ANNO ACCADEMICO 2013-2014 UNIVERSITA DEGLI STUDI DI TERAMO FACOLTA DI MEDICINA VETERINARIA CORSO DI FISICA MEDICA CFU 5 DURATA DEL CORSO : ORE 35 DOCENTE PROF.DOMENICO DI DONATO 1
Indicazioni generali FINALITA DEL CORSO Ampliare il processo di preparazione scientifica e culturale dell allievo. Costituire una solida base per una futura preparazione sia polivalente che flessibile. Aumentare il valore della conoscenza del mondo naturale circostante. Sollecitare l interesse per le problematiche scientifiche. Concorrere alla formazione della personalità dell allievo. Favorire lo sviluppo di una cultura tale da consentire una comprensione critica e propositiva della realtà. OBIETTIVI GENERALI Conoscere i contenuti prescrittivi previsti dal programma. Saper osservare, descrivere ed analizzare fenomeni appartenenti alla realtà naturale ed artificiale. Saper analizzare qualitativamente e quantitativamente i fenomeni e collegarli logicamente con le conoscenze acquisite. Promuovere le capacità logiche ed intuitive. Abituare ad una rielaborazione ed esposizione chiara e corretta con l uso del linguaggio specifico. Saper comprendere la validità e i limiti di un modello opportunamente elaborato. Saper comprendere il rapporto esistente tra la fisica e la tecnologia. Saper analizzare un fenomeno individuandone la collocazione all interno dell ambito disciplinare. Saper evidenziare le leggi che possono interpretare un fenomeno fisico. Sviluppare e perfezionare la capacità di analisi, sintesi ed rielaborazione personale. Applicare le conoscenze, le competenze e le capacità per risolvere situazioni problematiche. Conoscere un insieme organico di contenuti finalizzati ad una adeguata interpretazione dei fenomeni naturali. Conoscere le ipotesi scientifiche più accreditate. Conoscere le definizioni delle grandezze fisiche fondamentali. Conoscere le leggi fondamentali della fisica. Collegare le conoscenze acquisite con i fenomeni osservati nella realtà quotidiana. Definire concetti in modo operativo. Gli allievi alla fine del corso devono essere in grado di: Utilizzare correttamente tecniche e procedure di calcolo. Rilevare la coerenza fra l ipotesi e il risultato. Riconoscere le grandezze fisiche che caratterizzano i fenomeni esprimendone la misura nel sistema internazionale ed effettuando conversioni di unità di misura. Individuare sulla base della semplice osservazione le grandezze fisiche utili per la descrizione di un fenomeno formulando ipotesi circa le relazioni che intercorrono fra esse. 2
Rappresentare le leggi fisiche utilizzando gli opportuni metodi di rappresentazione individuando il tipo di relazione che lega le grandezze fisiche che definiscono la legge. Applicare leggi fisiche e definizioni per ricavare le grandezze incognite di un problema. Analizzare un fenomeno riuscendo ad individuarne gli elementi significativi, le relazioni, i dati superflui, quelli mancanti e prospettarne soluzioni. Analizzare dati e ricavare informazioni significative da tabelle e grafici. Operare con il simbolismo matematico-fisico utilizzando metodi e strumenti idonei. Capacità: Trasformare un numero passando dalla scrittura decimale alla notazione scientifica e viceversa. Riconoscere l ordine di grandezza di una misura. Collegare i prefissi indicati nel Sistema Internazionale per esprimere i multipli e i sottomultipli delle grandezze fondamentali con il corrispondente ordine di grandezza. Risolvere problemi semplici. Saper applicare un metodo di lavoro efficace, controllando tempi e contenuti dell argomento di studio. Saper comunicare, acquisire e interpretare informazioni. Saper utilizzare in modo proficuo il libro di testo e gli altri strumenti didattici. L alunno inoltre, dovrà essere in grado di: utilizzare correttamente tecniche e procedure di calcolo, algebriche e geometriche; possedere un adeguata conoscenza dei termini tecnici e saperli usare correttamente; saper analizzare e raccogliere gli elementi significativi di un fenomeno per acquisire dati ed elaborarli; saper utilizzare il metodo sperimentale; valutare l incertezza legata alla misura (collegamento con il corso di statistica) PREREQUISITI DI MATEMATICA: Si richiedono essenzialmente le conoscenze di matematica acquisite nella scuola superiore di secondo grado, in particolare l algebra di base e la geometria analitica ( retta, parabola, circonferenza, iperbole, ecc). Le rappresentazioni grafiche e le funzioni fondamentali: logaritmiche ed esponenziali. Per quanto riguarda il calcolo differenziale le semplici