Medical Physics Notes PDF - Al- Kunooze University College

Al- Kunooze University College (KUC) Department of Dentistry Medical physics Dr. salah abdul –jabbar jassim 4/26/2024 1 Al- Kunooze University College (KUC) Department of Dentistry Medical physic...

Al- Kunooze University College (KUC) Department of Dentistry Medical physics Dr. salah abdul –jabbar jassim 4/26/2024 1 Al- Kunooze University College (KUC) Department of Dentistry Medical physics Dr. salah abdul –jabbar jassim 4/26/2024 1 1 26/04/2024 ‫ صالح عبد الجبار جاسم‬.‫كلية الكنوز الجامعية قسم طب األسنان الفيزياء الطبية د‬ @xFxBot ‫) | ُترجمت بواسطة‬1( ‫صفحة‬ References Text book(1) : Physics in Biology and Medicine, by Paul Davidovits Text book(2) : Physics of the body, by John Cameron Text book(3 ) : Medical Physics, Lectures in General Physics for Medical Sciences Students By Hasan Maridi 4/26/2024 2 References Text book(1) : Physics in Biology and Medicine, by Paul Davidovits Text book(2) : Physics of the body, by John Cameron Text book(3 ) : Medical Physics, Lectures in General Physics for Medical Sciences Students By Hasan Maridi 4/26/2024 2 ‫ بقلم‬،‫ فيزياء الجسم‬: )2(‫ بقلم بول دافيدوفيتس الكتاب النصي‬،‫ الفيزياء في األحياء والطب‬: )1(‫المراجع الكتاب النصي‬ ‫ محاضرات في الفيزياء العامة لطلبة العلوم الطبية بقلم حسن مريدي‬،‫ الفيزياء الطبية‬: )3(‫جون كاميرون الكتاب النصي‬ 2 26/04/2024 @xFxBot ‫) | ُترجمت بواسطة‬2( ‫صفحة‬  introduction 4/26/2024 3 ‫‪introduction 4/26/2024 3‬‬ ‫مقدمة ‪3 26/04/2024‬‬ ‫صفحة (‪ُ | )3‬ترجمت بواسطة ‪@xFxBot‬‬ What is medical physics 1- Medical physics refers to two major areas. The application of physics principles to understanding physical aspect of the body such as ; forces on and in the body, work, energy, power of the body, heat ,blood flow, respiration, electricity, circulation and hearing. 2- The applications of physics in instrumentation used in diagnosis such as (Stethoscope , blood pressure, thermometer ,X- Ray , Magnetic Resonance Imaging (MRI), Optics, Laser) and therapy such as (Radiotherapy ,Ultrasound , Laser, …..) 4/26/2024 4 What is medical physics 1- Medical physics refers to two major areas..‫ تشير الفيزياء الطبية إلى مجالين رئيسيين‬-1 ‫ما هي الفيزياء الطبية‬ The application of physics principles to understanding physical aspect of the body such as ; forces on and in the body, work, energy, power of the body, heat ,blood flow, respiration, electricity, circulation and hearing. ،‫ الحرارة‬،‫ قوة الجسم‬،‫ الطاقة‬،‫ العمل‬،‫تطبيق مبادئ الفيزياء لفهم الجانب المادي للجسم مثل؛ القوى المؤثرة في الجسم وفيه‬.‫ والسمع‬،‫ الدورة الدموية‬،‫ الكهرباء‬،‫ التنفس‬،‫تدفق الدم‬ 2- The applications of physics in instrumentation used in diagnosis such as (Stethoscope , blood pressure, thermometer ,X- Ray , Magnetic Resonance Imaging (MRI), Optics, Laser) and therapy such as (Radiotherapy ,Ultrasound , Laser, …..) 