Della Croce Ugo

Professore ordinario

 

CURRICULUM

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CORSO DI
METODOLOGIE SCIENTIFICHE
I anno – II semestre
AREA 1 DELLE SCIENZE FONDAMENTALI APPLICATE AGLI STUDI MEDICI
Introduzione al corso
Presentazione degli obiettivi del corso
Indicazioni pratiche e consigli agli studenti

TEORIA DEI SEGNALI
Segnali
Rappresentazione matematica dei segnali nel dominio del tempo
Funzioni periodiche
Funzione sinusoidale
Sviluppo in serie di Fourier
Spettri discreti di ampiezza e di fase
Integrale di Fourier
Funzioni aperiodiche
Spettri continui di ampiezza e di fase
Analisi di sistemi nel dominio della frequenza
Funzione di trasferimento

MISURE BIOMEDICHE
Generalità ed esempi

La catena di misura - generalità
Sensori e trasduttori
Elettronica di condizionamento
Registrazione
Trasduttori
Elettrodi di superficie e di profondità
Trasduttori di forza
Trasduttori di pressione
Trasduttori di temperatura
Calibrazione di uno strumento di misura
Metodologie
Errori
Amplificatori bioelettrici
Tecniche monopolari e bipolari
Amplificatori single ended e differenziali
Banda passante
Filtri analogici
Filtri passivi
Filtri attivi
Il sistema binario
Conversione da sistema decimale a sistema binario
Elementi di algebra booleana
Il campionamento
Il teorema del campionamento
L`errore di quantizzazione
Principi di funzionamento del convertitore analogico-digitale



Primari: - Saper descrivere le caratteristiche funzionali di un sistema utilizzando il linguaggio del dominio delle frequenze.

Principali: - Possedere le basi per poter imparare ad usare con cognizione di causa uno strumento di misura.
Metodo di valutazione: Esame Orale
Colloqui in itinere: NO
Nessuno
Martedì 15 Marzo 2011 10:23

Programma di Fisica (L.M.)

