Laboratorio di Fisicacon Elementi di Statistica

Corso A

Organizzazione del corsoOrganizzazione del corso

Corso Annuale - 10 Crediti

docenti:Franco Camera

Giulia Luisa MasseriniPaolo Piseri

Marcello Fanti

Metodo Scientifico

1 - Osservazione / Esperimento

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

2 - Formulazione di una Ipotesi

3 - Verifica

4 - Formulazione di una legge

“Scelta”dello

Strumento

AnalisiDati

Sintesi“Relazione”

Esperimento o misura:

RaccoltaDati

Attività sperimentale per un fisico significa:

In laboratorio e fuori:

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

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

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

• 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 strumentiper ottenere misure

Obiettivi generali del corsoFormazione attraverso l’attività pratica per:

• descrivere in maniera appropriata un fenomeno fisico a partiredall’osservazione, usando consapevolmente ed appropriatamentegli 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 correttaconsiderazione (in relazione agli obiettivi) le incertezze e gliaspetti statistici ad esse connessi.

• Interpretare e rappresentare correttamente il risultato diun’operazione di misura di una grandezza fisica, anche inrelazione alla validazione o falsificazione di un modello.

Materiali a disposizione:• Supporto, aste, morsetti, filo per sospensione delpendolo, 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

24

T

Lg !=

Posso usare l’esperimento per dare un valore a g attraverso la misura di L e Tse non ho compreso l’effetto di tutti gli elementi che distinguono il sistemareale 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 risultatiappaiono sospetti:

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

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

senza identifica il problema, rifacendo la misura si rischia di ripeteresemplicemente i medesimi errori e si riotteneranno i medesimi risultati…

Laboratorio di Fisica con Elementi di StatisticaCorso Annuale - 10 Crediti

48 ore di lezioni frontali48 ore di lezioni frontali Statistica (Masserini) , Introduzione alle esperienze e all’analisi dei dati raccolti (Camera)

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

Attività in LaboratorioAttività in Laboratorio 1° Semestre: 3-4 sessioni x studente (3/4 turni)

Lunedì Mattina 09:00 – 13:00Martedì 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 ConsigliatiTaylor : 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 lapreparazione all’esame sono raccolti sul sito:

Esperienze Previste:1° semestre

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

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

• Misura dell’accelerazione di gravità con il pendolo (con modulo on-line erelazione secondo schema assegnato e traccia per l’analisi dati; da consegnareentro 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 permittivitàdell’aria

• Verifica della legge di Hooke per la forza elastica; misura della costante elastica dimolle, 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 tuttoesattamente 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 datida 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 stessoproduttore.

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

• I PC sono collegati in rete e ad internet per facilitare il trasferimento di dati einformazioni. NON è ammesso l’uso di sistemi di messaggistica, chat, socialnetworks, 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 28febbraio 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 primadell’esame) sono parte integrante dell’attività di laboratorio e NON sono da

intendere come responsabilità del gruppo, ma come compiti personali diciascuno 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 finaleper la formazione dei gruppi sarà dei docenti

Nota Importante:

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

In caso di particolari esigenze tuttavia, sono possibili degli scambi con studentiassegnati 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 coinvoltinello scambio.

Il nome e cognome scritto in stampatelloe in maniera leggibile è obbligatorio. L’e-mail è facoltativo ma molto utile percontattare lo studente in caso dinecessità

Nella parte relativa alla composizione deigruppi, inserite il numero corrispondentealla posizione vostra e dei compagniscelti.

AABC4

# COGNOME NOME1 XXX X2 YYY Y3 ZZZ Z

…40

Gruppo Cognome 1 Cognome 2 Cognome 3

A n1 n2 n3

B

…

J

utente@dominio.com

E-MailX@unimi.it

Y@gmail.comZ@libero.it

Come registrarsi ed esprimere la propria preferenza di gruppo:

Inizio Lezioni

Oggi - 3 ottobre 2012Domani - 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 previstapoco prima in Natale.

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

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 inritardo 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 ilsecondo semestre.

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

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

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