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

Roberta Vecchi

Laboratorio di Fisica con Elementi di Statistica

Corso Annuale - 10 Crediti

48 ore di lezioni frontali

Mercoledi 16:00 – 18:00 Giovedi 08:30-10:30

Attività in Laboratorio

Martedì Pomeriggio 14:30 – 18:30 Mercoledì Mattina 9:00 – 13:00

Giovedì Pomeriggio 14:30 – 18:30

Venerdì Mattina 9:00 – 13:00

Per informazioni e/o ricevimento studenti:

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

• giulia.masserini@unimi.it roberta.vecchi@unimi.it

Testo di riferimento

Gaetano Cannelli – Metodologie Sperimentali in fisica (EdiSES) Altri Testi

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:

Quest’anno dovrebbe essere pronto il sito anche su piattaforma ARIEL

Oggi vi chiediamo di dare il vostro nominativo, numero di

matricola (se lo avete) e indirizzo e-mail attivo (facoltativo)

Attività in Laboratorio:

- Il laboratorio è di fronte all’aula B Esperienze Previste:

1° Semestre

• Lancio Dadi con analisi statistica guidata (presa dati in aula)

• Misura di grandezze fisiche (2 turni, presa dati in laboratorio)

• Misura dell’accelerazione di gravità guidata (presa dati in laboratorio)

• Analisi dati in laboratorio (c’e’ uno schema assegnato da seguire)

• Misura dell’accelerazione di gravità con il pendolo (presa dati in laboratorio)

2° Semestre

• 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)

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

Gruppi per attività di laboratorio

Il corso prevede:

Quattro sessioni (mezze giornate) di laboratorio nel primo semestre Otto sessioni (mezze giornate) di laboratorio nel secondo semestre Sarete divisi in quattro turni con 10 gruppi ciascuno

Ogni gruppo è composto da tre o quattro studenti ciascuno.

I gruppi ed i turni di laboratorio potrebbero essere differenti nel primo e nel secondo semestre

Potrete dare delle preferenze (non necessariamente soddisfatte) sia nel primo che nel secondo semestre

L’iscrizione e’ attraverso un elenco appeso sulla porta del laboratorio Massimo 10 gruppi per sessione di laboratorio

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.

Espressione preferenza turno e gruppo per il primo semestre

# COGNOME NOME

1 XXX X

2 YYY Y

3 ZZZ Z

4 ABC A

… 40

Gruppo Studente 1 Studente 2 Studente 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:

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

PC per attività in laboratorio

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

• Office 2007 e Open Office sono installati su ogni macchina

• 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

- Nel primo semestre ci saranno 4 sessioni di laboratorio

Turno 1 Martedì Pomeriggio 14:30 – 18:30 date da fissare Turno 2 Mercoledì Mattina 09:00 – 13:00 date da fissare Turno 3 Giovedì Pomeriggio 14:30 – 18:30 date da fissare Turno 4 Venerdi Mattina 09:00 – 13:00 date da fissare

- 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 si potranno assegnare le relazioni da portare all’orale e quindi non sarà possibile sostenere l’esame.

• A metà giugno il laboratorio chiude per riaprire a ottobre 2016. Eventuali assenze NON potranno quindi essere recuperate se non ad ottobre 2016.

- Lezione sulla Sicurezza

• E prevista una lezione sulla sicurezza, la data è ancora da fissare

Lezioni

Oggi - 23 Settembre 2015 ore 16:00 – 18:00 Giovedì - 24 Settembre 2015 ore 08:30 – 10:30

Mercoledi - 30 Settembre 2015 ore 16:00 – 18:00 -

……….. - ………...

Lezione Sicurezza: da fissare

Inizio attività in laboratorio:

- Probabilmente metà ottobre

- La data verrà comunicata a lezione

Verifica della preparazione sugli argomenti di statistica

seconda parte del corso di laboratorio.

