Laboratorio di fisica con elementi di statistica

A.A. 2018/2019
Insegnamento per
10
Crediti massimi
96
Ore totali
SSD
FIS/01
Lingua
Italiano
Obiettivi formativi
Il corso di Laboratorio di Fisica con Elementi di Statistica ha due obiettivi principali: a) fornire allo studente le conoscenze matematiche necessarie per il trattamento dei dati osservativi e sperimentali tramite le opportune analisi statistiche; b) affrontare lo studio della fisica dei sistemi meccanici oscillanti in laboratorio con una serie di esperimenti che permettano allo studente di acquisire competenze nella programmazione di un esperimento, nella raccolta dei dati sperimentali e della loro analisi statistica, nell'analisi e rielaborazione dei problemi incontrati nel passaggio da un modello teorico alla situazione reale.

Struttura insegnamento e programma

CORSO A
Edizione attiva
Responsabile
FIS/01 - FISICA SPERIMENTALE - CFU: 10
Laboratori: 48 ore
Lezioni: 48 ore
Turni:
Docente: Camera Franco
Lezioni in comune con studenti Turno 1 - Turno 2 - Turno 3 - Turno 4
Docente: Camera Franco
Turno 1
Docente: Perini Laura
Turno 2
Docente: Piseri Paolo Giuseppe Carlo
Turno 3
Docenti: Arosio Paolo, Vecchi Roberta
Turno 4
Docente: Crespi Fabio Celso Luigi
Programma
La prima parte del corso è finalizzata a fornire agli studenti le necessarie basi di statistica e di analisi dati, in particolare:

1. Concetti generali di Statisica:
1a. Unità di Misura, Errori, Cifre significative
1b Valor medio, Deviazione standard, Deviazione dalla media, Istogramma
2. Statistica Formale:
2a. Definizione di probabilità, Legge di probabilità totale e composta
2b. Statistica combinatoria e distribuzione Binomiale e Poissoniana
2c. Variabili aleatorie, densità di probabilità, distribuzione Gaussiana
2d. Teorema limite centrale, propagazione errori
3. Analisi dati
3a. Metodo massima verosimiglianza, Minimi Quadrati, estrapolazione,interpolazione
3b. Osservabile c2, Test del c2 , Verifica linearità
3c. Osservabile 't di Student'
3d. Intervallo di confidenza, test del c2 , test di Fisher
4. Presa dati in aula - Dadi e Pendolo
Alla fine del primo semestre (entro il 10 gennaio) verrà richiesta la compilazione di un 'template' dadi+pendolo. Il lavoro NON è di gruppo ma personale.
Alla fine del primo semestre verrà fatto un test di conoscenza della statistica propedeutico alla attività sperimentale che verrà svolta nel II semestre
Libro di testo:
Gaetano Cannelli - Metodologie Sperimentali in fisica (EdiSES)

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 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.
Metodi didattici
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
FIS/01 - FISICA SPERIMENTALE - CFU: 10
Laboratori: 48 ore
Lezioni: 48 ore
Turni:
Lezioni in comune con studenti Turno 1 - Turno 2 - Turno 3
Docente: Maugeri Maurizio
Turno 1
Docente: Maugeri Maurizio
Turno 2
Docente: Gariboldi Leonardo
Turno 3
Docente: D'Auria Saverio
Turno 4
Docente: Loewenstein Silva Ruth
Programma
Programma
Analisi delle incertezze e statistica.
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.
11) distribuzioni di probabilità.
Oscillazioni e onde materiali e relativi esperimenti.
1) Moto del pendolo conico.
2) Moto del pendolo semplice. Misura della costante di gravità con il pendolo semplice: configurazione ottimale, peso delle approssimazioni e curva di distribuzione delle misure.
3) Costante di elasticità statica.
4) Oscillatore massa-molla semplice. Misure di frequenza, costante di elasticità statica e dinamica, smorzamento, risonanza e fase; fit delle curve della costante di elasticità.
5) L'oscilloscopio: la sua fisica e le sue caratteristiche.
6) 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).
7) Verifica dell'armonicità e dell'anarmonicità nei moti oscillatori verificando la presenza di componenti spettrali.
8) Sistema di due masse e tre molle (sistema a due gradi di libertà) con oscillazioni longitudinali; 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.
9) 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.
10) 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.
11) Acquisizione automatica dei dati (sensoristica, grafici, interpolazioni, estrapolazioni).
12) Onde di superficie nell'acqua ed onde stazionarie.
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
Non sono richiesti prerequisiti specifici.

La valutazione finale è data da una sintesi ragionata dei seguenti quattro elementi di valutazione: prova scritta di statistica; relazioni scritte, di gruppo, su 2 esperimenti che saranno indicati durante il corso; valutazione sull'attività in laboratorio; prova pratica con colloquio orale su tutti gli esperimenti da tenersi subito dopo la fine del corso. Questa prova si propone di verificare che le abilità mostrate dai vari gruppi di lavoro siano state acquisite da ogni componente del gruppo, mentre il contestuale colloquio si propone di verificare che lo studente, oltre a saper svolgere le esperienze, abbia anche un chiaro quadro degli aspetti teorici relativi ad esse e sappia riflettere criticamente sull'esperienze che ha effettuato.
Metodi didattici
Modalità di erogazione: lezioni frontali, attività di laboratorio in aula e attività di laboratorio condotte a cura degli studenti.
Materiale didattico e bibliografia
J.R.Taylor, Teoria degli errori di misura, Zanichelli.
Schede delle singole esperienze verranno rese disponibili sul sito del corso.

https://mmaugerilfes.ariel.ctu.unimi.it/v5/Home/
Periodo
annuale
Periodo
annuale
Modalità di valutazione
Esame
Giudizio di valutazione
voto verbalizzato in trentesimi
Docente/i
Ricevimento:
su appuntamento
Stanza A/4/C6 (IV piano edificio LITA)
Ricevimento:
Venerdi pomeriggio (15:00-17:00) - Si consiglia vivamente di prendere prima contatto con il docente via e-mail
Ufficio
Ricevimento:
su appuntamento scrivere a fabio.crespi@unimi.it
Ufficio Primo Piano Edificio LITA (A/1/C13), Dipartimento di Fisica via Celoria 16
Ricevimento:
Su appuntamento e-mail/tel.
Via Celoria 16, Edificio Lita, secondo piano
Ricevimento:
per appuntamento
via Celoria 16
Ricevimento:
Venerdì 10.45-12.45
ufficio quarto piano edificio LITA al Dipartimento di Fisica
Ricevimento:
su appuntamento
studio, Dip. Fisica (via Celoria 16), edificio E, piano rialzato, stanza R007