Esperimentazioni di fisica I

Corso di Studio:
Laurea triennale in Fisica
Docenti:
Paolo Montagna , Cristina Riccardi
Anno accademico:
2016/2017 (Altri: 2017/2018 2015/2016 2014/2015 2013/2014)
Semestre:
N/D
Lingua di insegnamento:
Italiano
Codice corso:
500556
Settore scientifico/disciplinare:
FIS/01
Moduli:
2
Crediti formativi:
12
Ore di lezione:
108

Obiettivi

Il corso e' diviso in due moduli: • Misure Fisiche I (I semestre, 6 crediti) • Laboratorio di Fisica I (II semestre, 6 crediti) Il primo modulo si propone di fornire una introduzione ai fondamenti di metodologia della misura e alle tecniche base di analisi dati. Nel secondo modulo questi concetti vengono applicati all'analisi di una serie di esperienze pratiche svolte in laboratorio, che hanno lo scopo di rendere familiare lo studente con le basi del metodo sperimentale. Inoltre alcune lezioni frontali su argomenti di meccanica, sui quali viene condotta la maggior parte delle esperienze, completano quanto trattato nel corso di Meccanica e Termodinamica.

Prerequisiti

Fondamenti di algebra e trigonometria. I concetti di analisi necessari, ove non ancora introdotti nei corsi istituzionali, vengono richiamati dal docente.

Programma

Nel primo modulo le lezioni frontali trattano la teoria degli errori di misura, e gli elementi di teoria della probabilità e di statistica inferenziale necessari a dare un fondamento alle tecniche di trattamento dei dati sperimentali.
Nel secondo modulo, le lezioni frontali riguardano le oscillazioni, l'elasticità e le onde meccaniche, con cenni di acustica. Le esperienze di laboratorio vengono svolte principalmente nell'ambito della meccanica e termodinamica, e sono comuni a tutti gli studenti. Alla fine del corso, gli studenti vengono divisi in piccoli gruppi, a ognuno dei quali è presentato un esperimento più complesso da affrontare in collaborazione. Su alcune delle esperienze svolte viene richiesta una relazione scritta

Bibliografia

I modulo:
John Taylor Introduzione all’analisi degli errori (ed. Zanichelli)
Paolo Fornasini The Uncertainty in Physical Measurements (ed. Springer)
Dapor-Ropele Elaborazione dei dati sperimentali (ed. Springer)
II modulo:
Mazzodi,Nigro,Voci Fisica (Vol. i e II) (ed. EdiSES)

Modalità di esame

L’esame consiste in una prova scritta, con problemi e domande, sul programma svolto nel I modulo, e in una prova orale sul programma svolto nelle lezioni frontali del II modulo ( con richiami a quanto trattato nel I modulo). Durante la prova orale vengono inoltre discusse le relazioni portate dagli studenti sulle esperienze svolte in laboratorio.

MODULI

Modulo:
Misure fisiche I (lab)
Docente:
Paolo Montagna
Ore di lezione:
48
Settore scientifico/disciplinare:
FIS/01
Crediti formativi:
6

