenti

137 OSMOSI Diffusione selettiva attraverso una membrana semipermeabile (permeabile al solvente ma non al soluto)

138 LEGGE DI VAN T OFF PER LE SOLUZIONI DILUITE

139 Esercizio Quanto vale la pressione osmotica di una soluzione di g di glucosio in 1 l di acqua?

140 OSMOSI NEI SISTEMI BIOLOGICI Molte membrane biologiche sono selettive pareti capillari e intestinali membrane alveolare membrana cellulare tubuli renali La diffusione di sostanze dipende dalla differenza di pressione idraulica e osmotica tra i due lati della parete

141 FLUSSI ATTRAVERSO I CAPILLARI PLASMA π 1 pressione osmotica nei capillari ENDOTELIO CAPILLARE LIQUIDO INTERSTIZIALE Le proteine del plasma non possono attraversare l endotelio capillare, permeabile solo ai cristalloidi (acidi, sali, basi) π 2 pressione osmotica nei tessuti p 1 pressione idraulica nei capillari p 2 pressione idraulica nei tessuti

142 FLUSSI ATTRAVERSO I CAPILLARI La differenza di pressione idraulica varia da 40-2=38 mmhg all estremita arteriosa del capillare a 15-2 = 13mmHg, all estremita venosa mentre quella di pressione osmotica e circa costante e dell ordine di mmhg lungo il capillare in media non vi e flusso netto di acqua e cristalloidi (sali, acidi, basi) in entrata e in uscita, ma vi e un flusso localizzato di fluidi in uscita dal capillare all estremita arteriosa e in ingresso al capillare all estremita venosa. Questa microcircolazione attorno al capillare consente il trasferimento di sostanze nutritive verso i tessuti e il richiamo di sostanze di scarto dai tessuti al sangue.

143 SOLUZIONI ISOTONICHE Le soluzioni iniettate per via endovenosa devono avere la stessa pressione osmotica del plasma (cioe essere isotoniche al plasma) SOLUZIONE SOLUZIONE +PLASMA LIQUIDO INTERSTIZIALE ipertonica π soluzione > π plasma avvizimento globuli rossi ipotonica π soluzione < π plasma rigonfiamento globuli rossi

144 INTERFACCIA LIQUIDO - GAS SOLUZIONE MISCELA DI GAS La concentrazione di un gas in una soluzione puo essere espressa in termini di pressione parziale che avrebbe il gas in una miscela gassosa in equilibrio diffusivo con la soluzione

145 SCAMBI GASSOSI NELL ORGANISMO

146 ELETTROMAGNETISMO

147 FENOMENI ELETTRICI E MAGNETICI Forze elettriche tengono legati gli elettroni in un atomo e gli atomi in una molecola determinandole proprieta chimiche di tutte le sostanze Elettroni Nucleo Nei sistemi biologici la forza elettrica interviene nella trasmissione degli impulsi nervosi, nella contrazione delle fibre muscolari, nei meccanismi di trasferimento cellulare

148 ENERGIA ELETTRICA L energia elettrica rappresenta una delle forme d'energia più comunemente e diffusamente utilizzate: basti pensare alla luce artificiale e agli elettrodomestici che sono presenti nelle nostre case.

149 Applicazioni mediche Diverse sono le apparecchiature mediche che utilizzano campi elettrici, magnetici e elettromagnetici (onde) a scopo diagnostico. ECG, EEG osservando le differenze di potenziale tra diverse parti del corpo si traggono informazioni sul funzionamento del cuore e del cervello La tomografia assiale computerizzata (Tac) si basa sull'utilizzo dei raggi X per ricostruire immagini tridimensionali grazie al computer. La risonanza magnetica utilizza campi magnetici e onde radio per produrre immagini tridimensionali degli organi. Tecniche di imaging come - Scintigrafia (SPECT) - PET sono basate sull uso di onde elettromagnetiche

