Laboratorio di fisica con elementi di statistica

A.A. 2015/2016
Insegnamento per
10
Crediti massimi
100
Ore totali
Lingua
Italiano
Obiettivi formativi
L'obiettivo del corso è quello di dare un metodo critico per valutare la validità dei dati sperimentali ed valutarne l'errore e l'affidabilità. L'idea su cui è costruito è quella di introdurre gli studenti alla pratica di base di un laboratorio di fisica, sia dal punto di vista dell'approccio strumentale che da quello dell'analisi dati elementare. Inoltre si propone di introdurre la visione integrata di esperimento e modello teorico, sottolineando l'importanza di una visione completa del problema fisico. Le misure sono quantitative non qualitative, non è un laboratorio che vuole mostrare un particolare fenomeno fisico. Molta enfasi è data quindi ai valori estratti dalle misure e alla ricerca quantitativa dei fenomeni che possono aver interferito con la misura stessa.

Struttura insegnamento e programma

CORSO A
Edizione attiva
Responsabile
Laboratori: 60 ore
Lezioni: 40 ore
Docenti: Camera Franco, Masserini Giulia Luisa, Piseri Paolo Giuseppe Carlo, Vecchi Roberta
Turni:
Docenti: Camera Franco, Masserini Giulia Luisa
Turno 1
Docente: Camera Franco
Turno 2
Docente: Piseri Paolo Giuseppe Carlo
Turno 3
Docenti: Camera Franco, Vecchi Roberta
Programma
La prima parte del corso è finalizzata a fornire agli studenti le necessarie basi di statistica e di analisi dati, in particolare:

1. Errori, Valor medio e Deviazione standard
2. Istogramma e stima dei sui parametri principali
3. Distribuzioni Statistiche (Binomiale e Poissoniana)
4. Distribuzione Gaussiana
5. Intervallo di confidenza, rigetto di dati e propagazione degli errori
6. Covarianza e Correlazione, metodo dei minimi Quadrati
7. Test statistici, test del 2

Nella seconda parte del corso gli studenti effettueranno una serie di esperienze (vedi elenco) e useranno gli strumenti statistici e di analisi dati per interpretare i dati acquisiti ed estrarre i valori delle osservabili fisiche misurate

