Fisica  medica  e  radioprotezione  

Docente:    Fabrizio  Boffelli  

Università  degli  Studi  di  Pavia  Facoltà  di  Medicina  e  Chirurgia  

CLASSE      LAUREE    TRIENNALI      PROFESSIONI    SANITARIE  

INFERMIERISTICHE    E    OSTETRICA  

     Corso  Integrato  di  Fisica,  Sta;s;ca,  Informa;ca  

CORSO  DI  LAUREA  IN  INFERMIERISTICA    

Sede  di  Vigevano  

Insegnamento  di    Fisica  medica  e  radioprotezione  

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Docente:    Fabrizio  Boffelli  

DiparDmento  di  Fisica    -­‐  Università  degli  Studi  di  Pavia  Via  A.  Bassi,  6    -­‐  Pavia  

RecapiD:    E-­‐mail:  fabrizio.boffelli@pv.infn.it  

Tel:  0382  -­‐  987419  

Ricevimento  studenD:  su  appuntamento  

hYp://www2.pv.infn.it/~boffelli/InfermierisDca_Vigevano_2013_14/  

       Informazioni  sul  corso         Informazioni  sugli  argomen3           Informazioni  sulle  modalità  d’esame         LUCIDI  delle  lezioni         Comunicazioni  Varie  

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Corso  propedeuDco  di  MatemaDca  e  Fisica  Programma  

ASPETTI  GENERALI:  Fisica  e  Medicina.  Scienza  esaBa.  Metodo  Scien3fico  

ASPETTI  DI  MATEMATICA:  Matema3ca   linguaggio   della   Scienza   .   Equazioni:   cosa   sono   e   come   si   risolvono.      Proporzioni.   Conversione   di   unità   di   Misura.     Potenze   e   loro   proprietà.     Potenze   a    Esponente  nega3vo.    Potenze  di  10.    Notazione  scien3fica.    Lunghezze,  superfici  e  volumi.      Misure   di   superfici   e   volumi.     Calcolo   percentuale   e   uso   delle   percentuali.     Sistemi   di    riferimento  a  2  e  3  dimensioni.     Funzioni:  definizione  e  generalità.     Funzioni   inver3bili.      Determinazione   di   una   funzione   a   scopi   sperimentali.     Funzioni   dipenden3   dal   tempo.      Proporzione  direBa   inversa:   reBa  e   iperbole.     Proporzione  quadra3ca  direBa  e   inversa.      Esponenziale   e   logaritmo.   Valori   notevoli   e   proprietà   dei   logaritmi.   Funzione    esponenziale.    Esponenziale  nega3vo.    Funzione  logaritmica.    Misura  degli  angoli.    Seno  e    coseno.     Valori   notevoli   di   seno   e   coseno.     Funzioni   trigonometriche.  

Corso  di  Fisica  Medica  e  Radioprotezione  

Nozioni  introdu_ve  Definizione  di  una  grandezza  fisica  e  sue  dimensioni.  Sistemi  di  unità  di  misura.  Grandezze  scalari  e  grandezze  veBoriali.  Elemen3  di  calcolo  veBoriale.    

Meccanica  Descrizione  cinema3ca  del  moto:  traieBoria  e  legge  oraria,  velocità  e  accelerazione.  Le  forze,  le  leggi  della  dinamica,  i  campi  di  forze,  il  campo  gravitazionale,    massa,  peso  e  densità.  Lavoro,  energia  e  potenza:  energia  cine3ca  e  teorema  dell'energia  cine3ca,  campi  conserva3vi,  energia  potenziale  e  conservazione    dell'energia  meccanica,  potenza  e  rendimento  di  una  macchina.  

Meccanica  dei  fluidi  nei  sistemi  biologici.  Trasporto  in  regime  viscoso  Il  moto  dei  fluidi:  portata  ed  equazione  di  con3nuità.  La  pressione.  Fluidi  non  viscosi:  il  teorema  di  Bernoulli.  Fluidi  viscosi:  moto  laminare  e  moto  turbolento.    EffeBo  della  pressione  idrosta3ca.  Misura  della  pressione  del  sangue  (sfigmomanometro).  Cenni  di  idrodinamica  nei  sistemi  biologici.  Meccanismi  di    trasporto.  

Termologia  e  termodinamica  Temperatura  e  scale  termometriche  (°K  e  °C).  Energia  interna.  Calore  e    calore  specifico.  I  gas  perfeZ.  I  gas  reali.  I  principi  della  termodinamica.  Meccanismi  di    trasmissione  del  calore.  

Diffusione  e  osmosi  Le  membrane  nei  sistemi  biologici.  Il  fenomeno  della  diffusione.    La  filtrazione.  Cenni  sugli  equilibri  gas-­‐liquido.  Membrane  semipermeabili  e  osmosi.  Cenni    sulle  applicazioni  della  diffusione,  della  filtrazione  e  dell’osmosi  al  corpo  umano.  