CORSO DI METODOLOGIE SCIENTIFICHE I anno – II semestre
AREA 1 DELLE SCIENZE FONDAMENTALI APPLICATE AGLI STUDI MEDICI
INTRODUZIONE ALLA FISICA
Introduzione al corso
Presentazione degli obiettivi del corso
Indicazioni pratiche e consigli agli studenti
La relazione tra fisica e matematica
Che cosa è e come nasce una legge fisica
Esempio: la legge di gravitazione universale
Grandezze: definizione matematica e misura
Grandezze fondamentali e grandezze derivate
Relazioni dimensionali
Introduzione al sistema di misura SI
Elementi operativi di geometria e matematica
La definizione di radiante
La risoluzione del triangolo rettangolo (basi di trigonometria)
Equazioni algebriche di primo e secondo grado
Sistema di equazioni algebriche lineari
Elementi operativi di algebra matriciale
Rappresentazione grafica e numerica di vettore
Somma di vettori, prodotto scalare e vettoriale
Rappresentazione matriciale di un sistema di equazioni lineari
Elementi operativi di analisi matematica I
Funzioni matematiche (polinomi, logaritmi, sinusoidi, esponenziali: rappresentazione grafica e analitica)
Scale lineari e logaritmiche
Rateo di variazione di una funzione (derivata)
Area sottesa ad una curva (integrale)
OBIETTIVI OPERATIVI
- aver compreso l`importanza delle unità di misura e saperle usare,
- saper passare da una unità di misura ad un`altra omogenea,
- saper determinare il numero di cifre significative con cui riportare una misura,
- avere manualità con i vettori,
- avere manualità con i sistemi di equazioni lineari,
- avere manualità con la rappresentazione grafica e analitica di funzioni.
OBIETTIVI DI PROPEDEUTICITA`
- Utile a tutte le discipline.
CICLO DELLA MECCANICA DEI CORPI SOLIDI
Il movimento di un piccolo corpo in un grande spazio: il modello "punto materiale"
Gli strumenti matematici per descrivere la posizione di un punto nello spazio. Sistemi di riferimento
Descrizione del movimento del punto: spostamento, velocità e accelerazione (lineari)
Il movimento del corpo tridimensionale: modello "corpo rigido"
Gli strumenti matematici per descrivere la posizione e l`orientamento di un corpo rigido nello spazio
Descrizione del movimento del corpo rigido: spostamento, velocità e accelerazione (lineari e angolari)
Il concetto di grado di libertà e di grado di vincolo
Interazione fra corpi e relativo effetto sul movimento
I concetti di forza e di massa
Il principio di inerzia
La relazione matematica fra forza e movimento nel punto materiale
Il 2° principio della dinamica e la sua generalizzazione vettoriale
Unità di misura della forza
Esempio di più forze agenti sullo stesso punto materiale
Il principio di sovrapposizione degli effetti
Il 2° principio della dinamica applicato al corpo rigido che trasla
Lo schema del corpo libero
Il II principio della dinamica nel caso di moto traslatorio
Baricentro di un corpo
Il problema diretto della dinamica applicato al baricentro di un corpo
Il 2° principio della dinamica nel caso di corpo rigido in moto rototraslatorio
Momento di una forza rispetto ad un punto
Coppia di forze e momento della coppia
Momento d`inerzia
Equazioni cardinali della dinamica
La statica del corpo rigido
Le condizioni di equilibrio del corpo libero
Lo schema del corpo rigido con asse fisso
Forze conservative e linguaggio dei campi conservativi
La forza di gravità
La forza elastica
La forza elettrica
Forze non conservative
La forza di contatto (forza di attrito e reazione vincolare)
La forza muscolare
La forza di tensione in una corda
Lavoro ed energia meccanica
Lavoro di una forza (e di una coppia) ed energia cinetica: teorema dell`energia cinetica applicato al punto materiale e al corpo rigido che rototrasla
L`energia meccanica totale: l`equazione lavoro-energia
L`energia potenziale
La potenza
Proprietà dei materiali solidi I
Densità assoluta e relativa
Forze distribuite su una superficie: concetto di sforzo
Proprietà dei materiali solidi II
Solidi perfettamente elastici: la legge di Hooke
Il legame sforzo-deformazione specifica, il modulo di Young
Solidi viscoelastici
Misure meccaniche
Stereofotogrammetria
Dinamometria
Accelerometria
E1 Il problema diretto e il problema inverso della dinamica applicato al punto materiale I
E2 Stima di forze muscolari durante il mantenimento di una postura I
OBIETTIVI OPERATIVI
In generale:
Dato un sistema materiale
- saper individuare le forze e/o le coppie agenti su di esso,
- saperne descrivere il movimento,
- saper scrivere le equazioni che legano fra loro le grandezze forze e coppie con le grandezze che descrivono il movimento (modello matematico),
- saper stabilire una relazione tra forze agenti su un corpo, la sua geometria, le caratteristiche del materiale e la deformazione che ne consegue,
- dinanzi ad un problema concreto, saper identificare quali grandezze possono essere misurate e quali, invece, devono essere calcolate utilizzando un modello matematico.
In particolare:
Dato il sistema scheletro-muscolare umano
- stimare le forze trasmesse dai muscoli, tendini, legamenti o ossa durante il mantenimento di una postura,
- stimare il lavoro meccanico o la potenza erogati dai muscoli durante l`esecuzione di un esercizio fisico.
Sistema di equazioni algebriche lineari
CICLO DELLA MECCANICA DEI CORPI FLUIDI
Generalità sui fluidi
Lo sforzo nei fluidi
Il concetto di pressione
La forza viscosa: legge di Newton
Il coefficiente di viscosità assoluto e relativo
Equilibrio delle membrane