4/26/2024 4 ،‫ األشعة السينية‬،‫ ميزان الحرارة‬،‫ ضغط الدم‬،‫ تطبيقات الفيزياء في األجهزة المستخدمة في التشخيص مثل (السماعة‬-2 ،‫ الموجات فوق الصوتية‬،‫ الليزر) والعالج مثل (العالج اإلشعاعي‬،‫ البصريات‬،)MRI( ‫التصوير بالرنين المغناطيسي‬ 4 26/04/2024 )..… ،‫الليزر‬ @xFxBot ‫) | ُترجمت بواسطة‬4( ‫صفحة‬ The International System of Units Seven physical quantities have been selected as base quantities in the 14th General Conference on Weights and Measurements, held in France in 1971. These quantities form the basis of the International System of Units, abbreviated SI (from its French name Système International) and popularly known as the metric system. Table 1 depicts these quantities, their unit names, and their unit symbols. 4/26/2024 5 The International System of Units Seven physical quantities have been selected as base quantities in the 14th General Conference on Weights and Measurements, held in France in 1971. ‫النظام الدولي للوحدات تم اختيار سبع كميات فيزيائية ككميات أساسية في المؤتمر العام الرابع عشر لألوزان والمقاييس‬.1971 ‫الذي عقد في فرنسا عام‬ These quantities form the basis of the International System of Units, abbreviated SI (from its French name Système International) and popularly known as the metric system. )Système International ‫ (من اسمه الفرنسي‬SI ‫ والمختصر‬،‫تشكل هذه الكميات أساس النظام الدولي للوحدات‬.‫والمعروف شعبًيا بالنظام المتري‬ Table 1 depicts these quantities, their unit names, and their unit symbols..‫ هذه الكميات وأسماء وحداتها ورموز وحداتها‬1 ‫ويوضح الجدول‬ @xFxBot ‫) | ُترجمت بواسطة‬5( ‫صفحة‬ The International System of Units Many SI derived units are defined in terms of the first three quantities of Table 1 For example, the SI unit for force, called the newton (abbreviated N), is defined in terms of the base units of mass, length, and time. Thus, as we will see from the study of Newton’s second law, the unit of force is given by: 1 N = 1 kg.m/s2 4/26/2024 6 The International System of Units Many SI derived units are defined in terms of the first three quantities of Table 1 For example, the SI unit for force, called the newton (abbreviated N), is defined in terms of the base units of mass, length, and time..1 ‫ من حيث الكميات الثالث األولى من الجدول‬SI ‫النظام الدولي للوحدات يتم تعريف العديد من الوحدات المشتقة من نظام‬ ‫ من حيث الوحدات األساسية للكتلة والطول‬،)N ‫ والتي تسمى نيوتن (مختصر‬،‫ للقوة‬SI ‫ يتم تعريف وحدة‬،‫على سبيل المثال‬.‫ و الوقت‬، Thus, as we will see from the study of Newton’s second law, the unit of force is given by: 1 N = 1 kg.m/s2 4/26/2024 6 2‫ث‬/‫م‬.‫ كجم‬N = 1 1 :‫وهكذا كما سنرى من دراسة قانون نيوتن الثاني فإن وحدة القوة تعطى بالصيغة التالية‬ 6 2024/04/26 @xFxBot ‫) | ُترجمت بواسطة‬6( ‫صفحة‬ Table 1 The seven independent SI base units Quantity Unit name Unit symbol Length Meter m Time Second s Mass Kilogram kg Temperature Kelvin K Electric current Ampere A Amount of substance Mole mol. Luminous intensity Candela cd 4/26/2024 7 Table 1 The seven independent SI base units Quantity Unit name Unit symbol Length Meter m Time Second s Mass Kilogram kg Temperature Kelvin K Electric current Ampere A Amount of substance Mole mol. ‫ الوحدات األساسية السبعة المستقلة في النظام الدولي للوحدات الكمية اسم الوحدة رمز الوحدة الطول متر متر زمن‬1 ‫جدول‬.