150 CARICA ELETTRICA Tutto ciò che ha a che fare con l elettricità trae origine da una proprietà della materia chiamata carica elettrica. In natura esistono due tipi di carica elettrica: positiva e negativa. >> Unita di misura nel S.I. Coulomb [C] Cariche uguali si respingono, cariche opposte si attraggono. La carica elettrica non si crea ne si distrugge ma si trasferisce da un corpo all altro

151 ELETTRIZZAZIONE DEI CORPI Tale separazione di carica avviene per esempio quando sostanze dissimili vengono strofinate una contro l altra: se si strofina una bacchetta di vetro con un tessuto di seta, alcuni elettroni si trasferiscono dal vetro alla seta lasciando il vetro carico positivamente e la seta negativamente Altri esempi osservabili nella vita quotidiana: se si fa scorrere vigorosamente un pettine tra i capelli asciutti questi ultimi si elettrizzano se strofiniamo su della lana un oggetto di plastica, esso si carica elettricamente ed attira o respinge piccoli frammenti di carta.

152 DOVE SI TROVA LA CARICA ELETTRICA? Nel suo stato normale, un atomo contiene lo stesso numero di protoni e di elettroni, ed è quindi elettricamente neutro. Un atomo di ossigeno è costituito da un nucleo con 8 protoni e 8 neutroni intorno a cui orbitano 8 elettroni. La carica sua totale è quindi Q = 8x( C) + 8x( C) + 8x0 C = C C = 0 C

153 - q 1 INTERAZIONE TRA CARICHE - q 2 +q 1 Oggetti con carica dello stesso segno si respingono +q 2 - q 1 Oggetti con carica di segno opposto si attraggono + q 2 Questo vuol dire che oggetti carichi esercitano una forza l uno sull altro

154 FORZA DI COULOMB In analogia con la forza di gravitazione universale F g = G m 1m 2 r 2 MA la forza che agisce tra due cariche elettriche e molto piu intensa costante deve essere molto piu grande di G la forza che agisce tra due cariche elettriche e sia attiva sia repulsiva (attiva se le cariche hanno segno opposto, repulsiva se le cariche hanno lo stesso segno F Coulomb = k 0 q 1 q 2 r 2 con k 0 = N m 2 /C 2

155 CAMPO ELETTRICO Continuiamo l analogia con la forza di gravitazione universale: su un generico corpo di massa m nel CAMPO GRAVITAZIONALE TERRESTRE, cioe nel raggio di azione dell attrazione gravitazionale della Terra, la forza di gravitazione universale si esprime come visto in meccanica F peso = m g dove g esprime appunto il campo gravitazionale terrestre. Analogamente si dice che una carica q si trova in un CAMPO ELETTRICO, cioe una porzione di spazio sede di forze elettriche, quantificate da F el = q E

156 CORRENTE ELETTRICA Il moto ordinato di cariche elettriche all interno di un materiale è detto CORRENTE ELETTRICA. La corrente che scorre all'interno di un corpo non e' qualcosa che viene dall'esterno: sono le cariche elettriche contenute in quel corpo che si muovono. I >> Unita di misura nel S.I. Ampere [A=C/s]

157 CHE COSA VI RICORDA UN FILO PERCORSO DA CORRENTE? I

158 ANALOGIA CON LA FLUIDODINAMICA Il moto di fluido in un condotto e descritto dalla portata = volume fluido/tempo il moto di cariche in un conduttore e descritto dall intensita di corrente = carica/tempo A provocare il moto di fluido è la differenza di pressione Δp tra due punti in un condotto a provocare il moto di cariche e la differenza di potenziale ΔV tra due punti del circuito conduttore U.M. nel S.I. Volt [V] Resistenza idrodinamica R = Δp/Q Resistenza elettrica R = ΔV/i Lavoro delle forze di pressione L = p ΔV (lavoro cardiaco) Lavoro del potenziale elettrico L= q V Potenza L/t potenza elettrica P = q V/t = I V

