Testi del Syllabus - Dipartimento di Fisica

Testi del Syllabus
Docente
CAPUTI LORENZO
Anno offerta:
2013/2014
Insegnamento:
27002058 - INTRODUZIONE AL METODO SPERIMENTALE
Corso di studio:
0727 - FISICA
Anno regolamento: 2013
CFU:
7
Settore:
FIS/01
Tipo attività:
A - Base
Partizione studenti:
-
Anno corso:
1
Periodo:
Primo Semestre
Sede:
UNIVERSITA' DELLA CALABRIA
Matricola: 001996
Testi in italiano
Tipo testo
Testo
Lingua insegnamento
Italiano
Contenuti
elaborazione statistica dei dati sperimentali; distribuzioni di probabilità;
esperimenti in laboratorio.
Testi di riferimento
G. Cannelli “Metodologie Sperimentali in Fisica” – EdiSES- III Edizione
(testo adottato)
J.R. Taylor “Introduzione all’analisi degli errori” - Zanichelli
H.D. Young “Elaborazione statistica dei dati sperimentali” – Veschi
Editore
Obiettivi formativi
Il corso semestrale si propone di far acquisire agli studenti di fisica del
primo anno competenze in:
- progettazione ed esecuzione di un esperimento per la misura di una
grandezza fisica;
- elaborazione statistica e presentazione dei dati sperimentali;
- redazione di una relazione di laboratorio.
Prerequisiti
Conoscenze di base di calcolo differenziale
Metodi didattici
Lezioni (32 ore), esercitazioni (24 ore) e laboratorio (12 ore).
Le ore di esercitazione sono tenute dal prof. Guerra.
Altre informazioni
Lorenzo Caputi
Orario di ricevimento: martedì ore 10:30-12:30 presso laboratorio di
Nanoscienza di Superficie, piano terra Cubo 33C
Studio docente: edificio 33C - piano 4° - stanza 2
Email: [email protected]
Recapito telefonico: +39 0984.496154 - +39 0984.496174
Ignazio Guerra
Orario di ricevimento: Lunedì: 15.30 - 18.30 - Martedì, mercoledì e
giovedì: 15.30-16.30
Studio docente: edificio 30C
Email: [email protected]
Recapito telefonico: +39 0984.493666
Modalità di verifica
dell'apprendimento
prova scritta, prova orale, tests “in itinere”, relazioni di laboratorio.
Programma esteso
Grandezze Fisiche e Sistemi di Unità di Misura. Il metodo scientifico;
definizione operativa di grandezza fisica, misura; misure dirette e
indirette; grandezze fondamentali; sistemi unità di misura; grandezze
derivate; equazioni dimensionali; grandezze adimensionali; notazione
scientifica; cambio del sistema di unità di misura; unità di misura fuori
sistema.
Errori di Misura. Errori nelle misure, incertezze; errori sistematici e
casuali; strumenti di misura e caratteristiche; media campionaria e media
di una popolazione; errore di una misura diretta; errore massimo ed
errore quadratico medio; varianza; cifre significative; errore massimo per
una misura indiretta, propagazione degli errori; errore relativo. Stima del
valore vero e deviazione standard di una grandezza derivata; formula
generale di propagazione dell’errore; deviazione standard della media;
disuguaglianza di Schwarz.
Elementi di Calcolo Combinatorio. Permutazioni. Combinazioni. Binomio
di Newton. Permutazioni e combinazioni con ripetizioni.
Elementi di teoria delle probabilità. Probabilità classica di Laplace.
Tipo testo
Testo
Probabilità empirica. Probabilità assiomatica. Teoremi della teoria delle
probabilità.
Distribuzioni di probabilità di variabili aleatorie discrete. Leggi di
distribuzione. Valore aspettato e varianza di una variabile aleatoria
discreta. Distribuzione binomiale di Bernoulli. Distribuzione di Poisson.
Distribuzioni di probabilità di variabili aleatorie continue. Densità di
probabilità. Valore aspettato e varianza di una variabile aleatoria
continua. Distribuzione di Gauss o normale; probabilità per il valore di
una misura, variabile standardizzata, significato probabilistico della
deviazione standard. Teorema del limite centrale. Varianza della media.
Livello di confidenza e intervallo di fiducia. Rigetto dei dati e criterio di
Chauvenet.
Stimatori dei Parametri di Distribuzioni. Metodo della massima
verosimiglianza. Media aritmetica, moda e mediana; stima del parametro
della distribuzione binomiale e della distribuzione di Poisson; stima dei
parametri della distribuzione di Gauss; stima dei parametri della funzione
di distribuzione delle medie, media pesata.
