Ingegneria Clinica

Introduzione alla fisica. Il metodo scientifico. Grandezze fisiche fondamentali e derivate. Sistemi di unità di misura. Dimensione ed equazioni dimensionali. Misure ed errori. Propagazione degli errori. Concetti base di statistica. CINEMATICA DEL PUNTO MATERIALE: Sistemi di riferimento. Modello di punto materiale. Equazioni del moto: moti componenti, traiettoria, equazione oraria. Vettori spostamento, velocità e accelerazione. Moto rettilineo uniforme, moto uniformemente accelerato, moto vario. Moto verticale dei gravi. Moto con traiettoria piana: accelerazione tangenziale e normale. Moto circolare uniforme e moti armonici componenti. Moti centrali e velocità areolare. Moti relativi e grandezze cinematiche relative. DINAMICA DEL PUNTO MATERIALE: Legge d’inerzia e concetto di forza. Massa inerziale. Primo, secondo e terzo principio della dinamica. Azione e reazione. Quantità di moto e impulso di una forza. Forza peso, forze elastiche, reazioni vincolari, forze di attrito, resistenze passive. Oscillatore armonico. Oscillazioni smorzate e forzate. Pendolo semplice. Momento di una forza rispetto a un punto. Teorema del momento della quantità di moto. Sistemi di riferimento non inerziali: forze apparenti, forze centrifughe. LAVORO ED ENERGIA PER IL PUNTO MATERIALE: Lavoro e potenza. Campi di forze conservativi: energia potenziale. Energia cinetica e teorema delle forze vive. Conservazione dell’energia meccanica. Conservazione dell’energia. MECCANICA DEI SISTEMI DI PUNTI MATERIALI: Centro di massa e moto del centro di massa. Quantità di moto di un sistema di punti e teorema della quantità di moto. Conservazione della quantità di moto e del momento della quantità di moto. Teorema del lavoro e dell’energia cinetica per un sistema di punti. Energia cinetica e potenziale per un sistema di punti: conservazione dell’energia meccanica. Problemi di meccanica dei sistemi. Processi d’urto: urto normale centrale, urto nello spazio. MECCANICA DEL CORPO RIGIDO: Cinematica e dinamica dei corpi rigidi. Sistemi equivalenti di forze. Corpo rigido girevole attorno a un asse fisso. Momento di inerzia. Energia cinetica di un corpo rigido libero. Statica del corpo rigido. Moto di puro rotolamento. GRAVITAZIONE: Legge di gravitazione universale. Massa gravitazionale. Moto dei pianeti e dei satelliti: leggi di Keplero. MECCANICA DEI CORPI DEFORMABILI: Deformazioni elastiche plastiche. Deformazioni di volume e di scorrimento. Sforzi. Compressione di volume. Deformazione lungo un asse. Deformazione di scorrimento e di torsione. Origine delle proprietà elastiche dei solidi. Sollecitazioni e deformazioni dei liquidi: viscosità. STATICA DEI FLUIDI: Pressione. Equazioni della statica dei fluidi. Statica dei fluidi pesanti. Principio di Pascal. Principio di Archimede. ONDE IN MEZZI ELASTICI: Tipi di onde elastiche. Principio di sovrapposizione. Onde piane longitudinali sinusoidali. Onde piane longitudinali. Velocit` a di propagazione ed equazione delle onde longitudinali. Intensità di un’onda. Sovrapposizione e interferenza di onde. Velocità di fase e di gruppo. Interferenza di onde. Onde stazionarie. Battimenti. Principio di Huygens. TERMOLOGIA: Temperatura. Principio zero della termodinamica. Scale termometriche. Quantità di calore, calori specifici. Espansione termica dei solidi. Trasmissione del calore. I PRINCIPIO DELLA TERMODINAMICA: Sistemi termodinamici. Equilibrio termodinamico. Grandezze e variabili di stato. Trasformazioni. Lavoro nelle trasformazioni reversibili. Calore ed energia. Equivalente meccanico della caloria. Primo principio della termodinamica. Calori specifici. Processi isotermi e adiabatici. STATO GASSOSO E LIQUIDO DELLA MATERIA: Equazione di stato per i gas perfetti. Energia interna dei gas perfetti. Primo principio della termodinamica per i gas perfetti. Trasformazioni nei gas perfetti. Teoria cinetica dei gas perfetti. Pressione nella teoria cinetica. Interpretazione cinetica della temperatura. Calori specifici nei gas perfetti ed equipartizione dell’energia. II PRINCIPIO DELLA TERMODINAMICA: Macchine termiche. Ciclo di Carnot. Il secondo principio della termodinamica. Teorema di Carnot. Temperatura termodinamica. Zero assoluto e sua irraggiungibilit` a. Entropia. Disuguaglianza di Clausius. Entropia nei sistemi isolati. Processi irreversibili. Entropia e disordine. Entropia e informazione. Nella pagina web del Dipartimento di Scienze di base e Applicate per l'Ingegneria (SBAI) all'indirizzo www.sbai.uniroma1.it, sono disponibili tutte le informazioni sul corso: cliccare sulla sezione "Didattica" e successivamente su "Corsi di laurea", dopodiché cercare all'interno del corso di laurea in Ingegneria Clinica il corso di Fisica I A.A. 2017-2018. Nel sito e-learnig della Sapienza (basato su piattaforma Moodle) all'indirizzo elearning2.uniroma1.it si trovano materiali aggiuntivi per il corso: in particolare si possono scaricare i testi d'esame degli anni precedenti e video lezioni del corso. Al sito si accede con le credenziali usate per Infostud; entrati nel sito, cercare il corso di Fisica I per Ingegneria Clinica e cliccare sul pulsante "Iscrivimi"