‫ كمية المادة مول مول‬A ‫ تيار كهربائي أمبير‬K ‫ثانية كتلة كيلوجرام كجم درجة حرارة كلفن‬ Luminous intensity Candela cd 4/26/2024 7 7 26/04/2024 ‫شدة االضاءة كانديال سي دي‬ @xFxBot ‫) | ُترجمت بواسطة‬7( ‫صفحة‬ The International System of Units An additional convenient way to deal with very large or very small numbers in physics is to use the prefixes listed in Table 2. Each one of these prefixes represents a certain power of 10. 4/26/2024 8 The International System of Units An additional convenient way to deal with very large or very small numbers in physics is to use the prefixes listed in Table 2. ‫النظام الدولي للوحدات هناك طريقة إضافية مالئمة للتعامل مع األعداد الكبيرة جًدا أو الصغيرة جًدا في الفيزياء وهي‬.2 ‫استخدام البادئات المدرجة في الجدول‬ Each one of these prefixes represents a certain power of 10..10 ‫تمثل كل واحدة من هذه البادئات قوة معينة قدرها‬ @xFxBot ‫) | ُترجمت بواسطة‬8( ‫صفحة‬  table 2 4/26/2024 9 ‫‪table 2‬‬ ‫الجدول ‪2‬‬ ‫صفحة (‪ُ | )9‬ترجمت بواسطة ‪@xFxBot‬‬  example Accordingly, we can express a particular magnitude of force as: 1.23 × 106 N = 1.23 mega newtons = 1.23 MN or a particular time interval as: 1.23 × 10−9 = 1.23 nano seconds = 1.23 ns 4/26/2024 10 example Accordingly, we can express a particular magnitude of force as: 1.23 × 106 N = 1.23 mega newtons = 1.23 MN or a particular time interval as: 1.23 × 10−9 = 1.23 nano seconds = 1.23 ns 4/26/2024 10 1.23 = ‫ ميجا نيوتن‬N = 1.23 106 × 1.23 :‫ يمكننا التعبير عن مقدار معين من القوة على النحو التالي‬،‫مثال وفًقا لذلك‬ ns 26/04/2024 10 1.23 = ‫ نانو ثانية‬1.23 = 9−10 × 1.23 :‫ أو فاصل زمني معين على النحو التالي‬MN @xFxBot ‫) | ُترجمت بواسطة‬10( ‫صفحة‬  conventional unit system In addition to SI, another system of units, the British engineering system (sometimes called the conventional system), is still used in the United States. In this system, the units of length, mass, and time are the foot (ft), slug, and second, respectively. In this text we shall use SI units because they are almost universally accepted in science and industry. 4/26/2024 11 conventional unit system In addition to SI, another system of units, the British engineering system (sometimes called the conventional system), is still used in the United States. ‫ وهو النظام الهندسي‬،‫ ال يزال نظام آخر من الوحدات‬،)SI( ‫نظام الوحدات التقليدي باإلضافة إلى نظام الوحدات الدولي‬.‫ مستخدًم ا في الواليات المتحدة‬،)‫البريطاني (يسمى أحياًنا النظام التقليدي‬ In this system, the units of length, mass, and time are the foot (ft), slug, and second, respectively..‫ على التوالي‬،‫ والثانية‬،‫ والبزاقة‬،)‫ وحدات الطول والكتلة والوقت هي القدم (قدم‬،‫في هذا النظام‬ In this text we shall use SI units because they are almost universally accepted in science and industry..