Programma

Nozioni introduttive Calcoli numerici: uso delle potenze di 10-calcoli approssimati e ordini di grandezza-notazione scientifica-cifre significative- sistemi di unità di misura- equazioni dimensionali e analisi dimensionale -cambiamento di unità di misura
Introduzione alla misurazione Misure dirette, indirette e con strumenti tarati- accuratezza e precisione di una misura-caratteristiche degli strumenti di misura
Introduzione allo studio delle incertezze Tipi di errore- - espressione dell’incertezza-incertezza assoluta e relativa- analisi statistica degli errori casuali- propagazione delle incertezze (per misure statisticamente indipendenti)
Tecniche di trattamento dati Statistica descrittiva: distribuzioni di frequenza e istogrammi, indici di posizione centrale e di dispersione-grafici e analisi grafica dei dati: cambiamenti di variabile, linearizzazione, determinazione della pendenza e dell’intercetta, scale funzionali, grafici semilogaritmici e bilogaritmici-interpolazione grafica, lineare e da una tabella
Introduzione alla probabilità Spazio campionario ed eventi-definizione classica e frequentistica di probabilità- cenni alla definizione assiomatica- addizione e moltiplicazione di eventi e probabilità per eventi composti -probabilità condizionata-richiami di calcolo combinatorio
Distribuzioni di variabile aleatoria Variabili aleatorie- distribuzioni di probabilità per variabili discrete e continue-caratteristiche numeriche delle popolazioni-distribuzione normale-distribuzione binomiale-distribuzione di Poisson-approssimazione di Gauss alle distribuzioni binomiale e poissoniana –distribuzione uniforme e triangolare Elementi di statistica inferenziale ed elaborazione dei dati sperimentali Popolazioni e campioni-medie e varianze campionarie- teorema centrale limite (cenni)- stima di parametri- metodo della massima verosimiglianza- livello di confidenza- test di ipotesi: livello di significatività, test a una coda e a due code, errore del I e del II tipo- compatibilità del risultato di due misurazioni- combinazione di misure (media pesata)- rigetto dei dati- retta di regressione (metodo dei minimi quadrati)- correlazione e coefficiente di correlazione lineare
Altre considerazioni sulla misurazione: Modello del processo di misurazione- classificazione delle incertezze secondo l’ISO- combinazione di incertezze di origine diversa

Bibliografia

J.Taylor, Introduzione all'analisi degli errori (ed. Zanichelli)
Paolo Fornasini, The Uncertainty in Physical Measurements (ed. Springer)
Dapor-Ropele,Elaborazione dei dati sperimentali (ed. Springer)

Modulo:
Laboratorio di fisica I (lab)
Docente:
Cristina Riccardi
Ore di lezione:
60
Settore scientifico/disciplinare:
FIS/01
Crediti formativi:
6

Programma

Argomenti svolti nelle lezioni
Oscillazioni Moto armonico semplice – Esempi di oscillatore armonico (sistema massa-molla, pendolo semplice) - Composizione di moti armonici – Teorema di Fourier (enunciato) – Aspetti non lineari: non linearità della forza di richiamo del pendolo e variazione del periodo con l’ampiezza – Oscillazioni smorzate, oscillazioni forzate e risonanza – Analogia tra oscillatori in diversi campi della fisica.
Moto di un corpo sottoposto a forze viscose Sedimentazione
Elasticità Elasticità per trazione e compressione, di volume, di torsione e scorrimento – Moduli elastici e relazioni tra di essi – Pendolo (bilancia) di torsione – Isteresi meccanica.
Onde meccaniche Propagazione per onde – Espressione matematica della propagazione – Equazione di D’Alembert – Onde sinusoidali – Velocità di gruppo (cenno) - Onde in una corda tesa e in un tubo contenente un fluido – Onde sonore – Propagazione dell’energia in un’onda – Principio di sovrapposizione – Interferenza , battimenti, onde stazionarie – Modi normali di vibrazione (cenno) – Sorgenti coerenti e interferenza nello spazio – Diffrazione - Principio di Huygens - Riflessione e rifrazione delle onde – Effetto Doppler –Onda d’urto- Cenni di acustica.
Esperienze svolte in laboratorio
In laboratorio vengono condotte delle esperienze (o insiemi di esperienze) su diversi argomenti trattati in questo corso e nel corso di Meccanica e Termodinamica, proposte a tutti gli studenti in piccoli gruppi, scelte tra questi argomenti:
Studio della forza di richiamo di una molla - Studio della forza di richiamo del pendolo - Studio del moto armonico e dei battimenti con pendoli - Sedimentazione - Bilancia di Mohr e viscosimetro - Misura di g con un pendolo e con un piano inclinato - esperimenti sulle oscillazioni - Tubo di Quincke - Onde stazionarie su una corda

Bibliografia

Mazzoldi, Nigro, Voci - Fisica(ed. EdiSES).