159 CONDUZIONE ELETTRICA NEL CORPO UMANO Il corpo umano è un buon conduttore elettrico perché nei suoi liquidi vi è un elevata concentrazione di ioni. La resistenza offerta al passaggio di corrente dipende dai punti tra cui è applicata la tensione e dalle condizioni: la pelle secca è isolante (R=2kW), se bagnata conduce (R=2W). Il passaggio di corrente può sviluppare calore, soprattutto nei punti in cui la corrente esce ed entra dal corpo, e causare scottature e ustioni. Se la corrente attraversa la regione cardiaca possono prodursi eccitazioni che interferiscono con l attività di cuore e polmoni. Tempi di esposizione alla corrente brevi (< 1s) non sono in genere pericolosi.

160 Conduzione elettrica nel corpo umano Tempi di esposizione lunghi ad una corrente alternata con frequenza 50Hz possono dar luogo a: I ~ 1 ma ok 10 ma tetanizzazione dei muscoli 70 ma difficoltà di respirazione ma fibrillazione > 200 ma ustioni e blocco cardiorespiratorio Se assumiamo per il corpo umano una R=2kW (pelle asciutta) il contatto accidentale con la tensione alternata presente nelle nostre case darebbe luogo ad una corrente: Potenzialmente mortale Per questo nelle case ci sono dispositivi di messa a terra e un interruttore salvavita che controlla la corrente che circola nell impianto e interrompe il circuito in pochi ms se riscontra anomalie.

161 MAGNETISMO Il magnetismo è una delle proprietà fondamentali della materia. Alcune pietre (calamite naturali o magneti) si attraggono a vicenda ed attraggono materiali come il ferro o l acciaio. Un pezzo di acciaio temperato in presenza di un magnete acquista proprietà magnetiche che non perde neppure quando lo si separa dal magnete: diventa una calamita permanente.

162 LA TERRA E UNA GRANDE CALAMITA Un ago calamitato libero di girare intorno al suo centro (bussola) assume rispetto alla terra una posizione definita, orientandosi lungo la direzione nord-sud. L estremità dell ago che si orienta verso Nord si chiama Polo Nord del magnete. Analogamente è chiamata Polo Sud l estremità che si rivolge a Sud. Anche la Terra si comporta come una grande calamita

163 ONDE ELETTROMAGNETICHE Si può verificare sperimentalmente che un campo elettrico variabile nel tempo produce un campo magnetico un campo magnetico variabile nel tempo produce un campo elettrico Campo magnetico variabile genera campo elettrico questo campo elettrico è variabile e genererà un campo magnetico questo campo magnetico è variabile e genererà a sua volta un campo elettrico variabile Il Risultato è la produzione di un onda che si propaga nello spazio detta onda elettromagnetica.

164 ONDA Oscillazione ma... di che cosa? Oscillazione della posizione, velocità accelerazione di un mezzo materiale Oscillazione dei vettori campo elettrico e magnetico ONDA ELASTICA (esempio: onde del mare, onde sonore, onde lungo una corda vibrante) ONDA ELETTROMAGNETICA si propaga anche nel vuoto Se l oscillazione si ripete ad intervalli regolari l onda è detta periodica

165 Onde elastiche longitudinali ONDE SONORE Se di frequenza compresa tra 20 Hz e Hz suono udibile dall orecchio umano Sotto i 20 Hz infrasuoni Sopra i ultrasuoni Numerose applicazioni mediche, per esempio flussimetria Doppler e ecografia a ultrasuoni

166 Spettro elettromagnetico All aumentare della lunghezza d onda diminuiscono la frequenza e l energia

167 Spettro elettromagnetico Decadimenti nucleari Tubo a raggi X Corpi incandescenti Oscillatori, antenne

168 Spettro elettromagnetico Scintigrafia SPECT Radiologia TAC Radioterapia