9796572 - LABORATORIO DI FISICA I A - L
Modulo LABORATORIO

Conoscenza e capacità di comprensione:

• Capacità di ragionamento induttivo e deduttivo.
• Capacità di schematizzare un fenomeno naturale in termini di grandezze fisiche scalari e vettoriali. !"Capacità di impostare un problema utilizzando opportune relazioni fra grandezze fisiche (di tipo algebrico, integrale o differenziale) e di risolverlo con metodi analitici o numerici. 
• Capacità di montare e mettere a punto semplici configurazioni sperimentali, e di utilizzare strumentazione scientifica per misure termomeccaniche
• Capacità di effettuare l'analisi statistica dei dati.

L'insegnamento è suddiviso in lezioni frontali, che si terranno nella prima parte del corso, ed esperimenti da fare in laboratorio nella seconda parte.

Le ore frontali sono dedicate al metodo di misura, analisi dati ed elementi di statistica. Sono previste esercitazioni durante le ore frontali allo scopo di preparare gli studenti ad eseguire correttamente le esperienze di laboratorio che faranno nella seconda parte dell'insegnamento.

6 CFU (corrispondenti a 7 ore ciascuno) sono dedicati a lezioni in Aula, per un totale di 42 ore, e 6 CFU (corrispondenti a 15 ore ciascuno) sono dedicati a esercitazioni in Laboratorio, per un totale di 90 ore. Il corso, di 12 CFU, comprende quindi complessivamente a 132 ore di attività didattiche.

Durante il corso saranno programmate visite guidate ai Lavoratori Nazionali del Sud e agli Enti di Ricerca che lavorano presso il Dipartmento di Fisica e Astronomia

Qualora l'insegnamento venisse impartito in modalità mista o a distanza potranno essere introdotte le necessarie variazioni rispetto a quanto dichiarato in precedenza, al fine di rispettare il programma previsto e riportato nel syllabus. 

Conoscenze di base di Matematica (elementi di analisi) e di Fisica 1.

È utile, e quindi fortemente consigliato, avere superato gli esami o aver studiato Fisica 1 e Analisi Matematica 

Il corso è di 12 crediti. 132 ore di didattica tra lezioni in aula ed esercitazioni in laboratorio.

In particolare sono previste 42 ore di lezione in aula e 90 ore di esercitazioni guidate in laboratorio che comprendono sia la descrizione dei diversi esperimenti presenti in laboratorio che la presa e analisi dei dati

Analisi dei dati sperimentali e cenni di Statistica

• Il Metodo Scientifico.
• La misura delle grandezze fisiche. Definizione (operativa) di grandezza e sua misura. Grandezze fondamentali e derivate. Unità di misura e sistemi di unità di misura: Il sistema internazionale.
• Presentazione delle misure e cifre significative. Leggere una formula e verificarne la sua correttezza (analisi dimensionale)
• Caratteristiche di uno strumento di misura
• Errori e/o incertezze. Errori sistematici e casuali.
• L'errore totale nelle misurazioni, errore relativo, grado di precisione.
• Misure singole e/o multiple. La migliore stima dell'errore (moda, mediana e media)
• Eventi casuali,variabili aleatorie- Definizione classica, frequentista e assiomatica di probabilità -probabilità totale, probabilità condizionata,probabilità composta
• Popolazione statistica - campionamento - legge dei grandi numeri - speranza matematica per variabili casuali discrete e continue - densità di probabilità - momenti - teorema del limite centrale
• Scarti, scarto quadratico medio, deviazione standard della popolazione, del campione e della media. !" Propagazione degli errori.
• Rappresentazione dei dati: tabelle, istogrammi e grafici.
• Istogrammi: dal discreto alla distribuzione limite.
• La distribuzione di Gauss come distribuzione limite per misure affette da errori casuali.
• La misura di una grandezza fisica influenzata da fenomeni casuali e stima del valore atteso.
• Il criterio di massima verosimiglianza.
• Distribuzioni di probabilità: t-student , Binomiale , Poisson, χ2
• Test del chi-quadro.
• Grafici e relazioni funzionali

Ore di Laboratorio (24 ore fontali e in laboratorio) dedicate a:

descrizione degli strumenti di misura: nonio, vari tipi di calibro;
descrizione dei dispositivi meccanici utilizzati per creare e mantenere il vuoto;
Cenni di informatica e hardware degli elaboratori elettronici;
Descrizione delle esperienze di laboratorio.

