prof. giovanni chiefari ( [email protected]...
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BENVENUTI
al Corso di
Laboratorio di Fisica 1
Gruppo 1 (Matricole pari)
tenuto nell’a.a. 2013-2014 dal
prof. Giovanni Chiefari
( 1H06, 081-676181)
insieme con le dott.sse
Laura Valore
([email protected], 1H11c0, 081-676243)
e
Camilla Di Donato
([email protected], 1M03, 081-676264)
Qui di seguito trovate una
mappa del campus di Monte
S.Angelo
Gli studi dei docenti e i Laboratori Didattici ,
in cui faremo le prove pratiche, si trovano
all’interno del Dipartimento di Fisica, situato
in cima alla collina.
Il sito del Corso di Laurea in
Fisica è
http://www.fisica.unina.it/
didattica/index.html
L’orario delle lezioni si trova su
http://www.fisica.unina.it/didatt
ica/orario_lezioni.html
Il sito del Corso di Laboratorio di
Fisica 1 gruppo 1 è
http://people.na.infn.it/chiefari/
didattica/LabFis1/aa2013-2014
TRASFERIMENTO
C.D.L.__________________________________________________A.A.2013/2014
Lo studente________________________________________matr._______/___________
Tel.____________ - Cell._____________
Iscritto per l’a.a.2013/2014 al ________anno di corso.
Assegnato al_____gruppo chiede di passare al _______gruppo
Per LAB. _____ __________
Per tutti gli insegnamenti sottoposti allo stesso criterio di suddivisione per l’a.a. a cui risulta iscritto.
N.B. da compilare solo se domanda con scambio
Lo studente______________________________________matr.______/______Tel.____________
Iscritto per l’a.a.2013/2014 al ________anno di corso.
Assegnato al_____gruppo chiede di passare al _______gruppo
Per tutti gli insegnamenti sottoposti allo stesso criterio di suddivisione per l’a.a. a cui risulta iscritto.
Per LAB. ____ _____________
I ANNO II ANNO III ANNO
1° Semestre 1° Semestre 1° Semestre
2° Semestre 2° Semestre 2° Semestre
N.B. IL CAMBIO DI GRUPPO RIGUARDA SOLO GLI INSEGNAMENTI
DELL’ ANNO A CUI SI E’ ISCRITTI
Motivo della richiesta _________________________________________________
DATA FIRMA DEL RICHIEDENTE
- - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - -
Lo Studente __________________________________ matr.____/_________ha
presentato in data ___________la richiesta di cambio di gruppo (singola/scambio)
Timbro Area Didattica Scienze MM.FF.NN
Programma del corso di Laboratorio di Fisica I
per le matricole pari ( gruppo 1 )
a.a 2013-2014
I semestre
A) lezioni frontali
1) Introduzione al corso. Modalità di svolgimento delle prove di laboratorio e
dell’esame finale.
Introduzione alla esperimentazione fisica ( 2 ore di lezione )
( vedi I cap. del Severi )
- Il metodo sperimentale
- Grandezze fisiche
- Unità e sistemi di unità di misura: il Sistema Internazionale.
2) Generalità sulla strumentazione fisica ( 4 ore di lezione )
( vedi II cap. del Severi )
- Prontezza di uno strumento. Esempi.
- Sensibilità di uno strumento. Esempi.
- Precisione di uno strumento. Esempi.
- Errori di misura. Errori casuali. Errori massimi
Errori statistici
La media
La deviazione standard
Errori sistematici.
- Misure indirette. Propagazione degli errori massimi e statistici
( enunciata solamente e data senza dimostrazione )
- Cifre significative ( vedi anche paragrafo 2.2 del Taylor
- Troncamento e arrotondamento.
- Notazione scientifica e ordine di grandezza. Problemi alla “Fermi”.
3) Rappresentazione dei dati sperimentali. ( 4 ore di lezione )
( vedi copia lezione, tratta dal cap. III del Severi, per i grafici e
paragrafo 5.1 del Taylor per gli istogrammi )
- Grafici : scale lineari.
scale non lineari.
- Grafici di funzioni di più variabili.
- Grafici di misure. Barre d'errore.
- Istogrammi e distribuzioni.
4) Deviazione standard e deviazione standard della media (paragrafi 4.2, 4.3 e
4.4 del Taylor)
Distribuzione di Gauss ( paragrafi 5.2, 5.3 e 5.4 del Taylor )
Discrepanza fra due valori di una stessa grandezza fisica (paragrafo 5.8 del
Taylor, copia lezione )
Rigetto dei dati . Criterio di Chauvenet. ( cap.6 del Taylor )
( 2 ore )
5) Misure di meccanica ( 4 ore di lezione ) ( vedi copia lezioni )
- Misure di spazio e tempo.
- Misure di forze. Dinamometro. Forza peso.