operazioni con i limiti, le derivate e gli integrali. VALUTAZIONE (tipologia dell esame) La valutazione non avrà l obiettivo di produrre una selezione degli allievi ma quello di verificare i processi di apprendimento durante lo svolgimento del corso; accertare l eventuale acquisizione o meno di abilità trasversali rispetto ad altre discipline (matematica, statistica, informatica); l acquisizione di un metodo di lavoro. Gli allievi saranno sottoposti a verifiche formative proposte in itinere ( test a risposta chiusa e semplici problemi) anche allo scopo di colmare eventuali carenze; a valutazioni conclusive, sintetiche, che tenderanno ad accertare, oltre alle conoscenze e la capacità espositiva, anche le competenze acquisite e le capacità maturate..gli elementi che si prenderanno in considerazione sono: Situazione di partenza Grado di comprensione Grado di impegno ed interesse mostrati 3
Capacità di elaborazione dell informazione Capacità di intuizione, deduzione, analisi e sintesi Rielaborazione personale Ordine e precisione nel lavoro personale e nelle eventuali verifiche scritte Padronanza del linguaggio specifico Conoscenze disciplinari Risultati raggiunti in relazione agli obiettivi stabiliti Presenza alle lezioni SPAZI E STRUMENTI Le lezioni si svolgeranno in un aula dotata di proiettore ( diapositive in power point). Gli strumenti utilizzati saranno i libri di testo consigliati, testi di biblioteca, sussidi audiovisivi, articoli da quotidiani o riviste specializzate, software per simulazioni di esperienze di fisica (applet java). METODOLOGIA DIDATTICA Lezione frontale per affrontare in modo rigoroso e puntuale gli argomenti. Lezione partecipata per stimolare negli allievi la formazione di un attività di ricerca dei concetti matematici. Esercitazione collettiva e/o individuale. Interventi didattici che favoriscano il recupero in itinere. UNITA DIDATTICA N 1 PREREQUISITI: MECCANICA Risoluzione di equazioni di primo e secondo grado; sistemi di equazioni; geometria dei triangoli; geometria analitica; sistemi di equazioni di primo e secondo grado. Goniometria e trigonometria. ARGOMENTO N 1: Cinematica Conoscenza della nozione di moto. Conoscere la differenza tra traiettoria e spostamento di un punto materiale. Conoscere la definizione di velocità scalare e vettoriale, di accelerazione. Saper individuare un moto rettilineo uniforme, e un moto uniformemente accelerato. Conoscere le grandezze fondamentali del moto circolare uniforme. Saper descrivere le caratteristiche del moto circolare uniforme (velocità tangenziale e accelerazione centripeta) e del moto parabolico. Distinguere le grandezze scalari dalle grandezze vettoriali. Sommare graficamente due vettori. Calcolare graficamente la differenza tra due vettori. Scomporre graficamente un vettore rispetto ad una coppia di direzioni assegnate. Saper calcolare la velocità a partire da dati di spazio e tempo. Determinare il valore della velocità istantanea in un grafico spazio-tempo. Saper risolvere semplici problemi nella caduta dei gravi, nel moto circolare uniforme e nel moto parabolico. 4
CINEMATICA Grandezze scalari e vettoriali Posizione di un corpo. Sistemi di riferimento. Spostamento. Traiettoria. Leggi orarie. Moto rettilineo uniforme Variazione della velocità. Accelerazione media. Moto uniformemente accelerato Moto circolare uniforme. Argomento N 2: Statica L equilibrio di un oggetto puntiforme. L equilibrio su un piano inclinato. Il momento delle forze. Le coppie di forze. Le leve e il baricentro. Individuare le forze (forza-peso, forza di attrito statico e dinamico, forza di reazione vincolare, forza elastica) agenti su un oggetto, specificandone la direzione, il verso e intensità. Determinare la risultante delle forze agenti su un oggetto puntiforme mediante l applicazione grafica della regola del parallelogrammo e/o mediante la scomposizione grafica delle forze agenti lungo direzioni opportune. Scomporre la forza-peso agente su un oggetto appoggiato su un piano inclinato lungo la direzione parallela e perpendicolare al piano stesso mediante la similitudine dei triangoli e/o l uso delle funzioni seno e coseno. Saper individuare i vari tipi di leve con riferimento al corpo umano. Saper calcolare il momento di una coppia di forze. STATICA Le forze Composizione e scomposizione di forze: regola del parallelogramma Equilibrio dei corpi, stato di quiete Statica dei corpi rigidi Il momento di una forza Le leve Argomento N 3: Dinamica Tipologie di forze. Conoscere i fenomeni relativi all elasticità dei corpi, conoscere il principio di funzionamento di un dinamometro. Le operazioni sulle forze. La forza peso, la forza elastica e la forza di attrito. Impulso e quantità di moto. Il lavoro e il principio di conservazione dell energia. Riconoscere il ruolo delle forze nel cambiamento di velocità o nella deformazione dei corpi.. Calcolare l intensità della forza o l accelerazione o la massa note le altre due grandezze. Studiare il moto di un corpo sotto l azione di una forza risultante costante: moto di caduta libera con velocità 5
