Laboratorio di Fisica con Elementi di Statistica

Laboratorio di Fisica con Elementi di Statistica

Corso A

Organizzazione del corso

Corso Annuale - 10 Crediti

docenti:

Franco Camera

Giulia Luisa Masserini Paolo Piseri

Marcello Fanti

Laboratorio di Fisica con Elementi di Statistica

Corso Annuale - 10 Crediti

48 ore di lezioni frontali

esperienze e all’analisi dei dati raccolti (Camera)

Martedì 16:00 – 18:00 Giovedi 16:00-18:00

Attività in Laboratorio

Martedì Mattina 09:00 – 13:00 Mercoledì Pomeriggio 14:30 – 18:30 Giovedì Mattina 09:30 – 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

Gaetano Cannelli – Metodologie Sperimentali in fisica (EdiSES) 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 (esperienze guidate)

• Analisi statistica del risultato del lancio di dadi (da consegnare entro fine 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 analisi dati secondo uno schema assegnato; da consegnare entro fine febbraio)

2° semestre (lavorerete autonomamente)

• Misura del momento di inerzia e verifica della conservazione del momento angolare (2 sessioni di laboratorio)

• Verifica della legge di Hooke per la forza elastica; misura della costante elastica di molle, studio di oscillazioni smorzate e di risonanze (3 sessioni di laboratorio)

• Verifica della legge di Coulomb per la forza elettrostatica; misura della permittività dell’aria oppure proprietà della corda vibrante (1 Sessione di laboratorio)

• Onde acustiche stazionarie e misura della velocità del suono con il tubo di Kundt (3 sessioni di laboratorio)

In laboratorio occorre

• Arrivare puntuali e preparati.

• Verificheremo, nel caso, la preparazione dello studente

• Partecipare al lavoro del gruppo.

• Dovete toccare, girare, pigiare, provare, … fare il laboratorio

• Rispettare materiale e strumentazione messi a disposizione

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

• Non lasciate lattine, bottiglie, carte e briciole

• Togliete il nastro adesivo applicato su sbarre, tavolo e altri oggetti

• Spegnete il PC

Calcolatore elettronico per attività in laboratorio

• Tutti i banchi in laboratorio sono attrezzati con PC (windows 7).

• Office 2007 e Open office sono installati

• 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^® e CAPSTONE ^® 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 di alcun tipo 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) meglio se 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.

• A metà giugno il laboratorio chiude per riaprire a ottobre 2015. Eventuali assenze NON potranno quindi essere recuperate.

Esame (Orale):

A supporto della discussione in sede di esame orale sono raccolti:

• Schede di laboratorio

• Prova Scritta di statistica

• Relazione/i sulle esperienze

• Esito prova Orale

Ovviamente è importante l’ Impegno in laboratorio e puntualità nel rispettare le scadenze

Verifica della preparazione sugli argomenti di statistica

corso.

• E’ fondamentale che siate adeguatamente preparati ad usare gli strumenti concettuali necessari che sono stati introdotti nel primo semestre

• Tra la seconda metà di gennaio e febbraio quindi sarà fatto un semplice scritto (una decina di domande e 15-30 minuti di tempo per rispondere) per verificare la vostra preparazione

• Chi supera il test :

• Potrà esprimere una preferenza sulla composizione del gruppo (che cercheremo di soddisfare) di laboratorio del secondo semestre

• Porterà all’esame una sola relazione (salvo altri debiti)

• Chi non supera il test:

• Poiché ha dimostrato di non avere la preparazione necessaria al laboratorio dovrà portare tre relazioni all’esame.

• Due Relazioni dovranno essere consegnate entro una settimana dalla esecuzione della esperienza (il docente vi avviserà).

• Non potrà esprimere alcuna preferenza sul gruppo di laboratorio.

L’attività di laboratorio ha frequenza obbligatoria

• In caso di assenza l’esperienza DEVE essere recuperata (durante un altro turno di laboratorio) meglio se 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.

L’esame è orale

Non consegnando i templates su Dadi e Pendolo entro il 28 febbraio 2015 :

• Non si potrà sapere la valutazione e visionare i templates corretti.

• Si dovrà consegnare comunque i templates prima dell’orale insieme alle relazioni

• Si dovrà preparare una relazione aggiuntiva da portare l’esame orale

Le relazioni e i template sono personali.

Le ‘limesurvey’ sono di gruppo .

Le relazioni devono essere consegnate almeno 2 settimane prima dell’esame orale e comunque non più tardi del 15 luglio.

Gruppi per attività di laboratorio

• Sarete

divisi in gruppi di 3-4 persone

• La composizione dei gruppi nel primo e nel secondo quadrimestre potrebbero essere differenti

• E’ possibile indicare il turno di laboratorio preferito

• Iscrizione attraverso elenco appeso sulla porta del laboratorio

• Massimo 10 gruppi di 4 persone per sessione di laboratorio

• E’ possibile segnalare una 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’e-mail degli studenti coinvolti nello scambio.

Il nome e cognome scritto in stampatello e in maniera leggibile è obbligatorio.

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

# COGNOME NOME

1 XXX X

2 YYY Y

3 ZZZ Z

4 ABC A

… 40

Gruppo Cognome 1 Cognome 2 Cognome 3

A n1 n2 n3

B

… J

E-Mail X@unimi.it Y@gmail.com

Z@libero.it

utente@dominio.com

Come registrarsi ed esprimere la propria preferenza di gruppo:

Lezioni

Oggi - 30 Settembre 2014 Giovedì - 02 Ottobre 2014

- ………..

- ………...

Visita di alcuni Laboratori ricerca: 6 ottobre ore 11:30 Lezione Sicurezza: 6 ottobre 2015 ore 16:00

Inizio attività in laboratorio:

- Probabilmente l’ultima settimana di ottobre

- Verrà comunicata a lezione

Esami:

La prima prova in itinere di statistica (esame scritto) è prevista poco prima in Natale (probabilmente il 23 dicembre).

La prova in itinere è in tutto uguale ad un appello scritto ma riservata agli studenti del primo anno.

La prova in itinere va a sostituire l’appello scritto

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

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

• Relazioni consegnate in ritardo non daranno l’accesso all’orale

Nota Importante:

Ci saranno una/due prove in itinere e 6 appelli scritti di statistica:

• Fine Dicembre (prova in Itinere)

• Gennaio

• Febbraio

• Aprile (forse – prova in itinere)

• Giugno (1), Luglio (2), Settembre(1)

 Vi consigliamo vivamente di fare la prova in itinere o 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)

Laboratorio di Fisica con Elementi di Statistica

Corso A

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

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

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 ?

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 identificare il problema, rifacendo la misura si rischia di ripetere

semplicemente i medesimi errori quindi si riotteneranno i medesimi risultati…