ECTS - University of Pisa
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ELEMENTS OF PHYSICS AND PHYSIOLOGY
PAOLA TOGNINI
Academic year2019/20
CourseSPORTS AND PHYSICAL EDUCATION
Code001EB
Credits9
PeriodSemester 2
LanguageItalian

ModulesAreaTypeHoursTeacher(s)
FISIOLOGIA ED ELEMENTI DI FISICABIO/09LEZIONI72
GIANCARLO SPORTELLI unimap
PAOLA TOGNINI unimap
Obiettivi di apprendimento
Learning outcomes
Conoscenze

Modulo di Fisica:

Al termine del corso lo studente avrà acquisito conoscenze di fisica e matematica di base necessarie per la risoluzione di problemi fisici di carattere generale e in ambito biomedico. Inoltre, potrà acquisire consapevolezza delle leggi della fisica e fare semplici previsioni basate su modelli fisici di statica, cinematica, dinamica ed equilibrio dell'energia.

Modulo di Fisiologia:

Al termine del corso lo studente avra' acquisito conoscenze generali di  fisiologia degli organi e degli apparati che costituiscono l'organismo umano.

 

 

 
Knowledge

Physics module:

At the end of the course, the student will have acquired the basic physics and mathematics knowledge necessary for solving problems in general physics and in the biomedical field. In addition, he will acquire an awareness of the main physics methods and make simple predictions based on physical models of statics, kinematics, dynamics and energy budget.

Physiology module:

At the end of the course the student will have acquired general knowledge of physiology of the human body organs and systems.

 
Modalità di verifica delle conoscenze

Modulo di Fisica:

La verifica delle conoscenze sarà oggetto della valutazione del test scritto previsto in ogni sessione d'esame.

Modulo di Fisiologia:

La verifica delle conoscenze sarà oggetto della valutazione del test scritto previsto in ogni sessione d'esame.
Assessment criteria of knowledge

Physics module:

The verification of acquired knowledge will be done upon written tests provided in each exam session.

Physiology module:

The verification of acquired knowledge will be done upon written tests provided in each exam session.
Capacità

Modulo di Fisica:

Lo studente avrà acquisito conoscenze di fisica e matematica di base che gli permetteranno di risolvere problemi fisici di carattere generale e in ambito biomedico.

Modulo di Fisiologia:

Lo studente avrà acquisito conoscenze di fisiologia generale che gli permetteranno di comprendere il funzionamento dei principali apparati dell'organismo umano e le leggi fisiche di base responsabili delle specifiche funzioni.
Skills

Physics module:

The student will have acquired basic physics and mathematics knowledge that will allow him to solve problems in general physics and in the biomedical field.

Physiology module:

The student will have acquired knowledge about general physiology that will allow him to understand the functioning of the main systems of the human organism and the basic physical laws responsible for the specific functions.

 
Modalità di verifica delle capacità

Modulo di Fisica:

La verifica delle capacità di risoluzione dei problemi fisici avverrà in sessione d'esame.

Modulo di Fisiologia:

La verifica delle capacita' avverrà in sessione d'esame.
Assessment criteria of skills

Physics module:

The verification of the ability to solve physical problems will be done in the exam session through the written evaluation tests.

 

Physiology module:

The verification of acquired skills will be during a written exams, including theoric questions and physiology problems. 
Comportamenti

Modulo di Fisica:

Lo studente potrà acquisire e/o sviluppare accuratezza e precisione nel valutare le grandezze fisiche e prevedere il comportamento degli agenti in un sistema fisico tramite semplici modelli matematici.

 
Behaviors

Physics module:

The student will be able to acquire and/or develop accuracy and precision in assessing physical quantities and predicting the behaviour of agents in a physical system through simple mathematical models.
Modalità di verifica dei comportamenti

Modulo di Fisica:

Durante le sessioni didattiche saranno valutati il grado di accuratezza e precisione delle attività svolte dagli studenti
Assessment criteria of behaviors

Physics module:

During the didactical sessions, the assessment will focus on the degree of accuracy and precision of the activities carried out by the students
Prerequisiti (conoscenze iniziali)

Modulo di Fisica:

  • Linguaggio elementare degli insiemi
  • Elementi di logica
  • Operazioni con numeri naturali, interi, razionali, reali
  • Disuguaglianze e relative regole di calcolo; proprietà delle potenze
  • Algebra elementare, equazioni e disequazioni algebriche di primo e secondo grado
  • Elementi di trigonometria
  • Funzioni elementari: potenze, polinomi, radici, esponenziali, logaritmi
  • Funzioni trigonometriche fondamentali