iniziale nulla, moto lungo un piano inclinato senza e con attrito. Il lavoro meccanico e la legge di conservazione dell'energia meccanica. Utilizzare l esperienza sul comportamento elastico di una molla per stabilire la proporzionalità diretta tra l intensità della forza elastica e la corrispondente deformazione della molla. Distinguere tra l intensità presentata dalla forza di attrito statico e il valore massimo raggiungibile da tale intensità. Individuare la forza premente da cui dipende la forza di attrito statico e dinamico. Distinguere la massa e il peso di un oggetto. Calcolare il lavoro compiuto da una forza costante. Calcolare la potenza impiegata nello svolgimento di un lavoro meccanico. Calcolare l energia cinetica e l energia potenziale gravitazionale in prossimità della superficie terrestre. Ricavare la variazione di energia cinetica di un corpo in relazione al lavoro svolto dalla forza applicata su di esso. Saper applicare il principio di conservazione dell impulso e della quantità di moto. Utilizzare la legge di conservazione dell'energia meccanica per prevedere il moto di un corpo lungo una discesa curvilinea. DINAMICA I principi della dinamica Impulso e quantità di moto Lavoro di una forza Potenza Energia cinetica Energia potenziale Energia elastica Conservazione dell energia UNITA DIDATTICA N 2 PREREQUISITI: I FLUIDI Equilibrio dei corpi rigidi; densità dei corpi; conservazione dell energia meccanica. Forze conservative e non conservative. ARGOMENTO N 1 : Statica dei fluidi Conoscere le differenze tra gli stati della materia. Conoscere il concetto di pressione. Conoscere le leggi relative alla pressione nei fluidi (Pascal, Stevino, Torricelli). Conoscere il principio di Archimede. Conoscere l andamento della pressione atmosferica al variare dell altitudine. Conoscere il significato di tensione superficiale. La legge di Laplace. Conoscere il fenomeno della capillarità. Saper riconoscere le caratteristiche fisiche dei fluidi. Saper utilizzare ed applicare la legge di Stevino e il principio di Archimede. Saper calcolare la pressione atmosferica. Saper misurare la pressione arteriosa. Saper calcolare le equivalenze nelle diverse unità di misura. Saper dare una definizione operativa della tensione superficiale. Saper dimostrare la legge di Laplace. 6
STATICA DEI FLUIDI Pressione idrostatica Principio di Pascal Legge di Stevino Esperienza di Torricelli La tensione superficiale ARGOMENTO N 2 : Dinamica dei fluidi Conoscere le caratteristiche della materia nello stato liquido o aeriforme. Conoscere il modello per lo studio dei fluidi lungo un condotto. Conoscere il concetto di flusso. Fluidi ideali e reali. Conoscere l andamento della velocità delle particelle in un fluido in movimento (equazione di continuità nei fluidi ideali). Conoscenza della grandezza fisica viscosità. Conoscere le caratteristiche del moto laminare. Conoscere il fenomeno della sedimentazione e le relazioni necessarie per il calcolo. Conoscere l equazione di Benoulli,l equazione di Poiseuille e il teorema di Torricelli. Saper applicare il teorema di continuità. Saper dimostrare e applicare il teorema di Bernoulli. Saper dimostrare il fenomeno della sedimentazione naturale. Saper applicare il teorema di Torricelli. DINAMICA DEI FLUIDI Rappresentazione di un modello per i fluidi ideali in movimento Concetto di flusso Grandezze che caratterizzano un fluido: velocità, incomprimibilità, viscosità Equazione di continuità Equazione di Bernoulli Teorema di Torricelli Il moto dei fluidi viscosi La sedimentazione ( moto dei corpi nei fluidi viscosi) Legge di Poiseuille. UNITA DIDATTICA N 3 TERMODINAMICA Il concetto di equilibrio termico. Conoscere la definizione di temperatura e calore. Conoscere il principio di funzionamento del termometro e le diverse scale termometriche. Calore specifico di un corpo. Equivalente meccanico della caloria. Conoscere la relazione che lega l energia cinetica e la temperatura di un gas. Conoscere il teorema di equipartizione dell energia. Conoscre i calori specifici dei gas. Saper enunciare la legge della dilatazione termica, conoscere il comportamento anomalo dell acqua. Conoscere le principali modalità di propagazione del calore (conduzione, 7
