Introduzione al Corso - INFN

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

Statistica (Masserini) , Introduzione alle esperienze e all’analisi dei dati raccolti (Camera)

Lunedi

Attività in Laboratorio

08:30 – 12:30

1° Semestre: 3-4 sessioni x studente (3 turni)

Mercoledì Pomeriggio Giovedì Pomeriggio Venerdì Pomeriggio

14:30 – 18:30 14:30 – 18:30 14:30 – 18:30

Per informazioni e/o ricevimento studenti: • [email protected] • [email protected]

[email protected] [email protected]

Testi Consigliati Taylor : Introduzione all’analisi degli errori (Zanichelli) Gaetano Cannelli – Metodoligie Sperimentali in fisica (EdiSES) Bevington-Robinson Data Reduction and Error Analysis (McGraw Hill)

Informazioni, avvisi, materiali utili per il corso e per la preparazione all’esame sono raccolti sul sito:

http://lxmi.mi.infn.it/~camera/lab-fisica/

Esperienze Previste: 1° semestre (esperienze guidate) •

Analisi statistica del risultato del lancio di dadi (con modulo on-line per la raccolta dei dati e analisi dati guidata; da consegnare entro 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 relazione secondo schema assegnato e traccia per l’analisi dati; da consegnare entro febbraio)

2° semestre (lavorerete autonomamente) •

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)

•

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

•

Verifica della legge di Coulomb per la forza elettrostatica; misura della permittività dell’aria (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). • 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® 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 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 2014 • Esito prova Scritta di statistica - a partire da Dicembre 2013 • Relazione su una esperienza - a partire da Maggio 2014 • Esito prova Orale - a partire da Maggio 2014

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 2014 • Esito prova Scritta di statistica - a partire da Dicembre 2013 • Relazione su una esperienza - a partire da Maggio 2014 • Esito prova Orale - a partire da Maggio 2014 Non consegnando i template su Dadi e Pendolo entro il 28 febbraio 2014 : • Non si potrà sapere la valutazione e visionare i template corretti • Si dovrà consegnarle comunque i template prima prima dell’orale • Si dovrà preparare una relazione aggiuntiva da portare l’esame orale

Tutte le relazioni e i template da consegnare (almeno 2 settimane prima dell’esame) sono parte integrante dell’attività di laboratorio e NON sono da intendere come responsabilità del gruppo, ma come compiti personali di ciascuno di voi!

Gruppi per attività di laboratorio • divisi in gruppi di 4 persone

• 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’email 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.

Come registrarsi ed esprimere la propria preferenza di gruppo: #

COGNOME

NOME

E-Mail

1

XXX

X

[email protected]

2

YYY

Y

[email protected]

3

ZZZ

Z

[email protected]

4

ABC

A

[email protected]

… 40

Gruppo

Cognome 1

Cognome 2

Cognome 3

A

n1

n2

n3

B … J

Lezioni Oggi

- 30 Settembre 2013 - 07 Ottobre 2013 - 14 Ottobre 2013 - 21 Ottobre 2013 … etc etc

Inizio attività in laboratorio: da definire - Verrà comunicata a lezione

Inizio Lezioni Oggi

- 30 Settembre 2013 - 07 Ottobre 2013 - 14 Ottobre 2013 - 21 Ottobre 2013 … etc etc

Inizio attività in laboratorio: da definire Esami: La prima prova in itinere di statistica (esame scritto) è prevista poco prima in Natale. Gli appelli scritti saranno uno a fine gennaio e forse uno a fine febbraio. 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 • La relazione sull’esperienza DEVE essere consegnata una settimana prima della data dell’appello scritto associato all’appello orale. • Relazioni consegnate in ritardo non daranno l’accesso all’orale

Nota Importante: Ci sarà una/due prova 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 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

Esperimento o misura: “Scelta” dello Strumento

Raccolta Dati

Analisi Dati

Sintesi “Relazione”

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.

Esempio: Pendolo per la misura di g Materiali a disposizione: • Supporto, aste, morsetti, filo per sospensione del pendolo, masse da sospendere • Metro/Calibro • Cronometro a fotocellula • Goniometro

L g4  2 T 2

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 ?

Esempio: Pendolo per la misura di g Materiali a disposizione: • Supporto, aste, morsetti, filo per sospensione del pendolo, masse da sospendere • Metro/Calibro • Cronometro a fotocellula • Goniometro

L g4  2 T 2

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 ? • ……………………… 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 identifica il problema, rifacendo la misura si rischia di ripetere semplicemente i medesimi errori e si riotteneranno i medesimi risultati…