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.