Laboratorio di Fisica con Elementi di Statistica Corso Annuale

Laboratorio di Fisica
con Elementi di Statistica
Corso A
Organizzazione del corso
Corso Annuale - 10 Crediti
docenti:
Franco Camera
Giulia Luisa Masserini
Paolo Piseri
Marcello Fanti
Metodo Scientifico
1 - Osservazione / Esperimento
Si tratta di identificare le caratteristiche del fenomeno osservato, effettuando
delle misurazioni adeguate, con metodi esattamente riproducibili.
2 - Formulazione di una Ipotesi
3 - Verifica
4 - Formulazione di una legge
Esperimento o misura:
“Scelta”
dello
Strumento
Raccolta
Dati
Analisi
Dati
Sintesi
“Relazione”
Attività sperimentale per un fisico significa:
In laboratorio e fuori:
• Analisi dell’apparato sperimentale in termini degli aspetti fisici che ne
determinano il funzionamento:
• Identificare tutti i fenomeni fisici che agiscono all’interno della procedura
sperimentale, e riconoscere approssimazioni e assunzioni considerate.
• Studiare tutti questi fenomeni in modo da saperne valutare e quantificare gli
effetti.
• Misura dell’osservabile:
• Accertarvi che i risultati che ottenete dagli strumenti di misura riflettano il
fenomeno che volete misurare e non altro.
• Analisi dati e confronto del risultato ottenuto con quello atteso:
• Capire come il significato della misura si trasmette attraverso la procedura di
analisi dei dati ed il loro trattamento in termini statistici.
un fisico sperimentale non si limita a usare degli strumenti
per ottenere misure
Obiettivi generali del corso
Formazione attraverso l’attività pratica per:
• descrivere in maniera appropriata un fenomeno fisico a partire
dall’osservazione, usando consapevolmente ed appropriatamente
gli strumenti pratici (apparati sperimentali e strumenti di misura,
tecniche di elaborazione dei dati) e quelli concettuali (definizioni,
approssimazioni e modelli).
• organizzare un esperimento e realizzarlo, tenendo nella corretta
considerazione (in relazione agli obiettivi) le incertezze e gli
aspetti statistici ad esse connessi.
• Interpretare e rappresentare correttamente il risultato di
un’operazione di misura di una grandezza fisica, anche in
relazione alla validazione o falsificazione di un modello.
Esempio: Pendolo per la misura di g
Materiali a disposizione:
• Supporto, aste, morsetti, filo per sospensione del
pendolo, masse da sospendere
• Metro/Calibro
• Cronometro a fotocellula
• Goniometro
L
g = 4!
2
T
2
Da considerare:
• Attrito ?
• Vibrazioni o oscillazioni del supporto ?
• Possibile estensione del filo ?
• Massa non puntiforme ?
• Moto planare ?
• Torsioni e/o rotazioni legate al vincolo ?
• Ampiezza oscillazioni ?
• ………………………
Posso usare l’esperimento per dare un valore a g attraverso la misura di L e T
se non ho compreso l’effetto di tutti gli elementi che distinguono il sistema
reale dal modello che la formula sottintende ?
Laboratorio di Fisica 1
… e se l’esperimento “non viene” ?
Questo corso dovrà portarvi a riconoscere che questa affermazione,
così formulata, non ha alcun senso…
In ogni caso:
Prima di considerare se ripetere una misura o un esperimento, se i risultati
appaiono sospetti:
•rivedere accuratamente i dati già acquisiti e tutta la procedura di analisi
utilizzata, per identificare la possibile origine del problema.