Le conoscenze dei sottoelencati argomenti sono necessarie affinché lo studente comprenda i contenuti del corso e consegua gli obiettivi di apprendimento: - trigonometria - funzione esponenziale e logaritmica - algebra vettoriale - calcolo differenziale

- D. Sette, A. Alippi: "Lezioni di Fisica - vol. I Meccanica e Termodinamica", Zanichelli - A. Alippi, A. Bettucci, M. Germano "Fisica generale - Esercizi risolti e guida allo svolgimento con richiami di teoria", Società Editrice Esculapio

Il corso prevede lezioni frontali ed esercitazioni in aula. Il corso prevede 45 lezioni di due ore ciascuna La frequenza all'insegnamento non è obbligatoria.

La frequenza alle lezioni è fortemente consigliata.

Il corso non prevede prove d'esonero intermedie; vi è solo una prova d'esame finale composta da uno scritto e un orale. Gli appelli d'esame si svolgono a giugno, subito dopo la conclusione del corso, luglio, settembre, gennaio e febbraio. Lo scritto è composto da quattro esercizi. La durata della prova scritta è di due ore. È possibile ritirarsi dalla prova scritta sia durante la prova stessa che nelle 48 ore successive alla pubblicazione delle soluzioni degli esercizi, comunicando formalmente tramite email tale intenzione al docente. La prova scritta mira a valutare se lo studente ha acquisito le capacità di impiegare i principi della meccanica e della termodinamica per impostare la soluzione di problemi fisici di media e bassa complessità; e se ha conoscenza dei principi della meccanica classica e della termodinamica. Alla prova orale (che si svolge alcuni giorni dopo la prova scritta) accedono solo gli studenti che nello scritto hanno ottenuto una votazione non inferiore a 18/30. Nella prova orale viene valutata la conoscenza e il livello di comprensione degli argomenti affrontati durante il corso. Il voto complessivo dell'esame è una media ponderata delle votazioni ottenute nello scritto e nell'orale.

Lezioni in aula con esempi applicativi, esercitazioni su problemi d'esame.