Esperienze in laboratorio (66 ore ):

Dinamica del punto materiale e del corpo rigido

TESTI CONSIGLIATI per l'analisi dei dati e la statistica

1. J.R. Taylor: INTRODUZIONE ALL'ANALISI DEGLI ERRORI - LO STUDIO DELLE INCERTEZZE NELLE MISURE FISICHE, Zanichelli

2. M. Loreti: Teoria degli Errori e Fondamenti di Statistica, Decibel, Padova

3. R. Bevington: Data Reduction and Error Analysis for the Physical Sciences

4. slides delle lezioni \ dispense docente 

5. R. Piazza: I capricci del caso, Springer-Verlag Italia 

TESTI CONSIGLIATI per l'analisi dei dati e la statistica

1. J.R. Taylor: INTRODUZIONE ALL'ANALISI DEGLI ERRORI - LO STUDIO DELLE INCERTEZZE NELLE MISURE FISICHE, Zanichelli

2. M. Loreti: Teoria degli Errori e Fondamenti di Statistica, Decibel, Padova

3. R. Bevington: Data Reduction and Error Analysis for the Physical Sciences

4. slides delle lezioni \ dispense docente 

5. R. Piazza: I capricci del caso, Springer-Verlag Italia 

Gli studenti da gennaio a giugno eseguiranno (in gruppi di 3 o 4 persone) la presa e l’analisi dei dati di alcune esperienze presenti in laboratorio assistiti dal docente.

Ogni gruppo sarà impegnato su 6 esperienze di laboratorio secondo un calendario che verrà reso disponibile entro il mese di dicembre.

Ogni gruppo potrà scegliere un’esperienza (As) dalla tabella A e un’esperienza (Bs) dalla tabella B, avendo

cura di fare scelte diverse da quelle degli altri gruppi. Nel caso in cui non si raggiungesse un accordo, sarà il docente a dirimere le controversie.

Le rimanenti quattro esperienze (A1, A2, A3, A4) saranno assegnate dall’insegnante, prendendole dalla tabella A

Ogni gruppo avrà tempo di acquisire i dati relativi dell’esperienza scelta As entro la fine del primo periodo

didattico (fine gennaio). Subito dopo la fine del primo periodo didattico (metà Febbraio) dovrà consegnare una relazione (unica per il gruppo) su detta esperienza As.

Questa relazione costituirà la prova in itinere.

Tali relazioni saranno corrette e discusse con gli studenti in aula alla ripresa delle lezioni del secondo periodo didattico; gli studenti riceveranno tutte le indicazioni e i suggerimenti richiesti anche nella fase di acquisizione ed elaborazione dei dati.

Durante il secondo periodo didattico, gli studenti saranno impegnati sulle altre cinque esperienze, secondo il calendario che sarà loro fornito. In questa fase le indicazioni dell’insegnante riguarderanno solo questioni generali; ogni gruppo dovrà lavorare autonomamente, facendo tesoro di quanto appreso già con la prima esperienza. Inoltre tutti gli studenti dovranno prendere i dati dell’esperimento di Galton ed elaborarli. I risultati saranno discussi in aula.

Lo studente iall’esame sosterrà una prova pratica individuale di laboratorio su un’esperienza sorteggiata tra le quattro (A1, A2, A3, A4), assegnate dall’insegnante al suo gruppo. Su tale esperienza consegnerà una

relazione con un’analisi dei dati completa, che verrà discussa durante l’esame orale.

Prova orale: verte su tutti gli argomenti del corso e sulle esperienze spiegate dal docente durante il corso, anche se non si sono fatti esperimenti su queste. Ci sarà una ampia e dettagliata discussione sulla relazione presentata.