31054 - LABORATORIO DI FISICA 1

Conoscenze e abilità da conseguire

Al termine del corso, lo studente è in grado di usare gli strumenti di misura più comuni e di valutare gli errori di misura. Possiede le conoscenze di base della metrologia e della statistica per esprimere correttamente i risultati sperimentali. In particolare, lo studente: - è in grado di fare l'analisi dimensionale di una grandezza fisica ed esprimere le misure nel SI; - è in grado di valutare gli errori sistematici, usare le statistiche degli errori accidentali e calcolare la propagazione delle incertezze nelle misure; - conosce ed applica le funzioni statistiche e grafiche del foglio elettronico excel per l'analisi dei dati su PC; - scrivere una relazione sperimentale chiara e concisa.

Contenuti

 

La misura delle grandezze fisiche

il metodo sperimentale; il procedimento di misura; il sistema internazionale di unità di misura; i campioni di lunghezza, massa, tempo e temperatura; principali caratteristiche degli strumenti di misura; taratura di uno strumento; errori di misura; fluttuazioni casuali ed effetti sistematici; precisione ed accuratezza; valutazione dell'incertezza di un risultato; la distribuzione di Gauss; combinazione lineare e quadratica delle incertezze nelle misure indirette; rappresentazione del risultato di una misura.

Esercitazioni introduttive nel laboratorio di fisica

misure di lunghezza, massa, tempo, temperatura e differenza di potenziale con strumenti di diversa risoluzione; misura indiretta del momento di inerzia di un solido; calibrazione di una termocoppia.  Analisi dei dati raccolti tramite alcune funzioni statistiche del pacchetto software ROOT.

Introduzione all'acquisizione dati e metodi di misura basati su dispositivi elettronici e personal computer

concetto ed esempi di sensore/trasduttore; segnali analogici e digitali e informazioni in essi contenute; risoluzione amplificazione, code width di una catena di misura.    Introduzione alla programmazione in LabVIEW: struttura di un Virtual Instrument (VI); controlli e indicatori numerici, booleani e stringa; strutture di controllo dell'esecuzione; variabili locali; tecniche base di debugging; gestione di schede di acquisizione e schede audio con LabVIEW; l'architettura di programma del tipo macchina a stati: realizzazione di un semplice programma di acquisizione, controllo e registrazione su file; la piattaforma NI ELVIS II+ per l'esecuzione di esperimenti in laboratorio.

Elementi di probabilità e statistica

elementi di base della probablità; variabili casuali; funzioni di probabilità; distribuzione binomiale, di Poisson, uniforme, normale; media e varianza; funzioni di probabilità congiunta; covarianza e coefficiente di correlazione; statistica delle incertezze casuali; intervallo di confidenza per la media di un campione di misure; criteri per il rigetto di un dato spurio; campioni ridotti e statistica di Student; criterio di massima verosimiglianza e metodo dei  minimi quadrati; medie pesate; regressione lineare; statistica del chi-quadrato; metodi di "best fit"; test delle ipotesi; livello di confidenza di un test; l'ipotesi nulla; test di adattamento di una serie di misure di una distribuzione data; test di adattamento di misure accoppiate ad una funzione.

Esperimenti di laboratorio su argomenti di meccanica e di termodinamica

Testi/Bibliografia

J. R. Tayor "Introduzione all'analisi degli errori"  Zanichelli.

P. Fornasini "The uncertainty in physical measurements"  Springer.

A. Filipponi "Introduzione alla fisica"  Zanichelli.

Altro materiale (testi, dispense ed articoli introduttivi agli esperimenti di laboratorio) saranno resi disponibili durante il corso.

Metodi didattici

- Lezioni frontali;
- Esercitazioni in aula;
- Sessioni di laboratorio (frequenza obbligatoria), con relazioni scritte.

Modalità di verifica e valutazione dell'apprendimento

Esame scritto ed esame orale.   La prova scritta si compone di tre esercizi su diversi argomenti di probabilità e statistica e di un esercizio su LabView.   Durante la prova orale, della durate di circa 50 minuti, allo studente vengono poste domande che possono riguardare tutti gli argomenti in programma.      Durante il corso sono previste due prove scritte in itinere il cui superamento equivale al superamento della prova scritta di esame.    La validità di ogni prova scritta superata è limitata all'interno della sessione.    Il punteggio finale rappresenta una media dei punteggi della prova scitta, della prova orale e di quello ottenuto dalla relazione sull'ultimo esperimento eseguito durante il corso.

Strumenti a supporto della didattica

Laboratorio di fisica (viale Berti-Pichat 6/2, piano -1)

Orario di ricevimento

Consulta il sito web di Marco Cuffiani

Consulta il sito web di Silvia Arcelli