Modulo di Fisiologia:

Conoscenze di base di anatomia umana, biologia e biochimica, principi base di fisica (livello scuola superiore).
Prerequisites

Physics module:

  • Principles of sets theory
  • Principles of logic
  • Operations with natural, integer, rational, real numbers
  • Inequalities and related calculation rules; properties of powers
  • Elementary algebra, first and second-degree algebraic equations and inequalities
  • Elements of trigonometry
  • Elementary functions: powers, polynomials, roots, exponentials, logarithms
  • Fundamental trigonometric functions

Physiology module:

Basic knowledge of human anatomy, biology and biochemistry, basic principles of physics (high school level).

 
Indicazioni metodologiche

Modulo di Fisica:

Le lezioni frontali e le esercitazioni numeriche sono svolte con l'ausilio della lavagna e del proiettore

Gli studenti hanno accesso a un portale di elearning dal quale è possibile scaricare gli appunti delle lezioni teoriche e tutti gli esercizi svolti in classe

La comunicazione docente-studenti avviene a fine lezione, attraverso il portale di elearning, per email e a ricevimento su appuntamento

Quando necessario, le lezioni verranno svolte da remoto sulle piattaforme dedicate di ateneo quali Microsoft Teams and Google Meet.

 

Modulo di Fisiologia:

Le lezioni frontali  sono svolte con l'ausilio della lavagna e del proiettore.

Gli studenti hanno accesso a un portale di elearning e al gruppo teams di office dai quali è possibile scaricare le presentazioni con gli appunti delle lezioni.

La comunicazione docente-studenti avviene a fine/inizio lezione, attraverso il portale di elearning, per email e a ricevimento su appuntamento.

 
Teaching methods

Physics module:

The lectures and numerical exercises are carried out with the help of the blackboard and the projector

Students have access to an e-learning portal from which it is possible to download the notes of the theoretical lessons and all the exercises carried out in the classroom

Teacher-student communication takes place at the end of the lesson, through the e-learning portal, by email and by appointment.

When necessary, lessons will be conducted remotely on dedicated university platforms such as Microsoft Teams and Google Meet.

 

Physiology module:

The lectures are carried out with the help of the blackboard and the projector.

Students have access to an elearning portal and to the “office teams group” from which it is possible to download the presentations with the notes of the lessons.

Teacher-student communication takes place at the end / beginning of the lesson, through the e-learning portal, by email and by appointment.

When necessary, lessons will be conducted remotely on dedicated university platforms such as Microsoft Teams.

 
Programma (contenuti dell'insegnamento)

 

Modulo di Fisica:

  1. Le grandezze fisiche e la loro misura, sistemi di unità di misura, equivalenze. Grandezze scalari e vettoriali, rappresentazione vettoriale e componenti di un vettore. Elementi di trigonometria. 
  2. Operazioni tra vettori: somma e differenza di vettori, prodotto di uno scalare per un vettore, prodotto scalare e prodotto vettoriale. Cenni sulle funzioni, retta e parabola. Introduzione alla cinematica, i concetti di traiettoria e legge oraria. Il vettore spostamento, la velocità media e la velocità istantanea. 
  3. Il vettore accelerazione media e istantanea. Descrizione del moto rettilineo uniforme e uniformemente accelerato. Rappresentazione grafica della legge oraria del moto in questi due casi. 
  4. Cenni sull'accelerazione gravitazionale, la caduta di un grave. Il moto parabolico ed applicazioni al calcolo della gittata. Il moto circolare uniforme. 
  5. La forza e i tre principi della dinamica traslatoria. Sistemi inerziali e non. Unità di misura della forza: il Newton. Scomposizione delle forze. La quantità di moto. Principio della conservazione della quantità di moto. Teorema dell'impulso. 
  6. Forza di una molla, reazione vincolare e tensione di una fune. Forza di gravità.
  7. Lavoro ed energia. Definizione di lavoro e di Joule. Definizione di Energia e principio di conservazione dell'energia. Definizione di Energia cinetica e teorema dell'energia cinetica. Definizione di Forze conservative e non conservative. Energia potenziale ed esempio dell'energia potenziale gravitazionale.
  8. Campo di forze elastiche, costante elastica e legge di Hooke, il modulo di elasticità di Young, sforzo e stiramento. Esempio di allungamento di una molla in condizioni statiche e dinamiche. Molle in serie ed in parallelo. Forze non conservative. La conservazione dell'energia nel caso di forze non conservative.
  9. L'attrito e il coefficiente di attrito statico e dinamico. Potenza e rendimento. Equilibrio del corpo rigido. Definizione di momento di una forza e condizioni di equilibrio traslazionale e rotazionale. Vincoli e leve, tipi di leve e guadagno di una leva. 
  10. La carrucola e la puleggia. Definizione di centro di massa e baricentro e metodo dei bilanciamenti per la ricerca del baricentro. La dinamica del corpo rigido. Cenni sui concetti di velocità e accelerazione angolare, momento di inerzia, momento angolare ed energia cinetica rotazionale. 
  11. Cenni di biomeccanica: esempio dell'articolazione dell'anca. Le leve nel corpo umano: gli esempi della testa, del piede e del braccio. 
  12. Fluidi: densità, pressione idrostatica e legge di Stevino. Il galleggiamento e la spinta di Archimede. Cenni di fluidodinamica.
  13. Termologia: calore, calore specifico, passaggi di stato.

