Laboratorio di Fisica con Elementi di Statistica

Laboratorio di Fisica

con Elementi di Statistica

Corso A

Organizzazione del corso Organizzazione del corso

Corso Annuale - 10 Crediti

docenti:

Franco Camera

Giulia Luisa Masserini Paolo Piseri

Marcello Fanti

Metodo Scientifico

1 - Osservazione / Esperimento

Si tratta di identificare le caratteristiche del fenomeno osservato, effettuando delle misurazioni adeguate, con metodi esattamente riproducibili.

2 - Formulazione di una Ipotesi 3 - Verifica

4 - Formulazione di una legge

“Scelta”

dello Strumento

Analisi Dati

Sintesi

“Relazione”

Esperimento o misura:

Raccolta Dati

Attività sperimentale per un fisico significa:

In laboratorio e fuori:

• Analisi dell’apparato sperimentale in termini degli aspetti fisici che ne determinano il funzionamento:

• Identificare tutti i fenomeni fisici che agiscono all’interno della procedura sperimentale, e riconoscere approssimazioni e assunzioni considerate.

• Studiare tutti questi fenomeni in modo da saperne valutare e quantificare gli effetti.

• Misura dell’osservabile:

• Accertarvi che i risultati che ottenete dagli strumenti di misura riflettano il fenomeno che volete misurare e non altro.

• Analisi dati e confronto del risultato ottenuto con quello atteso:

• Capire come il significato della misura si trasmette attraverso la procedura di analisi dei dati ed il loro trattamento in termini statistici.

un fisico sperimentale non si limita a usare degli strumenti

per ottenere misure

Obiettivi generali del corso

Formazione attraverso l’attività pratica per:

• descrivere in maniera appropriata un fenomeno fisico a partire

dall’osservazione, usando consapevolmente ed appropriatamente gli strumenti pratici (apparati sperimentali e strumenti di misura, tecniche di elaborazione dei dati) e quelli concettuali (definizioni, approssimazioni e modelli).

• organizzare un esperimento e realizzarlo, tenendo nella corretta considerazione (in relazione agli obiettivi) le incertezze e gli

aspetti statistici ad esse connessi.

• Interpretare e rappresentare correttamente il risultato di

un’operazione di misura di una grandezza fisica, anche in

relazione alla validazione o falsificazione di un modello.

Materiali a disposizione:

• Supporto, aste, morsetti, filo per sospensione del pendolo, masse da sospendere

• Metro/Calibro

• Cronometro a fotocellula

• Goniometro

Da considerare:

• Attrito ?

• Vibrazioni o oscillazioni del supporto ?

• Possibile estensione del filo ?

• Massa non puntiforme ?

• Moto planare ?

• Torsioni e/o rotazioni legate al vincolo ?

• Ampiezza oscillazioni ?

• ………

Esempio: Pendolo per la misura di g

2

4

T g = ! L

Posso usare l’esperimento per dare un valore a g attraverso la misura di L e T se non ho compreso l’effetto di tutti gli elementi che distinguono il sistema reale dal modello che la formula sottintende ?

Laboratorio di Fisica 1

… e se l’esperimento “non viene” ?

Questo corso dovrà portarvi a riconoscere che questa affermazione, così formulata, non ha alcun senso…

In ogni caso:

Prima di considerare se ripetere una misura o un esperimento, se i risultati appaiono sospetti:

•rivedere accuratamente i dati già acquisiti e tutta la procedura di analisi utilizzata, per identificare la possibile origine del problema.

•riconsiderare tutti i fenomeni fisici che entrano in gioco e le approssimazioni e considerazioni fatte

senza identifica il problema, rifacendo la misura si rischia di ripetere

semplicemente i medesimi errori e si riotteneranno i medesimi risultati…

Laboratorio di Fisica con Elementi di Statistica

Corso Annuale - 10 Crediti

48 ore di lezioni frontali

48 ore di lezioni frontali

esperienze e all’analisi dei dati raccolti (Camera)

Mercoledì 16:00 – 18:00 Giovedì 14:00 – 16:00

Attività in Laboratorio

Attività in Laboratorio

Lunedì Mattina 09:00 – 13:00 Martedì Pomeriggio 14:30 – 18:30 Mercoledì Mattina 09:00 – 13:00 Per informazioni e/o ricevimento studenti:

• franco.camera@mi.infn.it paolo.piseri@unimi.it

• giulia.masserini@mi.infn.it marcello.fanti@mi.infn.it

Testi Consigliati

Taylor : Introduzione all’analisi degli errori (Zanichelli)

Bevington-Robinson Data Reduction and Error Analysis (McGraw Hill)

http://lxmi.mi.infn.it/~camera/lab-fisica/

Informazioni, avvisi, materiali utili per il corso e per la

preparazione all’esame sono raccolti sul sito:

Esperienze Previste:

1° semestre

• Analisi statistica del risultato del lancio di dadi (con modulo on-line per la raccolta dei dati e relazione guidata per l’analisi; da consegnare entro febbraio)

• Misura di grandezze fisiche (con questionario on-line da compilare durante l’esperienza)

• Misura dell’accelerazione di gravità con il pendolo (con modulo on-line e relazione secondo schema assegnato e traccia per l’analisi dati; da consegnare entro febbraio)

2° semestre

• Misura del momento di inerzia e verifica della conservazione del momento angolare

• Verifica della legge di Coulomb per la forza elettrostatica; misura della permittività dell’aria

• Verifica della legge di Hooke per la forza elastica; misura della costante elastica di molle, studio di oscillazioni smorzate e di risonanze

• Onde acustiche stazionarie e misura della velocità del suono con il tubo di Kundt

In laboratorio occorre

• arrivare puntuali e preparati

• partecipare al lavoro del gruppo

• rispettare materiale e strumentazione messi a disposizione

• al termine della sessione, riordinare il proprio banco lasciando tutto esattamente come lo si è trovato

Calcolatore elettronico per attività in laboratorio

• Tutti i banchi in laboratorio sono attrezzati con PC.

