Appunti biofisica

Biofisica

Introduzione

Si occupa di tutta la realtà, dal macroscopico al microscopico e di tutti i meccanismi

che regolano ciò. Studia i fenomeni fisici attraverso il metodo sperimentale che si

basa sulle grandezze fisiche. Le grandezze fisiche si dividono in:

Qualitative: constatazioni attraverso numeri ma non con l’utilizzo di strumenti. In

• questo caso si può misurare il dolore.

Quantitative: possono essere misurate attraverso una quantità, un numero. Per

• misurarle abbiamo bisogno di strumenti.

La fisica si occupa in modo diretto delle grandezze quantitative e in modo indiretto

di quelle qualitative.

Un ponte tra le 2 grandezze è l’intelligenza artificiale (telefono).

Metodo sperimentale

Tutte le volte che si esegue la misurazione della temperatura di ebollizione

dell’acqua sarà 100 °C e quindi potrò prevedere che la prossima volta sarà di nuovo

così perché alla base c’è il principio di causa-effetto.

METODO INDUTTIVO: ATTRAVERSO ESSO RIESCO A CAPIRE CHE DA UN FENOMENO CHE HO

VERIFICATO, QUESTO SI RIPETERÀ SEMPRE. VIENE UTILIZZATO PER VERIFICARE UNA LEGGE

FISICA, I RISULTATI SONO SEMPRE GLI STESSI NEGLI ESPERIMENTI ESEGUITI DA PERSONE

DIVERSE IN LUOGHI DIVERSI MA NELLE STESSE CONDIZIONI. QUESTO DEFINISCE LA LEGGE

FISICA (DAL PARTICOLARE ALL’UNIVERSALE)

La legge fisica prevede i fenomeni ed utilizza il metodo deduttivo.

Il metodo sperimentale non è perfetto perché le grandezze fondamentali non

possono essere studiate con esso. È potentissimo ed efficace, ma non risolve tutto.

METODO: STRADA

Strumento di misura

MISURARE: CONFRONTARE

Data una grandezza fisica ho bisogno di un campione della essa che è un’unità

arbitraria di quella grandezza.

Il risultato deve avere 2 caratteristiche: il numero e l’unità di misura.

Pesare un paziente significa confrontarlo con la grandezza dei kg.

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Grandezze fondamentali

Vengono definite fondamentali perché da queste si possono ottenere delle

grandezze derivate, ovvero una combinazione tra queste.

Le più comuni in ospedale sono:

Lunghezza (metro)

• Massa (chilogrammo)

• Tempo (secondo)

•

Meccanica

Si occupa dell’interazione dei corpi di dimensioni finite e si divide in:

cinematica (movimento): si occupa della descrizione del movimento dei corpi.

• dinamica: si occupa della causa del movimento dei corpi.

• statica: si occupa dell’equilibrio.

•

Movimento

Il movimento di un corpo si descrive in modo quantitativo. Abbiamo bisogno di un

sistema di riferimento (2 assi orientati che si intersecano in un punto, ovvero il piano

cartesiano) inventato da Cartesio, che aiuta a passare dal mondo qualitativo ad un

mondo quantitativo.

La posizione è una coppia di coordinate su un piano:

y P(4,4)

0 x

2

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Diagramma orario

Modo semplice di rappresentare il movimento di un corpo su un piano

bidimensionale.

Quando la linea sale il punto si allontana dall’origine, quando la linea scende si

avvicina dall’origine e quando sta in piano non si allontana e non si avvicina.

x(m) 3

2

1

-1 0 1 2 3 t(s)

5

1 3

-1 2 4

Velocità (cinematica)

Delta : è una variazione (qualcosa che nel tempo cambia), si calcola così: valore

finale - valore iniziale.

Quando un corpo rispetto ad un sistema di riferimento cambia la sua posizione

presenta una velocità. x(m) t(s)

x − xiniziale

0 Δx

2 3 4 finale

1 V = = 0 0

Δt

t − t

finale iniziale

2 − 0 2 2

V = 1m /s

=

2 − 0

Le grandezze fisiche relative dipendono dal loro sistema di riferimento (velocità).

Le grandezze fisiche assolute non dipendono dal loro sistema di riferimento

(temperatura).

3

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Lezione2

La velocità e la posizione sono grandezze relative, quindi dipendono dal sistema di

riferimento.

Il tempo è una grandezza assoluta, ovvero non dipendono dal sistema di misura

Le grandezze possono essere:

Scalari: quando una grandezza fisica si misura con dei numeri.

• Vettoriali: i vettori sono dei numeri più qualcos’altro

•

Le grandezze vettoriali hanno 3 caratteristiche:

1. il modulo (grandezza del vettore),

2. la direzione (è una retta che si ottiene dal prolungamento del vettore)

3. il verso (è l’orientamento del vettore su quella direzione).

I vettori servono perché tutte le grandezze cinematiche non sono ottenibili solo con

un numero.

Quando hanno modulo uguale e formano 45° il vettore somma è uguale

Δx

lim = V

Velocità media: Δt−>0 Δt

Accelerazione

Un corpo si può muovere in modo da cambiare la sua velocità nel tempo; tutti i moti

sulla terra sono moti dove la velocità cambia.

ΔV m /s 2

a = = m /s

Δt s

ΔV

lim

a istantanea = Δt−>0 Δt

accelerazione, velocità e posizione sono tre grandezze cinematiche con cui viene

descritto il moto dei corpi. Durante il moto, c’è qualcosa che rimane costante, il

V

vettore velocità . Esso ha direzione costante, modulo costante, verso costante.