INTRODUZIONE La fisica ed il metodo scientifico. Grandezze fisiche fondamentali e derivate. Sistema Internazionale, unità di misura, loro multipli e sottomultipli. Dimensioni ed equazioni dimensionali. Misure ed errori. Propagazione degli errori. Concetti base di statistica. MECCANICA Cinematica del punto materiale. Sistemi di riferimento. Equazioni del moto, traiettoria, legge oraria di un punto materiale. Spostamento, velocità media, velocità ed accelerazione istantanee. Moto rettilineo uniforme, moto uniformemente accelerato, moto vario. Moto verticale dei gravi. Moto piano con traiettoria piana: accelerazione tangenziale e normale. Moto circolare uniforme e moti armonici componenti. Moti centrali e velocità areolare. Moto rispetto a sistemi di riferimento diversi: moti relativi e grandezze cinematiche relative. Dinamica del punto materiale. Principio di inerzia. Sistemi di riferimento inerziali. Definizione di Forza. Massa inerziale e massa gravitazionale. Il secondo principio della dinamica. Impulso e quantità di moto. Il terzo principio della dinamica. Azione e reazione. Forza peso, forze elastiche, reazioni vincolari, forze di attrito. Forze viscose di resistenza del mezzo (resistenze passive). Moto di un grave sottoposto a forza di resistenza viscosa. Oscillatore armonico. Oscillazioni smorzate e forzate. Il pendolo semplice. Momento di una forza rispetto a un punto. Momento della quantità di moto o momento angolare. Teorema del momento della quantità di moto. Sistemi di riferimento non inerziali e forze apparenti. Lavoro ed energia. Definizione di lavoro, potenza, energia cinetica. Teorema del lavoro e dell'energia cinetica. Campi di forze conservative. Energia potenziale. Il teorema della conservazione dell'energia meccanica. Meccanica dei sistemi di punti materiali. Definizione di centro di massa, moto del centro di massa. Quantità di moto di un sistema di punti e teorema della quantità di moto. Prima equazione cardinale della dinamica dei sistemi. Conservazione della quantità di moto. Teorema del momento della quantità di moto, conservazione dl momento della quantità di moto. Teorema del lavoro e dell'energia cinetica per un sistema di punti. Energia cinetica e moto del centro di massa (teorema di Koenig). Energia potenziale. Problemi di meccanica dei sistemi. Processi d'urto: urto normale centrale, urto nello spazio. Urto centrale elastico fra particelle puntiformi. Urti anelastici. Meccanica dei corpi rigidi. Cinematica e dinamica dei corpi rigidi. Sistemi equivalenti di forze. Corpo rigido girevole attorno a un asse fisso. Momento di inerzia. Energia cinetica di un corpo rigido libero. Moto di rotolamento. Statica del corpo rigido. La gravitazione. La legge della gravitazione universale. Le leggi di Keplero. Meccanica dei corpi deformabili. Deformazioni elastiche e plastiche. Deformazioni di volume e di scorrimento. Sforzi. Legge di Hooke. Compressione di volume. Deformazione lungo un asse. Deformazione di scorrimento e di torsione. Origine delle proprietà elastiche dei solidi. Sollecitazioni e deformazioni dei liquidi, viscosità. Statica dei fluidi. Pressione. Equazioni della statica dei fluidi. Statica dei fluidi pesanti, legge di Stevino. Principio di Pascal. Principio di Archimede. Onde in mezzi elastici. Vari tipi di onde elastiche. Principio di sovrapposizione. Onde sinusoidali. Onde piane longitudinali sinusoidali. Onde piane longitudinali. Velocità di propagazione ed equazione delle onde longitudinali. Intensità di un'onda. Assorbimento e dispersione. Velocità di fase e velocità di gruppo. Interferenza di onde sferiche. Onde stazionarie. Battimenti. Principio di Huygens. Termologia. Temperatura. Principio zero della termodinamica. Scale termometriche. Quantità di calore, e calorimetria. Calori specifici. Espansione termica dei solidi. Dilatazione termica. Trasmissione del calore. La conduzione in regime stazionario. Convezione in regime stazionario. Scambi termici per irraggiamento. I principio della termodinamica. Sistemi termodinamici. Stati di equilibrio termodinamico. Grandezze e variabili di stato intensive ed estensive. Trasformazioni termodinamiche. Lavoro in una trasformazione termodinamica. Lavoro nelle trasformazioni termodinamiche reversibili. Calore ed energia. Equivalente meccanico della caloria. Rappresentazione grafica delle trasformazioni e del lavoro. Il piano di Clapeyron. Primo principio della termodinamica. Applicazioni del primo principio ad un gas perfetto. Calori specifici. Adiabatica reversibile di un gas perfetto. Trasformazione politropica. Processi isotermi e adiabatici. Stato gassoso e liquido della materia. Equazione di stato per i gas perfetti. L'energia interna di un gas perfetto. Primo principio della termodinamica per i gas perfetti. Trasformazioni nei gas perfetti. Teoria cinetica dei gas perfetti. Interpretazione microscopica delle grandezze termodinamiche: interpretazione microscopica della pressione, interpretazione microscopica della temperatura. Calori specifici nei gas perfetti. Principio di equipartizione dell'energia. II principio della termodinamica. Macchine termiche. Ciclo di Carnot. Il secondo principio della termodinamica. Enunciati del secondo principio. Equivalenza trai due enunciati. Teorema di Carnot e temperatura termodinamica assoluta. Zero assoluto e sua irraggiungibilità. Integrale di Clausius ed entropia. Entropia di alcuni sistemi termodinamici notevoli. L'entropia come parametro di stato. Processi irreversibili. Entropia e disordine. Entropia e informazione. L'entropia ed il secondo principio della termodinamica