Fenomeni  eleYrici    Carica  eleBrica  e  forza  di  Coulomb.  Il  campo  eleBrico  e  il  potenziale  eleBrico.  La  capacità  di  un  conduBore  e  il  condensatore.  La  corrente  eleBrica  e  le  leggi  di    Ohm.  EffeBo  termico  della  corrente  eleBrica.  Cenni  sui  fenomeni  magne3ci.  

Fenomeni  ondulatori.  Emissione  ed  assorbimento  di  radiazioni  Le  onde:  descrizione  e  caraBeris3che.  Il  suono,  ultrasuoni  ed  applicazioni.  Le  onde  eleBromagne3che.    Richiami  sugli  atomi.  I  nuclei  e  le  forze  nucleari.  La  radioaZvità  in  medicina  nucleare.  Le  radiazioni  X:  produzione  e  assorbimento.  Immagini  radiologiche.    Radioprotezione  dei  lavoratori  e  dei  pazien3  nelle  aZvità  sanitarie.  Cenni  di  dosimetria.     5  

PROGRAMMA  DI  ESAME  

TESTI  CONSIGLIATI:  

  F.  Borsa,  G.  Introzzi,  D.  Scannicchio,  ELEMENTI  di  FISICA    -­‐  per  diplomi  di  indirizzo  medico  biologico,  ed.  UNICOPLI  (1997)  

  Montagna  P.,  Panzarasa  A.,  Dalla  matema;ca  alla  fisica:  richiami  di  matema;ca  e  semplice  esercizi  di  fisica  tra  scuola  superiore  e  università,  ed.  CLU,  Pavia  2003  (consigliato  per  chi  è  carente  di  matema3ca  e  fisica)  

           Per  approfondire  la  materia:  

  D.  Scannicchio,  Fisica  Biomedica,  ed.  Edises,  III  edizione,  2013    E.  Zingoni,  F.  Tognazzi,  A.  Zingoni,  Fisica  biomedica,  ed.  Zanichelli,  1998    D.  Scannicchio,  Esercizi  e  problemi  di  Fisica  -­‐  con  indirizzo  medico  biologico,  ed.  

Unicopli,  Milano,  1996    M.  Fazio,  G.  Tosi  et  al.,  Fondamen;  di  fisica  e  biofisica,  ed.  Sorbona,  1990    P.  Davidovits,  Physics  in  biology  and  medicine,  ed.  Pren3ce-­‐Hall,  1975  

Non solo libro, non solo trasparenze!

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Non  importa!  Il  corso  di  Fisica  non  presuppone  conoscenze  preliminari,    ma  al  suo  interno  traBa  tuZ  gli  argomen3  necessari  

a  superare  l’esame  senza  problemi  e  senza  troppa  fa3ca.  Però  non  senza  studiare…  

...  ma  io  non  so  la  MatemaDca  ...  

...  ma  io  non  ho  mai  faYo  Fisica  ...  

ABenzione:  questo  è  il  vero  problema!    Devi  affrontarlo  subito,  non  aspeBare  gli  esami:    

forse  devi  ristudiare  gli  argomen3  fondamentali  del  corso  propedeu3co  o  su  un  libro  di  scuola  superiore,  allenando3  a  fare  esercizi.    

7    Tutorato…  

... hai voluto la bicicletta? Pedala!!!

Buon lavoro e in bocca al lupo! 8  

Fisica    e    Medicina  

A che serve la Fisica in ambito medico? Ovvero: Perchè studiare Fisica anche se non interessa? Che cosa è importante e che cosa invece si può dimenticare?

Scienza = disciplina basata su fatti sperimentali Scienza esatta = scienza in grado di associare un errore alle proprie previsioni Es. FISICA MEDICINA ASTROLOGIA SCIENZA SI SI NO SCIENZA ESATTA SI NO NO

Fisica = dalla stessa causa discende lo stesso effetto Medicina = dalla stessa causa possono discendere diversi effetti Il “ponte” tra le due scienze è dato dalla statistica. Es.  E’  impossibile  prevedere  la  durata  della  vita  (effeYo)  di  un  paziente  affeYo  da  tumore  (causa).              E’  possibile  stabilirne  la  probabilità  di  sopravvivenza  sulla  base  dell’analisi  staDsDca  di  molD  altri                        pazienD  con  lo  stesso  tumore.             9  

Il  metodo  scienDfico  

Metodo scientifico (sperimentale - galileiano)

• Esperimento riproducibile in ogni tempo e in ogni luogo • Valutazione dell’errore

• Elaborazione della teoria • Uso della matematica • Analisi statistica dei dati

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MatemaDca  linguaggio  della  Scienza  