convezione, irragiamento). Concetto di calore latente. Cambiamenti di stato. Conoscere il significato di trasformazione termodinamica. Trasformazioni reversibili e irreversibili. Conoscere le leggi dei gas perfetti (Boyle, leggi di Gay-Lussac). Il lavoro e le trasformazioni termodinamiche. I principi della termodinamica. Conoscere il concetto di macchina termica e del suo rendimento. Ciclo di Carnot. Saper trasformare le temperature da una scala termometrica ad un altra. Calcolare la quantità di calore scambiato tra due corpi e la temperatura di equilibrio. Saper calcolare il calore che attraversa un corpo per conduzione. Saper calcolare il calore disperso per irraggiamento. Saper calcolare i calori specifici di un gas. Saper calcolare le grandezze termodinamiche (pressione, volume e temperatura) nelle trasformazioni isoterme, isobare, isocore e adiabatiche. Utilizzare i principi della termodinamica per risolvere problemi. TERMODINAMINCA Scale termometriche (Celsius, Kelvin), temperatura assoluta Calore specifico La dilatazione termica lineare Le trasformazioni termodinamiche (isoterme, isobare, isocore e adiabatiche) L equazione di stato dei gas Trasmissione del calore ( conduzione convezione irraggiamento) Calore latente e cambiamenti di stato Il lavoro nelle trasformazioni termodinamiche Primo e secondo principio della termodinamica La macchina di Carnot e rendimento UNITA DIDATTICA N 4 ELETTROMAGNETISMO E OTTICA Argomento 1: Campo elettrico Obiettivi -Contenuti Conoscenza della legge di Coulomb, della rappresentazione del campo mediante linee di forza, dei fenomeni riguardante l elettrizzazione dei corpi. Saper risolvere semplici problemi sul moto di cariche in un campo elettrico. Cogliere le analogie e le differenze tra forza gravitazionale e forza elettrica Cariche elettriche Legge di Coulomb Campo elettrico Analogie e differenze col campo gravitazionale Teorema di Gauss Campi elettrici per particolari distribuzioni di cariche Potenziale elettrico Moto di cariche elettriche in un campo elettrico 8
Argomento 2: I condensatori Obiettivi -Contenuti Conoscenza del concetto di capacità di un conduttore e di un condensatore. Saper risolvere semplici problemi su sistemi di condensatori comunque collegati. Condensatori Capacità di un condensatore Condensatori in serie e in parallelo Carica di un condensatore Argomento 3: La corrente nei conduttori solidi Obiettivi -Contenuti Saper indicare gli elementi essenziali di un circuito elettrico, applicare correttamente le leggi riguardante il passaggio della corrente in sostanze e mezzi diversi. Conoscere le leggi di Ohm e i principi di Kirchoff. Saper definire e risolvere semplici circuiti elettrici. (Cogliere l importanza dell argomento per le notevoli applicazioni tecniche derivate). La corrente elettrica Leggi di Ohm Circuiti elettrici Effetto Joule Argomento 4: Elettromagnetismo Obiettivi -Contenuti Conoscere il campo magnetico e gli effetti prodotti su di una corrente. Conoscere il principio di funzionamento degli strumenti elettrici. Conoscere la forza di Lorentz, le esperienze di Faraday sulle correnti indotte e le leggi relative. Conoscere le onde elettromagnetiche. Campo magnetico Campo magnetico generato da corrente elettrica. Spira e solenoide Permeabilità magnetica Forza di Lorentz Moto di una carica elettrica in un campo magnetico Esperienza di Faraday sulle correnti indotte Leggi di Faraday-Neumann e di Lentz Argomento 5: Ottica Obiettivi -Contenuti Conoscere i modi con cui la luce interagisce con la materia Significato di indice di rifrazione di una sostanza Concetto di distanza focale Conoscere il comportamento dei raggi luminosi negli specchi Lenti convergenti e divergenti Definizione di ingrandimento verticale Equazione dei punti coniugati 9
La riflessione totale Saper costruire l immagine di un oggetto Calcolare l ingrandimento lineare L occhio e i difetti visivi Schema di un microscopio OBIETTIVI MINIMI DEL CORSO Acquisire una conoscenza di base dei contenuti disciplinari. Conoscere le definizione delle grandezze fisiche più importanti. Conoscere gli enunciati dei più importanti teoremi e delle leggi fondamentali. Esporre in maniera accettabile i più importanti teoremi. Saper risolvere semplici problemi. Saper usare un lessico scientifico appropriato. 10