1) Tecniche di misura e Dadi
2) Pendolo e accelerazione di gravità
3) Momento di inerzia e conservazione del momento angolare
4) Molle e Oscillatore Armonico libero, smorzato e forzato
5) Corda Vibrante
6) Onde Sonore e Tubo di Kundt
7) La forza di Coulomb
Informazioni sul programma
L'esame si compone in uno scritto di statistica e in un esame orale.
A Febbraio ogni allievo deve presentare una analisi (personale, non di gruppo) dei dati (guidata da template) delle esperienze del primo semestre (Pendolo e Dadi) mentre all'esame orale lo studente deve presentare una relazione personale su una esperienza (l'esperienza gli è comunicata alla fine del corso).
Propedeuticità
Il corso inizia al primo semestre del primo anno, non e' prevista nessuna propedeuticità
Prerequisiti e modalità di esame
MODALITA' D'ESAME:
Ad ogni studente viene richiesta una prova scritta, l'esecuzione di du e analisi dati guidate e la stesura di una o due relazioni (i lavori sono personali non di gruppo). Il tutto viene valutato nel complesso durante un colloquio orale.
Metodi didattici
Modalità d'esame:
Ad ogni studente viene richiesta una prova scritta, l'esecuzione di due analisi dati guidate e la stesura di una o due relazioni (i lavori sono personali non di gruppo). Il tutto viene valutato nel complesso durante un colloquio orale.
Modalità di frequenza:
- Obbligatoria la parte di laboratorio
- Fortemente consigliata la parte di statistica
Modalità di erogazione: Tradizionale
Materiale didattico e bibliografia
J.R.Taylor, Teoria degli errori di misura, Zanichelli
Periodo
annuale
CORSO B
Edizione attiva
Responsabile
Laboratori: 60 ore
Lezioni: 40 ore
Turni:
Turno 1
Docente: Maugeri Maurizio
Turno 2
Docente: D'Angelo Davide
Turno 3
Docente: Gariboldi Leonardo
Programma
Teoria della Misura.
1) sensibilità della strumentazione di misura.
2) cifre significative e incertezza della misura.
3) incertezze casuali e distribuzione gaussiana delle incertezze.
4) media e media pesata.
5) incertezze delle grandezze derivate: propagazione delle incertezze.
6) covarianza per grandezze dipendenti da due variabili.
7) livello di confidenza.
8) organizzazione dei dati in tabelle e grafici.
9) fit di curve e verifica di una legge.
10) qualità di un fit e il chiquadro come strumento di confidence level.
Oscillazioni e onde materiali e relativi esperimenti.
1) Moto del pendolo semplice. Misura della costante di gravità con il pendolo semplice: configurazione ottimale, peso delle approssimazioni e curva di distribuzione delle misure
2) Oscillatore massa-molla semplice. Misure di frequenza, costante di elasticità statica e dinamica, smorzamento, risonanza e fase; fit delle curve della costante di elasticità.
3) L'oscilloscopio: la sua fisica e le sue caratteristiche.
4) Il concetto di velocità. Misura della velocità della massa attaccata alla molla come rapporto incrementale con il sonar, verifica della bontà del limite fissando l'intervallo di tempo del sonar e variando la velocità della massa (cambiando la massa stessa).
5) Verifica dell'armonicità e dell'anarmonicità nei moti oscillatori verificando la presenza di componenti spettrali.
6) Sistema di due masse e tre molle (sistema a due gradi di libertà) con oscillazioni longitudinali e trasverse; misure delle frequenze modali, della frequenza di battimento, delle costanti di smorzamento e delle curve di risonanza e misura della frequenza di un'oscillazione generica.
7) I modi in una corda (le onde stazionarie trasversali). Misura delle frequenze e della costante di smorzamento e misura della velocità di propagazione di un impulso.
8) Le onde sonore in un tubo aperto e chiuso (tubo di Kundt) e misure sui modi normali e misura della velocità di propagazione dell'onda.
9) Acquisizione automatica dei dati (sensoristica, grafici, interpolazioni, estrapolazioni).
10) Onde di superficie nell'acqua ed onde stazionarie.
Informazioni sul programma
L'esame consiste in una prova scritta di statistica, relazioni scritte su alcuni esperimenti (con modalità indicate durante il corso), una prova orale sugli esperimenti, valutazione dell'attività in laboratorio.
Prerequisiti e modalità di esame
PREREQUISITI:
Lo studente deve avere le seguenti conoscenze di base di matematica: logaritmo, funzione esponenziale, funzioni trigonometriche, sommatoria, derivata e la sua interpretazione geometrica, integrale, numeri complessi e geometria cartesiana.

MODALITA' D'ESAME:
La valutazione finale viene formulata sulla base di:
* una prova scritta di statistica;
* due relazioni su esperienze scelte dai docenti;
* lo svolgimento delle singole esperienze in laboratorio;
* un colloquio finale su tutte le esperienze svolte.
Metodi didattici
Modalità d'esame:
La valutazione finale viene formulata sulla base di:
* una prova scritta di statistica;
* due relazioni su esperienze scelte dai docenti;
* lo svolgimento delle singole esperienze in laboratorio;
* un colloquio finale su tutte le esperienze svolte.
Modalità di frequenza:
La frequenza delle attività in laboratorio è obbligatoria. La frequenza delle lezioni in aula è fortemente consigliata.
Modalità di erogazione:
Tradizionale
Materiale didattico e bibliografia
Dispensa: I. Boscolo "Trattamento delle Misure nella Scienza, Laboratorio di Fisica" Clued
Periodo
annuale
Periodo
annuale
Modalità di valutazione
Esame
Giudizio di valutazione
voto verbalizzato in trentesimi
Docente/i
Ricevimento:
Venerdi pomeriggio (15:00-17:00) - Si consiglia vivamente di prendere prima contatto con il docente via e-mail
Ufficio
Ricevimento:
su appuntamento
Studio: dip. di Fisica - v.Celoria, 16 - ed. Lita IIIp.
Ricevimento:
Su appuntamento e-mail/tel.
Via Celoria 16, Edificio Lita, secondo piano
Ricevimento:
per appuntamento
via Celoria 16
Ricevimento:
su appuntamento
studio, Dip. Fisica (via Celoria 16), edificio E, piano rialzato, stanza R007