Metodo scientifico = Esperimento + Teoria

Elaborazione  e  verifica    quanDtaDva  di  leggi  fisiche  

Relazioni  tra  grandezze  fisiche                            operazioni algebriche, potenze e loro proprietà,equazioni  

Osservazione    e  descrizione    quanDtaDva  dei  fenomeni  naturali  Misura  di  grandezze  fisiche  

unità di misura, equivalenze, notazione scientifica (potenze di 10)

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La  prova  sperimentale  Giochiamo con l’oroscopo: settimana 22-28 settembre 2011

Oroscopi dei 12 segni in ordine casuale: identificate il numero di quello che rappresenta meglio ciò che vi è accaduto da giovedì 22 a martedì 28

1:  Il  vostro  rapporto  di  coppia  è  stabile,  ma  per  la  vostra  personalità  forte  c’è  un  po’  di  trambusto.  2:  Con  energia  cercate  mete  ambite,  con  successo.  ABenzione  alla  superficialità  nell’inves3re  denaro.  3:  Concentra3  sul  lavoro:  oZmo  momento  per  la  vostra  immagine,  o  per  inves3re  o  incassare  denaro.  4:  Le  vostre  idee  troveranno  difficoltà  e  saranno  ostacolate  sul  lavoro,  ma  alla  fine  la  spunterete.  5:  Momento  di  riflessione,  ogni  parola  viene  pesata.  Ma  alla  fine  avrete  chiare  indicazioni  su  come  lavorare.  6:  Pensieri  e  progeZ  posi3vi.  Un  po’  di  nervosismo  in  casa.  7:  Magnifica  intesa  di  coppia.  Siete  in  armonia  con  voi  stessi,  anche  sul  lavoro.  8:  Evitate  li3  in  famiglia.  Avete  pesan3  mutui  da  pagare.  Giornate  con  incontri  diverten3.  9:  Periodo  par3colarmente  fecondo:  amore  e  denaro  danno  risulta3  mai  vis3.  10:  Lo  stress  rischia  di  rimandare  un  affare,  si  creano  tensioni  sul  lavoro,  ma  alla  fine  si  risolverà  tuBo.  11:  Giornate  serene,  appagherete  il  vostro  bisogno  di  protezione  e  sicurezza.  12:  Siete  bravi  nei  rappor3  personali,  addolcendo  aBeggiamen3  duri  e  trovando  sempre  le  parole  giuste.  

Che segni erano? 1. Leone 2. Sagittari 3. Gemelli 4. Bilancia 5. Capricorno 6. Cancro 7. Ariete 8. Acquario 9. Pesci 10.Scorpione 11.Toro 12.Vergine

CHE SIGNIFICA QUESTO GIOCO?

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Che  significa?  

Se l’astrologia fosse una scienza esatta come la Fisica, si dovrebbe trovare una ben precisa corrispondenza tra i dati sperimentali (esperienze vissuta) e le previsioni teoriche (oroscopo), determinando anche un preciso margine di errore: Es. su 100 persone, tutte, tranne al massimo ad es. 5, dovrebbero aver riconosciuto il proprio oroscopo.

Se l’astrologia fosse una scienza, per quanto non esatta come la Medicina, la stessa corrispondenza si dovrebbe trovare a livello statistico, per quanto variabile entro precisi intervalli: Es. su 100 persone, tra 70 e 90 dovrebbero aver riconosciuto il proprio oroscopo.

Se l’astrologia non è una scienza, l’esito delle sue previsioni è del tutto indipendente dal risultato sperimentale, cioè statisticamente casuale! Poiché i segni sono 12, la probabilità casuale che ci si riconosca nell’oroscopo del proprio segno è 1/12, e viene verificata sempre più al crescere statistico del campione. Es. su 100 persone, circa 8-9 (1/12 di 100) dovrebbero aver riconosciuto il proprio oroscopo. E’ quel che si verifica sperimentalmente!

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Metodo  scienDfico:    un’  applicazione  correYa…  

www.cern.ch

The OPERA experiment, which observes a neutrino beam from CERN 730 km away at Italy's INFN Gran Sasso Laboratory, will present new results in a seminar at CERN today. The OPERA result is based on the observation of over 15000 neutrino events measured at Gran Sasso, and appears to indicate that the neutrinos travel at a velocity 20 parts per million above the speed of light, nature’s cosmic speed limit. Given the potential far-reaching consequences of such a result, independent measurements are needed before the effect can either be refuted or firmly established. This is why the OPERA collaboration has decided to open the result to broader scrutiny.

23.09.2011:  OPERA  experiment    invites  scruDny  of  unexpected  results  

A view of the OPERA detector in Gran Sasso, Italy. Neutrino beams from CERN in Switzerland are sent over 700 km through the Earth's crust to the laboratory in Italy.

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…  e  una  meno  correYa!  

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