1 Introduzione alla Fisica Medica

Introduzione alla Fisica Medica

• La fisica studia le proprietà e il comportamento dei sistemi materiali in interazione con l'ambiente, escludendo i cambiamenti nella loro composizione.
• L'universo fisico è suddiviso in tre parti: osservatore, oggetto e ambiente.
• Un argomento primo di studio è la dipendenza delle leggi fisiche dall'osservatore; la scelta dell'osservatore è un principio fondamentale della fisica stessa.

Il Metodo Scientifico

• Il metodo scientifico segue questi passi:
  • Osservazione di un fenomeno e misura delle grandezze fisiche coinvolte.
  • Elaborazione di un'ipotesi (rappresentazione del fenomeno).
  • Formulazione di una legge fisica (relazione matematica tra grandezze).
  • Verifica sperimentale e previsione del comportamento del fenomeno.
  • Controlli sperimentali per convalidare la previsione del fenomeno.
  • Rafforzamento o falsificazione, e successiva modifica, dell'ipotesi in base ai risultati.

Grandezze Fisiche

• Una grandezza fisica è una proprietà di un corpo o di un sistema misurabile sperimentalmente.
• Tutte le grandezze fisiche possono essere espresse in funzione di un insieme limitato di grandezze fondamentali.
• Un sistema di unità di misura definisce le grandezze fisiche fondamentali e le relative unità di misura.

Sistema Internazionale (SI)

• Il Sistema Internazionale (SI) è un sistema di unità di misura.
• Elenco delle grandezze fondamentali e relative unità di misura: Lunghezza (metro, m), Massa (chilogrammo, kg), Tempo (secondo, s), Intensità di corrente elettrica (ampere, A), Temperatura termodinamica (kelvin, K), Quantità di sostanza (mole, mol), Intensità luminosa (candela, cd).

Grandezze Derivat

• Sono grandezze ottenute dalle grandezze fondamentali
• Sono illustrate nelle tabelle a pagina 6

Multipli e sottomultipli

• I multipli e i sottomultipli delle unità di misura sono indicati con i prefissi, rappresentato nelle tabelle a pagina 7 .

Numeri in notazione scientifica

• La notazione scientifica è una forma di rappresentazione dei numeri, con esempi di traduzione nelle tabelle di pagina 8

Definizione delle unità di misura (CGPM)

• Definizione di secondo: durata di 9.192.631.770 periodi della radiazione corrispondente alla transizione fra i due livelli iperfini dello stato fondamentale dell'atomo di cesio 133
• Definizione di metro: lunghezza del tragitto percorso dalla luce nel vuoto in un intervallo di 1/299 792 458 di secondo
• Definizione di kilogrammo: massa del prototipo internazionale del kilogrammo
• Definizione di kelvin: frazione 1/273,16 della temperatura termodinamica del punto triplo dell'acqua
• Definizione di mole: quantità di sostanza di un sistema che contiene tante entità elementari quanti sono gli atomi in 0,012 kg di carbonio-12
• Definizione di ampere: intensità di una corrente elettrica costante che, mantenuta in due conduttori paralleli,
• Definizione di candela: intensità luminosa in una data direzione di una sorgente che emette radiazione monocromatica di frequenza 540×10¹² hertz

I vettori

• Le grandezze vettoriali sono definite da modulo, direzione e verso.
• La notazione per i vettori usa una freccia sopra il simbolo della grandezza (es., a).
• I vettori uguali hanno lo stesso modulo, la stessa direzione e lo stesso verso, indipendentemente dal punto di applicazione.
• I vettori opposti hanno lo stesso modulo, la stessa direzione e verso opposto.

Somma e differenza di vettori

• La somma di vettori si ottiene con la regola del parallelogramma.
• La differenza di vettori si ottiene con la regola del parallelogramma combinata con il concetto di vettore opposto.

Moltiplicazione e divisione di un vettore per uno scalare

• Moltiplicando o dividendo un vettore per uno scalare, si modifica solo il modulo del vettore, mantenendo invariata la direzione.

Prodotto scalare di due vettori

• Il prodotto scalare di due vettori è dato dal prodotto dei loro moduli e dal coseno dell'angolo compreso tra loro. Un esempio è il calcolo del lavoro.

Prodotto vettoriale di due vettori

• Il prodotto vettoriale di due vettori è un vettore perpendicolare al piano definito dai due vettori, determinato dalla regola della mano destra.

Regola della mano destra

• Questa regola è usata per determinare la direzione del prodotto vettoriale.

Meccanica

• La meccanica studia il moto e l'equilibrio dei sistemi fisici.
• È suddivisa in Meccanica classica, Meccanica Relativistica e Meccanica Quantistica.
• La meccanica classica si suddivide in Cinematica (studio del moto), Statica (studio delle condizioni d'equilibrio) e Dinamica (studio del moto in relazione alle forze).

Cinematica

• La cinematica studia il moto dei corpi senza considerare le cause del moto.
• La posizione di un corpo rispetto a un sistema di riferimento è una grandezza vettoriale.
• Il moto è determinato dalla legge oraria, che descrive la posizione del corpo in funzione del tempo.
• La traiettoria è la linea che descrive il percorso del punto materiale nel tempo.
• La velocità è data dal rapporto tra lo spostamento e l'intervallo di tempo; la velocità istantanea è la velocità in un particolare punto del tempo.

Velocità media e istantanea

• La velocità media in un intervallo di tempo è data dal rapporto tra lo spostamento totale e l'intervallo di tempo totale.
• La velocità istantanea è la derivata dello spazio rispetto al tempo in un dato istante.

Moto rettilineo

• Il moto rettilineo è un moto in cui il corpo si muove lungo una linea retta.

Moto rettilineo uniforme

• Il moto rettilineo uniforme è un moto in cui la velocità è costante nel tempo.
• La legge oraria del moto rettilineo uniforme è descritta da un'equazione lineare (s = vt + s₀, dove v = velocità, t = tempo, s = spazio e s₀ = posizione iniziale).

Moto rettilineo uniformemente accelerato

• Il moto rettilineo uniformemente accelerato è un moto in cui l'accelerazione è costante nel tempo.
• La legge oraria del moto rettilineo uniformemente accelerato è descritta dall'equazione s = v₀t + 1/2at², dove v₀ = velocità iniziale, a = accelerazione, t = tempo e s = spazio.
• Moto di caduta dei gravi.
• Lancio verticale di un corpo.

Moto circolare uniforme

• Il moto circolare uniforme è un moto di un punto che percorre una circonferenza ad una velocità costante.
• La velocità angolare ω e la velocità lineare v dei corpi in moto circolare sono correlate da v =ωr
• L'accelerazione centripeta del moto circolare uniforme è data da a = v² / r = ω² r

Esercizi

Esistono diversi esempi di esercizi nelle pagine evidenziati con i numeri di pagina.