• Nel caso di alcune attività vi sarà richiesto di compilare moduli on-line con i dati da voi raccolti e con i risultati di analisi preliminari.

• Sui PC è installato il software DataStudio^® di PASCO^®, in ambiente Windows^®, che serve ad acquisire dati dagli strumenti per applicazioni didattiche dello stesso produttore.

• E’ possibile utilizzare il PC, anche con gli altri applicativi installati, per l’analisi dati.

• I PC sono collegati in rete e ad internet per facilitare il trasferimento di dati e informazioni. NON è ammesso l’uso di sistemi di messaggistica, chat, social networks, etc.

• Non è ammessa l’installazione di software eseguibile da parte degli studenti

http://pcstud.fisica.unimi.it/

L’attività di laboratorio ha frequenza obbligatoria

• In caso di assenza l’esperienza DEVE essere recuperata (durante un altro turno di laboratorio) entro un mese dalla data di assenza.

• In caso di assenze non recuperate, non potranno essere assegnate le relazioni da portare all’orale e quindi non sarà possibile fare l’esame.

Esame:

Concorrono alla valutazione:

• Impegno in laboratorio e puntualità nel rispettare le scadenze

• Schede consegnate (su: Dadi e Pendolo) - entro 28 Febbraio 2013

• Esito prova Scritta di statistica - a partire da Dicembre 2012

• Relazione su una esperienza - a partire da Maggio 2013

• Esito prova Orale - a partire da Maggio 2013

Chi non consegna le relazioni su Dadi e Pendolo (preparate correttamente) entro il 28 febbraio 2013 dovrà:

• Consegnarle comunque prima dell’orale

• Preparare una relazione aggiuntiva da portare l’esame orale

Tutte le relazioni e i moduli da consegnare (almeno 2 settimane prima dell’esame) sono parte integrante dell’attività di laboratorio e NON sono da

intendere come responsabilità del gruppo, ma come compiti personali di

ciascuno di voi!

Gruppi per attività di laboratorio

•

divisi in gruppi di 3 o 4 persone

• possibile indicare il turno di laboratorio preferito

•Iscrizione attraverso elenco appeso sulla porta del laboratorio

• Massimo 8 gruppi di 4 persone per sessione di laboratorio

• possibile segnalare la preferenza per la composizione dei gruppi

Tenteremo di accontentarvi, ma in ogni caso, la decisione finale

per la formazione dei gruppi sarà dei docenti

Nota Importante:

Per motivi organizzativi NON sono permessi trasferimenti da corso A a corso B e viceversa.

In caso di particolari esigenze tuttavia, sono possibili degli scambi con studenti assegnati all’altro corso. Mettetevi d’accordo tra di voi e quindi avvisate i docenti (Camera-Maugeri) via e-mail specificando il nome e l’email degli studenti coinvolti nello scambio.

Il nome e cognome scritto in stampatello e in maniera leggibile è obbligatorio. L’e- mail è facoltativo ma molto utile per

contattare lo studente in caso di necessità

Nella parte relativa alla composizione dei gruppi, inserite il numero corrispondente alla posizione vostra e dei compagni scelti.

A ABC

4

# COGNOME NOME

1 XXX X

2 YYY Y

3 ZZZ Z

… 40

Gruppo Cognome 1 Cognome 2 Cognome 3

A n1 n2 n3

B

… J

utente@dominio.com E-Mail

X@unimi.it Y@gmail.com

Z@libero.it

Come registrarsi ed esprimere la propria preferenza di gruppo:

Inizio Lezioni

Oggi - 3 ottobre 2012 Domani - 4 Ottobre 2012

- 10 Ottobre 2012

- 11 Ottobre 2012 … etc etc

Inizio attività in laboratorio: da definire Esami:

La prima prova in itinere di statistica (esame scritto) è prevista poco prima in Natale.

Gli appelli scritti saranno uno a fine gennaio e forse uno a fine febbraio.

Le date degli appelli scritti verranno messe in rete appena ci saranno comunicate

• Una settimana dopo l’appello scritto ci sarà il corrispondente appello orale

• La relazione sull’esperienza DEVE essere consegnata una settimana prima della data dell’appello scritto associato all’appello orale. Relazioni consegnate in

ritardo non daranno l’accesso all’orale

Nota Importante:

Ci sarà una prova in itinere e 1-3 appelli scritti di statistica:

• Fine Dicembre

• Gennaio

• Febbraio (forse)

• Aprile (forse)

 Vi consigliamo vivamente di fare lo scritto nell’intervallo tra il primo ed il secondo semestre.

• Una buona conoscenza degli elementi statistica vi sarà molto utile e vi farà risparmiare molto tempo durante l’attività di laboratorio del II semestre

E’ meglio fare l’allenamento prima della partita non dopo !

 A partire da marzo, insieme all’attività di laboratorio, vi sarà sempre richiesto di compilare una scheda con un’analisi preliminare dei dati (di gruppo, da consegnare entro la settimana successiva)