‫) ألنها مقبولة عالمًيا تقريًبا في العلوم والصناعة‬SI( ‫في هذا النص سوف نستخدم وحدات النظام الدولي‬ @xFxBot ‫) | ُترجمت بواسطة‬11( ‫صفحة‬ Defination DENSITY A property of any substance is its density (Greek letter rho), defined as the amount of mass contained in a unit volume, which we usually express as mass per unit volume 𝑚 𝜌= 𝑉 For example, aluminum has a density of 2.70 g/𝑐𝑚3 , and lead has a density of 11.3 g/𝑐𝑚3. 4/26/2024 12 Defination DENSITY A property of any substance is its density (Greek letter rho), defined as the amount of mass contained in a unit volume, which we usually express as mass per unit volume 𝜌 = 𝑚 𝑉 For example, aluminum has a density of 2.70 g/𝑐𝑚3, and lead has a density of 11.3 g/𝑐𝑚3. ‫ والتي ُتعرف بأنها مقدار الكتلة الموجودة في وحدة‬،)rho ‫تعريف الكثافة خاصية أي مادة هي كثافتها (الحرف اليوناني‬ ،g/𝑐𝑚3 2.70 ‫ كثافة األلومنيوم‬،‫ والتي نعبر عنها عادًة بالكتلة لكل وحدة حجم 𝑉 𝑚 = 𝜌 على سبيل المثال‬،‫الحجم‬.𝑐𝑚3/‫ جم‬11.3 ‫وكثافته‬ @xFxBot ‫) | ُترجمت بواسطة‬12( ‫صفحة‬  Energy Energy We speak of atomic energy, heat energy, potential energy, solar energy, chemical energy, kinetic energy;  Energy is required to do work. Energy is measured in the same units as work joule ( J) Forms of Energy 1- kinetic energy The kinetic energy (KE) of a body with mass m with a velocity V is KE = 1/2m𝑣 2 4/26/2024 13 Energy Energy We speak of atomic energy, heat energy, potential energy, solar energy, chemical energy, kinetic energy;  Energy is required to do work. ‫ الطاقة‬،‫ الطاقة الكيميائية‬،‫ الطاقة الشمسية‬،‫ الطاقة الكامنة‬،‫ الطاقة الحرارية‬،‫الطاقة الطاقة نتحدث عن الطاقة الذرية‬.‫ الطاقة مطلوبة لبذل الشغل‬ ‫الحركية؛‬ Energy is measured in the same units as work joule ( J) Forms of Energy 1- kinetic energy The kinetic energy (KE) of a body with mass m with a velocity V is KE = 1/2m𝑣2 V ‫ وسرعته‬m ‫) لجسم كتلته‬KE( ‫ الطاقة الحركية الطاقة الحركية‬-1 ‫) أشكال الطاقة‬J( ‫تقاس الطاقة بنفس وحدات الشغل‬ KE = 1/2m𝑣2 ‫هي‬ @xFxBot ‫) | ُترجمت بواسطة‬13( ‫صفحة‬  2- Potential Energy: Determined by the configuration of the system such as Gravitational potential energy and Elastic Potential Energies. Gravitational potential energy is the energy associated with an object at a given location above the surface of the Earth 3- Internal Energy: Related to the temperature of the system 4/26/2024 14 2- Potential Energy: Determined by the configuration of the system such as Gravitational potential energy and Elastic Potential Energies..‫ يتم تحديدها من خالل تكوين النظام مثل طاقة الجاذبية الكامنة وطاقات الوضع المرنة‬:‫ الطاقة الكامنة‬-2 Gravitational potential energy is the energy associated with an object at a given location above the surface of the Earth 3- Internal Energy: Related to the temperature of the system 4/26/2024 14 ‫ تتعلق بدرجة‬:‫ الطاقة الداخلية‬-3 ‫طاقة الجاذبية الكامنة هي الطاقة المرتبطة بجسم ما في مكان معين فوق سطح األرض‬ 14 26/04/2024 ‫حرارة النظام‬ @xFxBot ‫) | ُترجمت بواسطة‬14( ‫صفحة‬ Example 1: A car of mass 1310 kg being driven at a speed 24.6 m/s has a kinetic energy of KE = ½ m 𝑣 2 KE = ½ 1310 kg x(24.6)2 m/s KE = 396379.8 kg. m/s = J 4/26/2024 15 Example 1: A car of mass 1310 kg being driven at a speed 24.6 m/s has a kinetic energy of KE = ½ m 𝑣 2 KE = ½ 1310 kg x(24.6)2 m/s KE = 396379.8 kg. 