B) prove di laboratorio ( 24 ore di attività sperimentale, 4 prove di 6 ore
ognuna, 3 ore per la presa dati e 3 ore per l’analisi dati ) ( copia lezioni )
2) Meccanica di precisione. Calibri a coulisse e Palmer.Errori massimi.
3) Meccanica di precisione. Lo sferometro. Errori statistici.
3) Studio del moto rettilineo uniforme, del moto uniformemente
accelerato e loro composizione usando una tavola a cuscino d’aria
4) Misura dell' accelerazione di gravità con il pendolo semplice.
II semestre
Nella secondo semestre si svolgono lezioni, che da una parte servono per
approfondire le nozioni elementari, date nel primo semestre, riguardanti il
trattamento statistico dei dati, e che dall’altra servono per descrivere alcune
esperienze di dinamica e termodinamica, nonché le relative sedute di
laboratorio, secondo il seguente programma:
A) lezioni frontali ( 20 ore )
1. Introduzione alla teoria delle probabilità e principali distribuzioni di probabilità. ( 4 ore ) ( cap.X del Severi, cap. 5,10 e 11 del Taylor )
- Cenni di teoria delle probabilità.Distribuzioni di probabilità.
- Distribuzione binomiale. ( solo enunciato )
- Distribuzione di Poisson. ( solo enunciato )
- La distribuzione normale.
2. Campione e popolazione ( 2 ore ) ( cap.X del Severi ) - La legge dei grandi numeri.
- Campioni sperimentali.
- Distribuzione limite.
- Stima dei suoi parametri.
3. Stima di parametri ( 4 ore ) ( cap.X del Severi, cap. 5,10 e 11 del Taylor, copia lezione )
- Il metodo di massima verosimiglianza .
- Giustificazione della media aritmetica di un campione come migliore
stima del valore medio di una popolazione. Media pesata.
- Dipendenze funzionali e best-fit.
- Covarianza e correlazione
4. Test d’ipotesi ( 2 ore ) ( cap.X del Severi )
- La distribuzione del chi quadro e suo uso nei problemi di consistenza
5. Misure di meccanica ( 4 ore ) ( copia lezioni )
- Studio degli urti elastici con la tavola Leybold
- Fenomeni elastici. Costanti elastiche.
- Misura di g con il pendolo reversibile
- La viscosità dei fluidi.
6. Misure di termologia ( 4 ore ) ( copia lezioni )
- Termometri. Termometri a liquido e loro caratteristiche fisiche.
- Trasmissione del calore e misure di calore specifico.
- Determinazione dell'equivalente meccanico della caloria.
B) prove di laboratorio ( 42 ore di attività sperimentale, 7 prove di 6 ore
ognuna, 3 ore per la presa dati e 3 ore per l’analisi dati ) ( copia lezioni )
1) Molle e sollecitazioni.Misura di costanti elastiche.
2) Misura dell' accelerazione di gravità con il pendolo reversibile.
3) Studio di urti elastici con la tavola a cuscino d’aria della Leybold
4) Misura del coefficiente di viscosità della glicerina. Legge di
Stokes.Il metodo della sfera cadente.
5) Misura della prontezza di un termometro a liquido.
6) Misura di calori specifici con il calorimetro delle mescolanze.
L' equivalente in acqua del calorimetro.
7) Misura dell'equivalente meccanico della caloria.
TESTI CONSIGLIATI
a) M.Severi - " Introduzione all esperimentazione fisica "
Edizioni Zanichelli.
b) J.R.Taylor - " Introduzione all' analisi degli errori "
Edizioni Zanichelli.
c) E.Pancini - " Misure ed apparecchi di fisica "
Edizioni Veschi
e inoltre, per ovviare alla mancanza di unico libro di testo,
d) copia delle lezioni del docente.
Laurea in FISICA, a.a. 2013-2014
Corso di Laboratorio di Fisica 1
Modulo di iscrizione alle esercitazioni in laboratorio
( da compilare scrivendo a stampatello )
1) Cognome, nome e numero di matricola : …………………….…………………
Comune di residenza : …………………………………………………………..
Telefono : ………… e-mail : ………………………………….
Scuola di provenienza : …………………………………………………………
Grado di conoscenza di Microsoft EXCEL o equivalente (scarso, sufficiente,
buono, ottimo) : ………
2) Cognome, nome e numero di matricola : …………………….…………………
Comune di residenza : …………………………………………………………..
Telefono : ………… e-mail : ………………………………….
Scuola di provenienza : …………………………………………………………
Grado di conoscenza di Microsoft EXCEL o equivalente (scarso, sufficiente,
buono, ottimo) : ………
3) Cognome, nome e numero di matricola: …………………….…………………
Comune di residenza : …………………………………………………………..
Telefono : ………… e-mail : ………………………………….
