Facoltà di Scienze Matematiche Fisiche e Naturali
Corso di Laurea in Scienze per la Tutela dell’Ambiente
Corso di Laboratorio di Tecnologie Fisiche
Anno Accademico 2009-’10
Docente: Prof. Roberto Barbera
ESAMI:
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30.07.2010
30.09.2010
26.11.2010
17.12.2010
18.02.2011
Gli esami si svolgeranno presso il Dipartimento di Fisica e Astronomia dell’Università di Catania,
sito in via S. Sofia, 64, all’interno della Cittadella Universitaria, e avranno sempre inizio alle ore
9.30 del giorno sopra indicato. È raccomandato l’invio di un’email di prenotazione all’indirizzo
[email protected] qualche giorno prima della data dell’esame.
PROGRAMMA:
• Introduzione
• Il metodo scientifico.
• Il ciclo conoscitivo: metodo induttivo.
• Il ciclo conoscitivo: metodo deduttivo.
• Falsificabilità di una teoria scientifica e regole da seguire per applicare il metodo deduttivo
all’osservazione dei fenomeni naturali.
• Il principio antropico.
• Definizione di esperimento.
• Esperimenti per validare o confutare teorie fisiche: l’esperimento di Michelson-Morley ed il
rigetto dell’esistenza dell’etere.
• Definizione e proprietà dei modelli fisici e di quelli matematici.
• Sistemi deterministici, caotici e stocastici.
• Grandezze fisiche e unità di misura
• Definizione di grandezza fisica.
• Grandezze fisiche scalari e grandezze fisiche vettoriali.
• Definizione di unità di misura e di sistemi di misura.
• Grandezze fisiche fondamentali e derivate.
• Relazioni dimensionali tra grandezze fisiche.
• Notazione scientifica e ordine di grandezza.
• Il Sistema Internazionale di unità di misura.
• Unità di misura del Sistema Internazionale:
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1. Metro;
2. Chilogrammo;
3. Secondo;
4. Ampere;
5. Kelvin;
6. Mole;
7. Candela.
Unità aggiuntive del Sistema Internazionale: radiante e steradiante.
Multipli e sottomultipli di unità di misura; prefissi di scala.
• Statistica ed elaborazione dei dati sperimentali
• Definizione di statistica.
• Statistica descrittiva, inferenziale ed esplorativa.
• Definizione di errore di incertezza di misura.
• Errore assoluto ed errore relativo.
• Presentazione dei dati: istogrammi e distribuzioni.
• Stime di tendenza centrale: moda, mediana e media aritmetica.
• Media geometrica, armonica e quadratica.
• Proprietà della media aritmetica.
• Media aritmetica in termini di frequenze di misure.
• Giustificazioni statistiche della media aritmetica.
• Stime di dispersione.
• Semidispersione massima e quantili.
• Deviazione media assoluta.
• Varianza e deviazione standard.
• Generalità sulle variabili casuali unidimensionali discrete.
• Speranza matematica.
• Valore medio di combinazioni lineari di variabili casuali.
• Varianza di combinazioni lineari di variabili casuali.
• Errore della media di un campione di misure.
• La legge dei grandi numeri: teoremi di Čebišev e Bernoulli.
• Valore medio di un campione e valore vero di una popolazione.
• Scarto ed errore quadratico medio.
• Stima della varianza della popolazione.
• La Legge di Gauss e proprietà della distribuzione normale degli errori casuali.
• Il significato geometrico di σ.
• Esame dei dati e buona prassi per l’effettuazione di misure dirette.
• Le misure indirette.
• Combinazioni di misure dirette.
• Formula di propagazione degli errori.
• Stime dei parametri e la funzione di verosimiglianza.
• Metodo della media pesata.
• Interpolazione lineare dei dati: metodo dei minimi quadrati.
• Coefficiente di correlazione
• Verifica delle ipotesi: test del χ2.
• Cenni sugli acceleratori di particelle
• Generalità sugli acceleratori di particelle.
• Esempi di acceleratori lineari: acceleratore Van de Graaf semplice e “tandem”.
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Esempi di acceleratori circolari: ciclotrone, betatrone e collisore.
Energia disponibile per le collisioni: vantaggi e svantaggi di acceleratori con bersaglio fisso
e collisori.
• Cenni sui rivelatori di particelle
• Generalità sui rivelatori di particelle.
• Un esempio storico: l’esperimento di Rutherford e la scoperta del nucleo atomico.
• Caratteristiche dei rivelatori di particelle: sensibilità, risposta, risoluzione, efficienza e
tempo morto.
• Visione semplificata di una reazione in fisica nucleare e delle particelle.
• Passaggio di particelle attraverso la materia.
• Rivelatori a ionizzazione.
• Rivelatori a scintillazione.
• Fotomoltiplicatori.
• Sciami elettromagnetici e calorimetri elettromagnetici.
• Sciami adronici e calorimetri adronici.
• Tipica struttura di un multi-rivelatore per esperimenti di fisica nucleare e delle particelle.
• Esempi di grandi multi-rivelatori di particelle.
• Rivelatori al silicio.
• Rivelatori di tracce.
• Metodi di identificazione delle particelle: tempo di volo ed effetto Čerenkov.
• Applicazioni mediche: la PET e l’adroterapia.
TESTI CONSIGLIATI:
1. Su richiesta, da effettuarsi via email all’indirizzo [email protected], può essere
fornito del materiale didattico utilizzato per la preparazione delle lezioni;
2. M. Dapor e M Ropele, “Elaborazione dei dati sperimentali”, Casa Editrice Springer-Verlag
Italia, ISBN: 88-470-0271-0;
3. L. Lyons, “A Practical Guide to Data Analysis for Physical Science Students”, Casa
Editrice Cambridge University Press, ISBN: 0-521-42463-1.
Qualunque altro testo di fisica, statistica, calcolo delle probabilità, ed analisi degli errori, che
includa gli argomenti del corso sopra elencati, può essere considerato valido.