𝑣 2 KE = ½ 1310 ‫ = ½ م‬KE ‫ث ولديها طاقة حركية قدرها‬/‫ م‬24.6 ‫ كجم تسير بسرعة‬1310 ‫ سيارة كتلتها‬:1 ‫مثال‬. ‫ كجم‬KE = 396379.8 ‫ث‬/‫ م‬x(24.6)2 ‫كجم‬ m/s = J 4/26/2024 15 15 26/04/2024 ‫ث = ي‬/‫م‬ @xFxBot ‫) | ُترجمت بواسطة‬15( ‫صفحة‬ mass We have stated that a force applied to a body tends to change its state of motion. All bodies have the property of resisting change in their motion. Mass is a quantitative measure of inertia or the resistance to a change in motion. 4/26/2024 16 mass We have stated that a force applied to a body tends to change its state of motion..‫الكتلة لقد ذكرنا أن القوة المطبقة على الجسم تميل إلى تغيير حالة حركته‬ All bodies have the property of resisting change in their motion..‫تمتلك جميع األجسام خاصية مقاومة التغير في حركتها‬ Mass is a quantitative measure of inertia or the resistance to a change in motion..‫الكتلة هي مقياس كمي للقصور الذاتي أو مقاومة التغيير في الحركة‬ @xFxBot ‫) | ُترجمت بواسطة‬16( ‫صفحة‬ Weight Every mass exerts an attractive force on every other mass; this attraction is called the gravitational force. The weight of a body is the force exerted on the body by the mass of the Earth. The weight of a body is directly proportional to its mass. Mass and weight are related but distinct properties of an object. If a body were isolated from all other bodies, it would have no weight, but it would still have mass. Force is that which changes the velocity of an object. Force is a vector quantity SI unit newton (N) 4/26/2024 17 Weight Every mass exerts an attractive force on every other mass; this attraction is called the gravitational force..‫الوزن تؤثر كل كتلة بقوة جاذبة على كل كتلة أخرى؛ ويسمى هذا الجذب قوة الجاذبية‬ The weight of a body is the force exerted on the body by the mass of the Earth..‫وزن الجسم هو القوة المؤثرة على الجسم بفعل كتلة األرض‬ The weight of a body is directly proportional to its mass..‫وزن الجسم يتناسب طرديا مع كتلته‬ Mass and weight are related but distinct properties of an object..‫الكتلة والوزن مرتبطان ولكنهما خصائص مميزة لجسم ما‬ If a body were isolated from all other bodies, it would have no weight, but it would still have mass..‫ ولكن ستظل له كتلة‬،‫ فلن يكون له وزن‬،‫إذا تم عزل الجسم عن جميع األجسام األخرى‬ @xFxBot ‫) | ُترجمت بواسطة‬17( ‫صفحة‬ Force is that which changes the velocity of an object..‫القوة هي التي تغير سرعة الجسم‬ Force is a vector quantity SI unit newton (N) 4/26/2024 17 26/04/2024 17 )N( ‫ نيوتن‬SI ‫القوة هي كمية متجهة لوحدة‬ @xFxBot ‫) | ُترجمت بواسطة‬17( ‫صفحة‬  home work Q1- Use the prefixes introduced in Table 2 to express the following: (a) 10−1 Kelvin, (b) 10−2 meter, (c)10−3 ampere, (d) 10−6 newton, (f)10−9 kilogram, (e)10−15 second. Q2- The SI unit for temperature is __?