Prerequisiti: La matematica è parte integrante della fisica, in quanto è il linguaggio utilizzato per esprimere i principi fisici ed i modelli. È anche uno strumento per analizzare modelli teorici, risolvere problemi quantitativi e produrre predizioni. Le conoscenze che lo studente deve possedere all'inizio delle attività didattiche, per comprendere il contenuto del corso Fisica I sono le seguenti: Nozioni principali generali di trigonometria. [importante] Operazioni elementari tra vettori: vettore somma e vettore differenza (metodo grafico e metodo analitico), prodotto scalare, prodotto vettoriale. [indispensabile] Nozioni di calcolo differenziale: funzioni di una variabile, le principali funzioni elementari e le loro derivate ; funzioni di due variabili, derivata parziale. [indispensabile] Nozioni di calcolo integrale: funzioni primitive di una funzione f(x), integrali indefiniti elementari a meno di una costante arbitraria, condizioni al contorno. [indispensabile] Cenni sulle equazioni differenziali. [importante]

Il programma del corso viene trattato in generale nei testi di Fisica I (Meccanica e Termodinamica), adottati nelle facoltà di Ingegneria. Testi consigliati per lo studio: D. Sette, A. Alippi: Lezioni di Fisica - vol. I Meccanica e Termodinamica", Zanichelli. Oppure: “Elementi di Fisica - meccanica, termodinamica-" di P.Mazzoldi, M.Nigro, C.Voci, EdiSes. Testo suggerito per gli esercizi: A. Alippi, A. Bettucci, M. Germano: \Fisica generale - Esercizi risolti e guida allo svolgimento con richiami di teoria", Società Editrice Esculapio. Le raccolte di esercizi di esame (Fisica I) reperibili sul sito del Dipartimento di Scienze di Base ed Applicate per l'Ingegneria.

La frequenza non è obbligatoria, ma vivamente consigliata.

Il corso prevede alcune prove in itinere, facoltative, con cadenza settimanale, sugli argomenti trattati nella settimana precedente. (generalmente da inviare tramite google-moduli). La prova d'esame finale è composta da una prova scritta ed una prova orale. La prova scritta prevede 5 esercizi (3 di meccanica e 2 di termodinamica) valutati circa 6 punti ciascuno. La prova orale si svolge alcuni giorni dopo la prova scritta. Possono accedere all'orale gli studenti che nello scritto hanno riportato una valutazione non inferiore a 16. E' possibile ritirarsi dall'esame si durante la prova scritta comunicando formalmente tale intenzione al docente. La prova orale consiste di 3 domande sugli argomenti del programma.

Il corso, di 9CFU, si svolge in aula con 4 lezioni settimanali (di 2 ore ciascuna) tenute dal docente ed una lezione settimane di esercitazione (di 2 ore) tenuta dal tutor.