Modulo di Fisiologia:

  1. Scambio e trasporto di membrana
  2. Proprietà generali dei neuroni
  3. Potenziali graduati e potenziali d'azione
  4. Reti nervose, sinapsi chimiche e plasticità sinaptica
  5. Principi generali dei sistemi sensoriali, trasduzione dei segnali fisici, segnali tonici e fasici, nozione di campo recettivo
  6. Il sistema somatosensoriale. Recettori sensoriali cutanei, Fusi neuromuscolari ed organi tendinei del Golgi. Vie nervose somatosensoriali. Corteccia somatosensoriale. Organizzazione topografica e plasticità
  7. Il senso del tatto. Risposte neurali a stimoli tattili. Teoria del cancello. Dolore riferito.
  8. Sistema uditivo. Definizione fisica del suoni: ampiezza e frequenza. Anatomia dell'orecchio, neuroni sensoriali uditivi, selettività per le frequenze, vie afferenti, patologie del sistema acustico
  9. Elementi di percezione acustica. Elaborazione di sensazioni acustiche elementari (posizione e tono), percezione di sequenze di suoni
  10. Sistema visivo. Anatomia dell'occhio, messa a fuoco. Deficit rifrattivi e dell'accomodazione. Trasduzione delle immagini mediante i fotorecettori. Tipi di fotorecettori e di cellule retiniche. Patologie della retina
  11. Elementi di percezione visiva. Elaborazione dei segnali visivi nella retina e nelle vie afferenti corticali, corteccia visiva primaria.
  12. Principli basi d visione binoculare, percezione del colore, profondità, movimento.
  13. Risoluzione di sensazione ambigue mediante il ricorso a conoscenze a priori
  14. Anatomia dei nervi cranici. Riflessi spinali. Organizzazione funzionale della corteccia cerebrale, tecniche di imaging per l'analisi della funzione cerebrale.
  15. Sistema nervoso autonomo
  16. Muscoli scheletrici e contrazione muscolare
  17. Controllo del movimento
  18. Cuore: anatomia e funzione
  19. Pressione arteriosa e scambi capillari
  20. Sistema respiratorio: anatomia e funzione
  21. Funzione respiratoria e trasporto dei gas
  22. Fisiologia renale
  23. Fisiologia del sistema endocrino
  24. Cenni su metabolismo e bilancio energetico. 
Syllabus

Physics module:

  1. Physical quantities and their measurement, systems of measurement units, equivalences. Scalar and vector quantities, vector representation and components of a vector. Elements of trigonometry.
  2. Operations between vectors: sum and difference of vectors, product of a scalar for a vector, scalar product and vector product. Notes on the functions, line and parabola. Introduction to kinematics, the concepts of trajectory and equations of motion. The displacement vector, average speed and instantaneous speed.
  3. Mean and instantaneous acceleration vector. Description of uniform and uniformly accelerated rectilinear motion. Graphical representation of the equations of motion in these two cases.
  4. Notes on gravitational acceleration, falling bodies. Parabolic motion and applications to range calculation. Uniform circular motion.
  5. Forces and the three principles of translational dynamics. Inertial and non-inertial systems. Force measurement unit: Newton. Force components. Momentum and momentum conservation principle. Impulse theorem.
  6. Force of a spring, constraint reaction and tension of a rope. Force of gravity.
  7. Work and energy. Definition of work and Joule. Definition of Energy, principle of energy conservation. Definition of kinetic energy and kinetic energy theorem. Definition of conservative and non-conservative forces. Potential energy and example of gravitational potential energy.
  8. Field of elastic forces, elastic constant and Hooke's law, Young's modulus of elasticity, effort and stretching. Example of elongation of a spring in static and dynamic conditions. Springs in series and in parallel. Non-conservative forces. Conservation of energy in the case of non-conservative forces.
  9. Friction and the static and dynamic friction coefficient. Power and efficiency. Rigid body balance. Definition of moment of a force and conditions of translational and rotational equilibrium. Constraints and levers, types of levers and gain of a lever.
  10. The pulley and the pulley. Definition of center of mass and center of gravity and method of balances for finding the center of gravity. The dynamics of the rigid body. Notes on the concepts of angular velocity and acceleration, moment of inertia, angular momentum and rotational kinetic energy.
  11. Introduction to biomechanics: example of the hip joint. Levers in the human body: examples of the head, foot and arm.
  12. Fluids: density, hydrostatic pressure and Stevin's law. Archimedes' buoyancy and thrust. Elements of fluid dynamics.
  13. Thermology: heat, specific heat, state changes.

Physiology module:

  • Membrane exchange and transport
  • General properties of neurons
  • Graduated potentials and action potentials
  • Nerve networks, chemical synapses and synaptic plasticity
  • General principles of sensory systems, transduction of physical signals, tonic and phasic signals, concept of receptive field
  • The somatosensory system. Cutaneous receptors, neuromuscular spindles and Golgi tendon organs. Somatosensory nerve pathways. Somatosensory cortex.: topographical organization and plasticity
  • The sense of touch. Neural responses to tactile stimuli. Gate theory. Pain sensation
  • Auditory system. Physical definition of sounds: amplitude and frequency. Ear anatomy, auditory sensory neurons, frequency selectivity, afferent pathways, pathologies of the acoustic system
  • Elements of acoustic perception. Processing of elementary acoustic sensations (position and tone), perception of sound sequences
  • Visual system. Eye anatomy. Refractive and accommodation deficits. Transduction of images by photoreceptors. Types of photoreceptors and retinal cells. Retinal pathologies
  • Elements of visual perception. Processing of visual signals in the retina and cortical afferent pathways, primary visual cortex.
  • Basic principles for binocular vision, Color perception, depth, movement.
  • Ambiguous sensation resolution through the use of a priori knowledge
  • Anatomy of the cranial nerves. Spinal reflexes. Functional organization of the cerebral cortex, imaging techniques to study brain functions
  • Autonomic nervous system
  • Skeletal muscles and muscle contraction
  • Motion control
  • Heart: anatomy and function
  • Blood pressure and capillary exchanges
  • Respiratory system: anatomy and function
  • Respiratory function and gas transport
  • Kidney physiology
  • The endocrine system
  • Basic principles of metabolism and energy balance
Bibliografia e materiale didattico

Modulo di Fisiologia:

Libro di testo: FISIOLOGIA UMANA – 8/Ed. Dee Unglaub Silverthorn

 

Modulo di Fisica:

Testo di riferimento:

  • "Fisica con Fisica Moderna", Douglas G. Giancoli, Casa Editrice Ambrosiana.


Testi aggiuntivi per approfondimenti:

  • "Fisica Biomedica", Domenico Scannicchio, Edises (per esempi di fisica nelle applicazioni biomediche).
  • "Fisica 1", David Halliday, Robert Resnick, Kenneth S. Krane, Casa Editrice Ambrosiana (per l'algebra dei vettori).
Bibliography

Physics module:

Reference text:

  • "Physics: Principles with Applications, Global Edition", Douglas G. Giancoli, Pearson Higher Education.


Additional texts for specific topics:

  • "Fisica Biomedica", Domenico Scannicchio, Edises (for examples of physics in biomedical applications).
  • "Physics 1", David Halliday, Robert Resnick, Kenneth S. Krane, John Wiley & Sons Inc (for vector algebra).

 Physiology module:

Book:

Human Physiology: An Integrated Approach (8th Edition) by Dee Unglaub Silverthorn
Modalità d'esame

Prove scritte
Assessment methods

Written tests
Updated: 05/06/2020 10:03