__. Q3- Define the following 1- density 2- energy 3- mass Q4 - Name the fundamental physical quantities. Q5- Density is defined as mass per unit volume. If a crude estimation of the average density of the Earth was 5.5 × 103 kg/𝑚3 and the Earth is considered to be a sphere of radius 6.37 ×106 m, then calculate the mass of the Earth. 4/26/2024 18 ‫)‪home work Q1- Use the prefixes introduced in Table 2 to express the following: (a‬‬ ‫‪10−1Kelvin, (b) 10−2 meter, (c)10−3 ampere, (d) 10−6 newton, (f)10−9 kilogram, (e)10−15‬‬ ‫‪second.‬‬ ‫العمل المنزلي س‪ -1‬استخدم البادئات الواردة في الجدول ‪ 2‬للتعبير عن ما يلي‪( :‬أ) ‪ 1−10‬كلفن‪( ،‬ب) ‪ 2−10‬متر‪( ،‬ج)‬ ‫‪ 3−10‬أمبير‪( ،‬د) ‪ 6−10‬نيوتن‪( ،‬و) ‪ 9−10‬كيلوغرام‪( ،‬هـ)‪ 15−10‬ثانية‪.‬‬ ‫‪Q2- The SI unit for temperature is __?__.‬‬ ‫س‪ -2‬وحدة قياس درجة الحرارة في النظام الدولي للوحدات هي __?__‪.‬‬ ‫‪Q3- Define the following 1- density 2- energy 3- mass Q4 - Name the fundamental physical‬‬ ‫‪quantities.‬‬ ‫س‪ -3‬عرف ما يلي ‪ -1‬الكثافة ‪ -2‬الطاقة ‪ -3‬الكتلة س‪ -4‬اذكر الكميات الفيزيائية األساسية‪.‬‬ ‫‪Q5- Density is defined as mass per unit volume.‬‬ ‫‪ -Q5‬يتم تعريف الكثافة على أنها الكتلة لكل وحدة حجم‪.‬‬ ‫صفحة (‪ُ | )18‬ترجمت بواسطة ‪@xFxBot‬‬ If a crude estimation of the average density of the Earth was 5.5 × 103 kg/𝑚3 and the Earth is considered to be a sphere of radius 6.37 ×106 m, then calculate the mass of the Earth. 106× 6.37 ‫ وتعتبر األرض كرة نصف قطرها‬،𝑚3/‫ كجم‬103 × 5.5 ‫إذا كان التقدير األولي لمتوسط​​كثافة األرض هو‬.‫ فاحسب كتلة األرض‬،‫م‬ @xFxBot ‫) | ُترجمت بواسطة‬18( ‫صفحة‬ Choose the correct answer Q6- The density of 100 𝑐𝑚3 of a material having a mass of 700 g is: a) 70,000 kg/𝑚3 (b) 7000 kg/ 𝑚3 (c) 7 kg/ 𝑚3 (d) 70 kg/𝑚3 Q7- A single system on which all scientists all over the world agree for units of measurement is called A - SI units B.- International System of Units C.- both A and B D -. universal system Q8 The applications of physics in instrumentation used in. A- diagnosis B- therapy C- both A and B D- non of these 4/26/2024 19 Choose the correct answer Q6- The density of 100 𝑐𝑚3 of a material having a mass of 700 g is: a) 70,000 kg/𝑚3 (b) 7000 kg/ 𝑚3 (c) 7 kg/ 𝑚3 (d) 70 kg/𝑚3 /‫ كجم‬7000 )‫𝑚 (ب‬3/‫ كجم‬70000 )‫ أ‬:‫ جم هي‬700 ‫ من مادة كتلتها‬100𝑐𝑚3 ‫ كثافة‬-6‫اختر اإلجابة الصحيحة س‬ 𝑚3/‫ كجم‬70 )‫𝑚 (د‬3 /‫ كجم‬7 )‫𝑚 (ج‬3 Q7- A single system on which all scientists all over the world agree for units of measurement is called A - SI units B.- International System of Units C.- both A and B D -. -.‫ هناك نظام واحد يتفق عليه جميع العلماء في جميع أنحاء العالم لوحدات القياس يسمى أ – وحدات النظام الدولي ب‬-7‫س‬.-‫ كال من أ وب د‬-.‫النظام الدولي للوحدات ج‬ universal system Q8 The applications of physics in instrumentation used in.. ‫ تطبيقات الفيزياء في األجهزة المستخدمة في‬Q8 ‫النظام العالمي‬ A- diagnosis B- therapy C- both A and B D- non of these 4/26/2024 19 19 26/04/2024 ‫ غير هؤالء‬-‫ كال أ و ب د‬-‫ العالج ج‬-‫ التشخيص ب‬-‫أ‬ @xFxBot ‫) | ُترجمت بواسطة‬19( ‫صفحة‬