Scuola di provenienza : …………………………………………………………
Grado di conoscenza di Microsoft EXCEL o equivalente (scarso, sufficiente,
buono, ottimo) : ………
CALENDARIO ( provvisorio) DI ESAMI PER L'A.A. 2013-2014
del Corso di
LABORATORIO di FISICA 1
Gruppo 1
Sono ammessi agli esami solo gli studenti che hanno frequentato la
parte pratica del corso.
Sono tenuti a sostenere la prova pratica gli studenti che
1) non ne hanno ottenuto l'esonero alla fine del corso di laboratorio
oppure
2) ne hanno ottenuto l'esonero in data anteriore a giugno 2013
oppure
3) ne hanno ottenuto l'esonero a giugno 2013 e non hanno superato l'esame
entro luglio 2014.
Le prove pratiche si svolgeranno nei Laboratori Didattici del Dipartimento
di Fisica, mentre gli orali si svolgeranno in un’aula ancora da definire.
Le prenotazioni vanno effettuate presso il Docente.
SESSIONE ESTIVA
---------------
Ma 13 maggio 2014 prova pratica ore 14:00
Me 14 maggio 2014 esami orali ore 15:00
Ma 17 giugno 2014 esami orali ore 9:30
Ma 15 luglio 2014 esami orali ore 9:30
SESSIONE AUTUNNALE
------------------
Lu 15 settembre 2014 prova pratica ore 9:30
Ma 16 settembre 2014 esami orali ore 9:30
Me 15 ottobre 2014 esami orali ore 14:30
Ma 2 dicembre 2014 esami orali ore 14:30
SESSIONE STRAORDINARIA
-----------------------
Lu 12 gennaio 2015 prova pratica ore 14:30
Ma 13 gennaio 2015 esami orali ore 14:30
Lu 2 febbraio 2015 esami orali ore 9:30
Lu 2 marzo 2015 esami orali ore 14:30
il Docente del Corso
G.Chiefari
Da “L’indagine del
mondo fisico”di
G.Toraldo di Francia:
“Che cosa sia un
laboratorio s’impara
in laboratorio, a
sperimentare s’impara
sperimentando, a
lavorare con le mani
s’impara lavorando con
le mani”
“L’homo sapiens è tale
perché è anche un homo
faber e viceversa”
Che cos’è la Fisica
La fisica, dal greco φυσισ,
dovrebbe occuparsi di tutto
ciò che riguarda la natura. Questo poteva valere per il
mondo antico e medioevale.
Tra il Cinquecento e il
Seicento avviene una
“rivoluzione scientifica”.
La Fisica si occupa solo dei
fenomeni naturali e vengono
trascurati la biologia,la
chimica,la mineralogia, la
geologia…
Viene usato un metodo,
attribuito principalmente a
Galileo Galilei,
il cosiddetto
“metodo scientifico”
Fondamenti del metodo
Galileiano È un metodo sperimentale
Mentre prima di Galileo lo studioso osservava i
fenomeni e il loro
svolgimento con gli occhi
di spettatore, dopo Galileo
lo studioso tramuta, con
l’aiuto della “sensata
esperienza”, questa
osservazione in esperimento
Un fenomeno fisico dipende in genere da numerosi
parametri diversi. Alcuni
sono essenziali, altri
secondari e in un certo
senso arrecano un disturbo al fenomeno che si vuole
studiare.
Il problema veniva
formulato da Galileo in
maniera che dipendesse da
pochi parametri e si
studiava il comportamento
della natura in funzione
di questi parametri ( es.
piano inclinato e attrito
) con lo scopo di avere
una risposta
quantitativa.
Il fisico deve riuscire a
far corrispondere ai
fenomeni e alle grandezze
naturali dei numeri: si
introduce così il
concetto di
misura.
Come si effettua una
misura ? Consideriamo un caso
semplice : la misura di
una lunghezza.
Per prima cosa si deve
istituire l’unità di
lunghezza ( si sceglie un
regolo materiale e si
conviene che rappresenti
l’unità di lunghezza).
Successivamente si
stabilisce un criterio
di confronto, in base al
quale sia possibile
definire il concetto di
uguaglianza fra
grandezze omogenee
I regoli a e b in figura
hanno la stessa lunghezza
perché, una volta
sovrapposti, hanno gli
estremi coincidenti.
Successivamente si
definisce il criterio di
somma fra grandezze
fisiche omogenee.
I regoli a e b, posti uno
a fianco dell’altro,
formano un unico regolo
con gli estremi
coincidenti con quelli del
regolo c : possiamo dire
che
a+b = c
A questo punto è
possibile definire
multipli e
sottomultipli
dell’unità di
misura.
Multipli: Si possono costruire,
con il criterio di
uguaglianza, tanti
regoli, lunghi quanto
l’unità di misura e,
usando il criterio di
somma ( ossia
affiancandoli uno
all’altro ), stabilire
se un certo regolo è
lungo, 2,3,… volte
l’unità di misura.
