LABORATORIO DI FISICA I 1

Modulo LABORATORIO

Il corso è il primo insegnamento di Laboratorio e di Statistica che gli studenti frequentano dopo l'iscrizione al corso di Studi in Fisica.

Lo scopo del corso è quello di fornire agli studenti le basi del metodo sperimentale e le tecniche di analisi dei dati sperimentali.

Per ottenere tale obiettivo il numero di ore che lo studente frequenta il laboratorio è di 90 ore. Durante l'esecuzione delle esperienze lo studente è seguito dal docente e da un tutor. Inoltre, la presenza costante del tecnico di laboratorio rende le esperienze sempre fruibili e gli strumenti sempre funzionanti.
Alla fine del percorso di insegnamento lo studente sarà in grado di

• Comprendere i fenomeni meccanici e termici in maniera sperimentale, pratica e operativa.
• Essere capaci di effettuare misure di proprietà fisiche
• Acquisire conoscenze di base sui principi di funzionamento delle apparecchiature, metodi generali, e attitudini mentali utili a investigare fenomeni meccanici e termici anche diversi da quelli già proposti nel corso o sui loro hanno effettuato misure.
• Acquisire conoscenza di base e abilità utili alla progettazione di dispositivi nuovi nello stesso campo.
• Acquisire capacità di analizzare correttamente dati sperimentali e di produrre una relazione scientifica che descriva l' esperimento eseguito, riporti i suoi risultati e li sappia interpretare. 
• Acquisire la capacità di comunicare i risultati di un esperimento e/o di una misura scientifica in maniera corretta, esaustiva, chiara e efficace.

L'insegnamento è suddiviso in lezioni frontali, che si terranno nella prima parte del corso, ed esperimenti da fare in laboratorio di norma nel periodo novembre-giugno.

Conoscenze di base di Matematica (elementi di analisi) e di Fisica 1.

È utile, e quindi fortemente consigliato, avere superato gli esami o aver studiato Fisica 1 e Analisi Matematica.

Il corso è di 12 crediti. 132 ore di didattica tra lezioni in aula ed esercitazioni in laboratorio.

In particolare sono previste 42 ore di lezione in aula e 90 ore di esercitazioni guidate in laboratorio.

Analisi dei dati sperimentali e cenni di Statistica:
- Il Metodo Scientifico.
- La misura delle grandezze fisiche. Definizione (operativa) di grandezza e sua misura. Grandezze fondamentali e derivate. Unità di misura e sistemi di unità di misura: Il sistema internazionale.
- Presentazione delle misure e cifre significative. Leggere una formula e verificarne la sua correttezza (analisi dimensionale)

- Caratteristiche di uno strumento di misura
- Errori e/o incertezze. Errori sistematici e casuali.
- L'errore totale nelle misurazioni, errore relativo, grado di precisione.

- Misure singole e/o multiple. La migliore stima dell'errore (moda, mediana e media)

- Eventi casuali,variabili aleatorie- Definizione classica, frequentista e assiomatica di probabilità - probabilità totale, probabilità condizionata,probabilità composta

Popolazione statistica - campionamento - legge dei grandi numeri - densità di probabilità - momenti - •distribuzione di Student • teorema del limite centrale •

- Scarti, scarto quadratico medio, deviazione standard della popolazione, del campione e della media.
- Propagazione degli errori.
- Rappresentazione dei dati: tabelle, istogrammi e grafici.
- Istogrammi: dal discreto alla distribuzione limite.
- La distribuzione di Gauss come distribuzione limite per misure affette da errori casuali.
- La misura di una grandezza fisica influenzata da fenomeni casuali e stima del valore atteso.
- Misura in termini probabilistici.

- Cenni su teoria delle probabilità.

- Il criterio di massima verosimiglianza.
- Distribuzioni di probabilità: Gaussiana, Binomiale, di Poisson t-student, chi-quadro.
- Test del chi-quadro.
- Grafici e relazioni funzionali

Descrizione delle esperienze di laboratorio (12 ore fontali e in laboratorio)

Esperienze in laboratorio (78 ore ):

Dinamica del punto materiale e del corpo rigido
Misure di lunghezze: nonio, calibro, palmer • Piano inclinato • Dispositivo di Fletcher • Macchina di Atwood • Pendolo semplice • Pendolo composto, pendolo reversibile di Kater • Pendolo sferico, sferometro • Pendolo su arco • Pendolo di torsione •Ago di Maxwell • Molle • Momento d'inerzia di un volano • Energia cinetica di rotazione.

Meccanica dei continui deformabili
Picnometro • Bilancia di Mohr-Westphal •Viscosimetro di Ostwald - Stalagmometro •Tensiometro •Tubo di Venturi • Sedimentazione.

Termodinamica
Calorimetro delle mescolanze di Regnault • Propagazione del calore in una sbarra omogenea •-Equazione di stato del gas perfetto • Esperienza di Desormes e Clement • Tubo di Kundt

Verifica delle distribuzione di probabilità

Macchina di Galton

TESTI CONSIGLIATI per l'analisi dei dati e la statistica

1. J.R. Taylor: INTRODUZIONE ALL'ANALISI DEGLI ERRORI - LO STUDIO DELLE INCERTEZZE NELLE MISURE FISICHE, Zanichelli
2. M. Loreti: Teoria degli Errori e Fondamenti di Statistica, Decibel, Padova
3. R. Bevington: Data Reduction and Error Analysis for the Physical Sciences
4. slides delle lezioni / dispense docente

TESTI CONSIGLIATI per la descrizione degli strumenti ed esperimenti

1. R. Ricamo: Guida alle Esperimentazioni di Fisica Ed. Ambrosiana, Milano
2. E. Perucca: Fisica Generale e Sperimentale UTET, Torino
3. F.Tyler: A Laboratory Manual of Physics E.Arnould, London
4. slides delle lezioni / dispense docente

Matrice di covariaza, propagazione degli errori nelle misure indirette, test del Chi-quadro, domande sulla tesina di laboratorio presentata.

N.B. Questa lista non significa in nessun modo che queste saranno tutte o anche solo alcune delle domande che verrano proposte agli studenti durante la prova orale.