Test del chi-quadrato per la verifica di una distribuzione di probabilità
attesa. Impostazione del test del chi-quadrato; chi-quadrato ridotto; livelli
di significatività.
Adattamento di una Relazione Funzionale ai Dati Sperimentali. Metodo
dei minimi quadrati; retta dei minimi quadrati, errori dei parametri della
retta dei minimi quadrati, errore standard della stima; adattamento di
relazioni funzionali ai dati sperimentali; ricerca della forma di una
dipendenza funzionale – uso del test chi-quadrato; coefficiente di
correlazione lineare.
Esperienze di laboratorio
- determinazione di una grandezza fisica indiretta con diversi metodi e
strumentazione;
- verifica della distribuzione di Gauss in una serie di misure ripetute;
- distribuzione di probabilità nel decadimento di una sostanza radioattiva;
- progettazione ed esecuzione di un esperimento per la misura dell’
accelerazione di gravità.
Testi in inglese
Tipo testo
Testo
Lingua insegnamento
Italian
Contenuti
statistical elaboration of experimental data; probability distributions;
laboratory experiences.
Testi di riferimento
G. Cannelli “Metodologie Sperimentali in Fisica” – EdiSES- III Edizione
J.R. Taylor “Introduction to error analysis” - Zanichelli
H.D. Young “Statistical treatment of experimental data” – Veschi Editore
Obiettivi formativi
The semester course aims to introduce the first year physics students to:
- elaborate statistically the experimental data;
- plan and execute an experiment for the measurement of a physical
quantity;
- write a laboratory report.
Prerequisiti
basic knowledge of differential calculus
Metodi didattici
Lectures (32 h.), exercises (24 h.) and lab (12 h.)
Altre informazioni
Office hours for students: Prof. Caputi will receive students each Friday
from 10:30 am to 12:30 am - building 33C - 1st floor - Lab
Office: building 33C - 4th floor - room 2
Email: [email protected]
Telephone: +39 0984.496154 - +39 0984.496174
Ignazio Guerra
Office hours: Monday: 15.30 - 18.30 - Tuesday, Wednesday and
Thursday: 15.30-16.30
Office: building 30C
Email: [email protected]
Telephone: +39 0984.493666
Modalità di verifica
dell'apprendimento
written and oral exam, “in itinere” texts, laboratory reports.
Programma esteso
Physical quantities and Systems of measurement units: scientific method;
operational definition of a physical quantity; measurement; direct and
indirect measurements; fundamental quantities; systems of
measurement units; the international system of units; derived quantities;
dimensional analysis; dimensionless quantities; scientific notation; order
of magnitude; conversion of units.Measurement Errors: Errors as
uncertainties; systematic and casual errors; characteristics of measure
instruments; sample mean and population mean; uncertainty in direct
measurements; maximum error and standard deviation; variance;
significant digits; maximum error in indirect measurements; propagation
of errors; fractional error; estimation value and standard deviation of
derived quantities; standard deviation of the mean; Schwarz inequality.
Elements of combinatorial calculus: permutations, combinations,
Newton's binomial theorem.Elements of probability theory: classical
(Laplace) definition of probability; empirical probability; axiomatic
probability; theorems of probability theory. Probability distributions of
discrete random variables: the meaning of a probability distribution;
expected value and standard deviation of a discrete random variable;
Bernoulli binomial distribution; Poisson distribution.Probability
distributions of continuous random variables: probability density function;
expected value and standard deviation of a continuous random variable;
Tipo testo
Testo
Gauss distribution or normal error function; central limit theorem;
confidence levels and confidence intervals; rejection of data. Estimating
the parameters of a distribution: method of maximum likelihood;
arithmetic mean, median and mode; estimation of binomial and Poisson
distribution parameter; estimation of Gaussian parameters; weighted
average. Goodness of fit of an expected probability distribution: Chisquared test; reduced chi-squared; levels of significance. Fit of a
functional relationship to experimental data: least squares method; least
squares line, errors in the parameters of the least squares line; standard
error of an estimate; fit of functional relations to experimental data – use
of the chi-squared test; correlation; coefficient for linear correlation.
Laboratory Experiments- estimation of an indirect physical quantity with
different methods and instrumentation;- verification of a Gaussian
distribution for repeated measurements;- probability distribution in the
decay of a radioactive material;- design and execution of an experiment
to measure the acceleration due to gravity.