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

• All’inizio del II semestre, quindi, sarà fatto un semplice scritto (una decina di domande e 15-30 minuti di tempo per rispondere) per verificare la

vostra preparazione

• Chi esegue bene il test :

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

• Chi sbaglia il test:

• La sua preferenza sul giorno e sul gruppo di laboratorio del II semestre probabilmente non sarà soddisfatta

Modalità di ESAME

L’esame finale è orale :

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

• Template esperienza dadi personale

• Prova Scritta di statistica personale

• Relazione/i sulle esperienze personale

• Esito prova Orale

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

• Luglio (due)

• Settembre

Gli studenti del primo anno possono accedere sia alle prove in itinere che alla prova scritta di gennaio e febbraio. Non potranno iscriversi all’esame sul SIFA

Prova in Itinere  uno scritto senza un appello orale

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

• Chi supera la prova in itinere può non sostenere l’appello scritto

• L’iscrizione alla prova in itinere sul SIFA non sostituisce l’iscrizione all’esame scritto sul SIFA che deve essere in ogni caso fatta

• In una prova in itinere non è possibile sostenere l’esame finale

• La prima prova in itinere di statistica (esame scritto) è prevista poco prima in Natale (probabilmente il 17 dicembre).

Appello d’esame  appello uno scritto e orale

• E’ necessario iscriversi sul SIFA per poter avere il voto registrato (l’iscrizione alla prova in itinere non sostituisce questa iscrizione)

• Prima di iscriversi all’esame dovete fare la valutazione della didattica

• La valutazione della didattica può essere fatta a partire dalla metà del II semestre

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

• Circa una settimana dopo l’appello scritto sarà svolto il corrispondente appello orale. Le relazioni devono essere consegnate 7 giorni prima dello scritto. Le relazioni consegnate in ritardo non daranno l’accesso all’orale

Nota Importante:

 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 della statistica vi sarà molto utile e vi farà risparmiare molto tempo nel II semestre

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

L’esame finale è orale :

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

• Template esperienza dadi personale

• Prova Scritta di statistica personale

• Relazione/i sulle esperienze personale

• Esito prova Orale

Template esperienza dadi personale

- La presa dati è guidata e sarà fatta domani

- L’analisi dei dati va fatta seguendo puntualmente il template che verrà messo in rete (è una analisi guidata)

- Le competenze necessarie per compilare il template le acquisirete tra settembre e dicembre 2015 (nel primo semestre)

- Il template deve essere consegnato entro il 10 gennaio 2016 - Via e-mail

- Upload su Turnitin (controllo antiplagio)

- E’ necessaria una registrazione su ARIEL

- Chi non consegna il template entro il 10 gennaio 2016 dovrà ovviamente

portare all’esame il template dadi (non potra visionare la correzione) e due relazioni invece che una

- Chi consegna il template entro il 10 gennaio avrà il template corretto prima dell’orale e potrà visionare la correzione.

Prova Scritta di statistica personale

- Può essere sia la prova in itinere che un appello scritto

- Il risultato dello scritto ha un peso importante sulla valutazione finale

Relazione/i sulle esperienze personale

- La relazione (due nel caso non si consegni il template dadi entro il 10 gennaio) verrà comunicata alla fine dell’attività di laboratorio (quindi nel mese di giugno) .

- A tutti gli studenti in regola con le presenze verrà assegnata una relazione associata ad una o parte di una esperienza eseguita nel corso (pendolo, molle, moti rotatori e tubo di Kundt)

- La relazione va consegnata almeno una settimana prima della data relativa all’esame scritto

- Esempio: Appello scritto 10 settembre 2015

- Consegna della relazione/i (ed eventualmente template dadi) entro il 3 settembre 2015

Strumenti di aiuto online

Limesurvey  Questionario online

Ogni esperienza in laboratorio ha un questionario online da compilare

La compilazione va fatta (dipende dalle esperienze):

- Durante la sessione di laboratorio - Esperienza Misure

- In una sessione dedicata in Laboratorio - Pendolo

- A casa - Molle

- Moti Rotatori

- Tubo di Kundt

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

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

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…