Fenomeni di superficie: tensione superficiale
Tensione elastica
Equazione di Laplace
Generalità sulla dinamica dei fluidi
Impostazione del problema
Il modello di fluido newtoniano
Tipi di moto dei fluidi (include il numero di Reynolds)
Continuità della vena fluida
Portata di un condotto
Equazione di continuità
Dinamica dei fluidi incomprimibili con flusso laminare
Energia cinetica, energia potenziale, energia di pressione per unità di volume: equazione energia meccanica
applicata ai fluidi incomprimibili
Resistenza idraulica
Definizione di resistenza idraulica di un condotto
Resistenza idraulica nel caso di fluido newtoniano e condotto cilindrico
Condotti in serie e in parallelo
Scambi di energia meccanica fra fluido e ambiente
Potenza di una pompa
Potenza di una turbina
Casi particolari
Il modello del fluido ideale: l`equazione di Bernoulli
Il modello del fluido newtoniano: l`equazione di Hagen-Poiseuille
Idrostatica: la legge di Stevino
La spinta di Archimede
Il fenomeno della capillarità
Forze di adesione e forze di coesione
Legge di Jurin
Strumenti di misura
Barometri
Manometri
Viscosimetri
E3 Stima della resistenza idraulica l
E4 Stima della resistenza idraulica II
OBIETTIVI OPERATIVI
In generale:
Dato un sistema di condotti percorsi da un fluido incomprimibile:
- saper determinare la pressione del fluido in una sezione data,
- saper determinare la velocità del fluido in una sezione data,
- saper determinare la resistenza idraulica di una porzione del sistema,
- saper determinare gli scambi di energia meccanica tra fluido e ambiente,
- dinanzi ad un problema concreto, saper identificare quali grandezze possono essere misurate e quali, invece, devono essere calcolate utilizzando un modello matematico.
Dato un organo cavo
- saper stabile delle relazioni fra pressione transmurale, proprietà meccaniche della parete e geometria della stessa.
OBIETTIVI DI PROPEDEUTICITA`
Fisiologia umana: apparato cardio-vascolare, polmone, vescica.
Clinica medica (cardiologia)
Primari: Conoscenze pregresse
Si assume che lo studente abbia già seguito un corso di fisica elementare e conosca le principali leggi di questa disciplina. Si ipotizza, inoltre, che le sue basi matematiche comprendano l`algebra ma non l`analisi infinitesimale.
Argomenti del corso
In questo corso verrà data priorità alla formazione dello studente piuttosto che alla sua informazione. Allo studente saranno forniti gli strumenti elementari di calcolo statistico utili per il ragionamento induttivo ed alla base dell’analisi dei dati sperimentali. Molti argomenti di Fisica, che pure sono importanti per lo studente di Medicina, non sono trattati rimandandoli al corso Strumentazione Biomedica ed Informatica o ad altri corsi. Speciale enfasi viene data alla Meccanica (sia dei solidi che dei fluidi) per le seguenti ragioni:
1) è di base per gli altri capitoli della Fisica,
2) è particolarmente adatta all`operazione di formazione cui si è accennato,
3) è propedeutica a molti capitoli della Fisiologia Umana.
Principali: Al termine del corso lo studente dovrà essere in grado di
Area cognitiva (del sapere)
1) conoscere i congegni concettuali che conducono alla definizione delle grandezze fisiche e alla formulazione delle leggi fisiche;
sapere che, dato un quesito scientifico o uno professionale, a questo si può dare risposta solo dopo aver formulato il problema utilizzando opportuni stereotipi concettuali, o modelli;
2) conoscere alcuni dei modelli della Fisica, incluse le loro espressioni matematiche, fra quanti gli possono essere utili per l`approfondimento delle materie biologiche, mediche e/o odontoiatriche;
3) conoscere i modelli probabilistici per la comprensione dei dati sperimentali e la loro applicabilità alle variabili biologiche di interesse medico.
Area pratica (del saper fare)
1) saper impostare un problema matematico utilizzando gli strumenti dell`algebra e della geometria analitica piana;
2) saper distinguere tra le variabili che possono o devono essere misurate e quelle che invece possono o devono essere stimate per via di calcolo utilizzando espressioni matematiche dei modelli;
3) saper usare i modelli matematici al fine di prevedere in modo quantitativo, seppure in prima approssimazione, l`evoluzione dei fenomeni analizzati;
4) avere familiarità con le unità di misura e con gli ordini di grandezza delle grandezze fisiche utilizzate;
5) avere una ragionevole percezione della accuratezza con la quale grandezze fisiche possono essere misurate o stimate;
6) eseguire misure spaziali di tempo e di frequenza riportando su grafico i risultati ottenuti;
7) analizzare una distribuzione normale e i suoi parametri;
8) valutare l’associazione e la dipendenza attraverso l’analisi di correlazione e di regressione.
Il raggiungimento di questi obiettivi sarà verificato:
- chiedendo allo studente di risolvere problemi numerici formulati in modo tale che il modello da utilizzare non risulti implicito ma sia il risultato di una elaborazione dello studente stesso; questi dovrà identificare le variabili che possono essere misurate e che costituiscono dunque i dati del problema numerico; dovrà, inoltre, attribuire a questi dati valori credibili;
- in base al linguaggio utilizzato dallo studente nel descrivere un fenomeno fisico.
Metodo di valutazione: Esame Scritto e Orale
Colloqui in itinere: SI
John D. Cutnell e Kenneth W. Johnson, FISICA, Zanichelli, Bologna