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Moto rettilineo uniforme

Moto di un corpo che va lungo una retta in eterno

S = V ⋅ t la velocità può essere negativa/positiva

0 Il tempo può essere negativo

Questo è il metodo più semplice che risponde a tutte le grandezze fisiche.

Moto uniformemente accelerato

In questo caso il vettore è costante. Se l’accelerazione è costante la direzione

e il verso non cambiano. La velocità, ogni secondo, cambia sempre della stessa

quantità.

1 2

S = a ⋅ t lo spazio percorso è proporzionale al quadrato del tempo che

0

2

scorre.

Quando i corpi cadono si ha un moto uniformemente accelerato; quando i corpi

cadono seguono la legge oraria.

g= accelerazione di gravità, che è la stessa per tutti i corpi.

Nelle leggi cinematiche, non c’è massa perché i corpi si muovono

indipendentemente da essa.

Dinamica

Questa forza è definita dal 2° principio della dinamica

F = m ⋅ a tutte le volte che si applica una forza, il corpo subisce

un’accelerazione

m= grandezza scalare, ovvero, non cambia in base al sistema di riferimento

Ogni volta che si vede un’accelerazione vuol dire che c’è una forza

F

m assa = costante di proporzionalità tra la forza e l’accelerazione

a

Per far cambiare la velocità ad un corpo, si deve applicare una forza.

1° principio

F = m ⋅ a quando applico una forza, il corpo subisce una modifica di velocità.

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F a

= causa m= costante di proporzionalità = effetto

F F

m (10)

1 0 0

a = =

F 1

0 m 10m

1 1

F F

m (1)

2 0 0

F a = =

2

0 m m

2 2

Più la massa è grande, più il moto cambia il meno possibile; più la massa è piccola,

più l’accelerazione tende ad aumentare

MASSA INERZIALE: MASSA CHE SI OTTIENE DALLA FORMULA INVERSA DEL 1° PRINCIPIO

DELLA DINAMICA.

Lezione3

Dinamica

Le leggi cinematiche non considerano la massa. Secondo il 1° principio della

dinamica, se un oggetto è fermo, la somma di tutte le forze applicate è 0.

INERZIA: CAMBIARE IL SUO STATO DI MOTO. L’OGGETTO FA FATICA, QUINDI TENDE A

RIMANERE IN MOTO COSTANTE.

MASSA INERZIALE: CIÒ CHE SI OPPONE AL CAMBIAMENTO DI MOTO.

Massa gravitazionale

m ⋅ M

t

F = G ⋅ essa è ottenuta dall’applicazione sulla reazione di Newton.

r 2 2

M r

F= massa gravitazionale = massa della terra = Distanza tra centro

t terra e centro

corpo che cade

Forza peso m

F = m ⋅ a a =

m= kg s 2

P = m ⋅ g il peso si misura in Newton

P = 70 ⋅ 9,8N

M= 70 kg

−P La forza peso non esiste sempre, ma solo

m 0

6 P = m ⋅ g

0

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quando c’è qualcosa che la stimola. Essa è la reazione del vincolo (tavolo) al corpo

(mouse).

Quando viene applicata una data forza peso, la reazione vincolare cede.

Forza di attrito

Esistono due forme di attrito: statico e dinamico

R = F F

n = forza normale

n F = u ⋅ F u = coefficiente di attrito statico

s s n s

La forza di attrito statico dipende da e dal materiale delle

F

p superfici.

F = u ⋅ F u = coefficiente di attrito dinamico

d d n d

L’attrito dinamico si applica tra due superfici che scorrono l’una rispetto all’altra.

Serve una forza per mantenere l’oggetto in moto e una forza per tenerlo in attrito

dinamico.

Quando partiamo con la macchina, abbiamo attrito statico; quando freniamo

abbiamo l’attrito dinamico.

Quando la somma delle forze applicate non è 0, il corpo si muove si moto

uniformemente accelerato.

M = F ⋅ d (quando sono perpendicolari) M= movimento

M = F ⋅ d (quando non sono perpendicolari)

⟂

L’effetto di applicare un momento al corpo è di farlo ruotare F

F F

L’effetto di applicare una coppia di forze ( ) è di far ruotare

2 1 il corpo

M = F ⋅ d M = F ⋅ d

1 1 2 2

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Per girare con il motorino bisogna applicare una forza verso l’alto e una verso il

basso.

Un corpo è in equilibrio quando la somma dei momenti è 0.

M = F p2 ⋅ d = m ⋅ g ⋅ d M = F p1 ⋅ d = m ⋅ g ⋅ d

2 2 2 2 1 1 1 1

m ⋅ d

1 1

d =

2 m 2

I momenti devono essere uguali

m = 10kg

1 10 ⋅ 1

d = 1m d = = 0,5m

1 2 20

m = 20kg

2

d = 0,5m

2

Quello che pesa di più deve mettersi il più lontano possibile, quello che pesa di

meno più vicino.

Lezione4

Caduta dei corpi

La caduta dei corpi è indipendente dalla massa

⋅ d

m = F quando non sono perpendicolari, il modulo del vettore momento è

⟂

uguale al prodotto della forza per la distanza.

Due forze applicate sullo stesso braccio con la stessa direzione, ma con versi

differenti. L’equilibrio si ha quando i due momenti sono opposti (-2, +2)

Applicazione dei momenti

F

0 d

F

p

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M = F ⋅ d

0 0

M = F ⋅ d

1 1

M + M = 0

0 1

F = equilibri