Sottomultipli: si possono costruire ad
esempio due regoli,
uguali fra di loro, che,
una volta affiancati,
abbiano una lunghezza
pari a quella dell’unità
di misura. Diremo allora
che ognuno dei due
regoli ha una lunghezza
pari a 1/2 dell’unità di
misura: questo
procedimento può essere
iterato per definire
1/4,1/8 dell’unità di
misura.
Da notare che, con
metodi geometrici, è
possibile dividere un
regolo esattamente in
due parti uguali.
A questo punto, riportando
il regolo-unità di misura
sull’oggetto di cui si vuole
misurare la lunghezza, si
determina il numero di
volte, intere e frazionarie,
che il regolo entra nella
dimensione considerata: il
numero che così si ottiene
rappresenta la
misura
o il
valore
della
lunghezza di quel dato
oggetto.
Le grandezze che
intercorrono tra
le grandezze
naturali possono
essere ricondotte
a relazioni tra
numeri, che
rappresentano la
loro misura,
numeri ai quali si
possono applicare
le normali regole
dell’algebra.
Grande scoperta di
Galileo:
I fenomeni fisici si
svolgono in dato luogo e
ad una data epoca
esattamente come, a
parità di condizioni, si
svolgerebbero in
qualsiasi altro luogo e
in qualsiasi altra epoca
( invarianza spazio-
temporale alla base
della descrizione fisica
dei fenomeni naturali ).
Definizione
operativa di
grandezza fisica
Nella Fisica si studiano
le grandezze fisiche e
le relazioni fra di
esse: ad esempio la
lunghezza, il volume, il
tempo, la forza, la
massa…
Come possiamo
definire queste
grandezze ?
Nessun tentativo di
spiegare che cosa esse
siano, perché sono dei
concetti primitivi.
Vogliamo solo che queste
grandezze siano
misurabili in maniera
obiettiva valida per
qualunque osservatore.
Arriviamo così al
concetto di
“definizione
operativa”.
Una grandezza fisica è
definita mediante le
prescrizioni delle
operazioni che si devono
effettuare per
misurarla.
Una grandezza fisica può
avere definizioni
operative equivalenti.
Per esempio una
lunghezza può essere
definita mediante la
misura con un regolo o
con una triangolazione
ottica o con un radar.
Diremo meglio allora che
una grandezza fisica è
definita dalla classe di
tutte le sue possibili
definizioni operative.
L’importante è che
esse diano lo
stesso risultato.
Misure dirette e
indirette Si è parlato finora di
misure dirette
effettuate per confronto
con un campione.
In fisica vengono scelte
alcune grandezze
fondamentali in modo
tale che da esse si
possano derivare con
opportune relazioni
algebriche i valori di
tutte le altre, che
vengono perciò chiamate
grandezze derivate
Ad esempio il valore di
un’area può essere
espresso come Area = f∙lunghezza∙lunghezza
con f un fattore di forma
L’area è quindi una grandezza
derivata.
Nei sistemi di misura più
usati le grandezze
fondamentali per la
meccanica solo lunghezza
tempo e massa, indicate con
L, T e M.
Con questa scelta una
grandezza derivata G in
meccanica può essere
espressa come funzione
dell’unità di lunghezza
L, , dell’unità di tempo
T e dell’unità di massa
M sotto la forma
G = k La T
b M
c
dove k è una costante
numerica e a,b e c sono
degli esponenti
opportuni.
Diremo allora che G ha
le dimensioni di una
lunghezza,elevata ad a,
per un tempo, elevato a
b, per una massa,
elevata a c.
Per esprimere più
chiaramente che siamo
interessati alle
dimensioni della
grandezza G, scriveremo
la seguente equazione
dimensionale
[G]=[L]a [T]
b [M]
c
dove è stato omesso il
termine k,adimensionale
o numero puro.
Esempi :
superficie [S]=[L]
2 [T]
0 [M]
0
volume [V]=[L]3 [T]
0 [M]
0
velocità [v]=[L]1 [T]
-1[M]
0
accelerazione[a]=[L]1 [T]
-2[M]
0
Il controllo delle
dimensioni permette di
stabilire se,
nell’elaborazione dei
calcoli, sono stati
commessi degli errori.
In un’equazione del tipo
A=B, le grandezze A e B
devono essere omogenee e
devono quindi avere le
stesse dimensioni.
Le grandezze fisiche,
usate come argomenti di
funzioni , devono essere
adimensionali.
Infatti ogni funzione
può essere sviluppata in
serie di potenze e
quindi, affinché ogni
addendo della somma sia
omogeneo, è necessario
che l’argomento sia
adimensionale.
Un esempio :
ex = 1 + x +1/2 x
2 +…