•riconsiderare tutti i fenomeni fisici che entrano in gioco e le approssimazioni e
considerazioni fatte
senza identifica il problema, rifacendo la misura si rischia di ripetere
semplicemente i medesimi errori e si riotteneranno i medesimi risultati…
Laboratorio di Fisica con Elementi di Statistica
Corso Annuale - 10 Crediti
48 ore di lezioni frontali
Statistica (Masserini) , Introduzione alle
esperienze e all’analisi dei dati raccolti (Camera)
Mercoledì
Giovedì
Attività in Laboratorio
16:00 – 18:00
14:00 – 16:00
1° Semestre: 3-4 sessioni x studente (3/4 turni)
Lunedì Mattina
Martedì Pomeriggio
Mercoledì Mattina
09:00 – 13:00
14:30 – 18:30
09:00 – 13:00
Per informazioni e/o ricevimento studenti:
• [email protected]
• [email protected]
[email protected]
[email protected]
Testi Consigliati
Taylor : Introduzione all’analisi degli errori (Zanichelli)
Bevington-Robinson Data Reduction and Error Analysis (McGraw Hill)
Informazioni, avvisi, materiali utili per il corso e per la
preparazione all’esame sono raccolti sul sito:
http://lxmi.mi.infn.it/~camera/lab-fisica/
Esperienze Previste:
1° semestre
• Analisi statistica del risultato del lancio di dadi (con modulo on-line per la
raccolta dei dati e relazione guidata per l’analisi; da consegnare entro febbraio)
• Misura di grandezze fisiche (con questionario on-line da compilare durante
l’esperienza)
• Misura dell’accelerazione di gravità con il pendolo (con modulo on-line e
relazione secondo schema assegnato e traccia per l’analisi dati; da consegnare
entro febbraio)
2° semestre
•
Misura del momento di inerzia e verifica della conservazione del momento
angolare
•
Verifica della legge di Coulomb per la forza elettrostatica; misura della permittività
dell’aria
•
Verifica della legge di Hooke per la forza elastica; misura della costante elastica di
molle, studio di oscillazioni smorzate e di risonanze
•
Onde acustiche stazionarie e misura della velocità del suono con il tubo di Kundt
In laboratorio occorre
•
arrivare puntuali e preparati
•
partecipare al lavoro del gruppo
•
rispettare materiale e strumentazione messi a disposizione
•
al termine della sessione, riordinare il proprio banco lasciando tutto
esattamente come lo si è trovato
Calcolatore elettronico per attività in laboratorio
• Tutti i banchi in laboratorio sono attrezzati con PC.
• Nel caso di alcune attività vi sarà richiesto di compilare moduli on-line con i dati
da voi raccolti e con i risultati di analisi preliminari.
• Sui PC è installato il software DataStudio® di PASCO®, in ambiente Windows®,
che serve ad acquisire dati dagli strumenti per applicazioni didattiche dello stesso
produttore.
• E’ possibile utilizzare il PC, anche con gli altri applicativi installati, per l’analisi
dati.
• I PC sono collegati in rete e ad internet per facilitare il trasferimento di dati e
informazioni. NON è ammesso l’uso di sistemi di messaggistica, chat, social
networks, etc.
• Non è ammessa l’installazione di software eseguibile da parte degli studenti
http://pcstud.fisica.unimi.it/
L’attività di laboratorio ha frequenza obbligatoria
• In caso di assenza l’esperienza DEVE essere recuperata (durante un altro
turno di laboratorio) entro un mese dalla data di assenza.
• In caso di assenze non recuperate, non potranno essere assegnate le
relazioni da portare all’orale e quindi non sarà possibile fare l’esame.
Esame:
Concorrono alla valutazione:
• Impegno in laboratorio e puntualità nel rispettare le scadenze
• Schede consegnate (su: Dadi e Pendolo)
- entro 28 Febbraio 2013
• Esito prova Scritta di statistica
- a partire da Dicembre 2012
• Relazione su una esperienza
- a partire da Maggio 2013
• Esito prova Orale
- a partire da Maggio 2013
Chi non consegna le relazioni su Dadi e Pendolo (preparate correttamente) entro il 28
febbraio 2013 dovrà:
• Consegnarle comunque prima dell’orale
• Preparare una relazione aggiuntiva da portare l’esame orale
Tutte le relazioni e i moduli da consegnare (almeno 2 settimane prima
dell’esame) sono parte integrante dell’attività di laboratorio e NON sono da
intendere come responsabilità del gruppo, ma come compiti personali di
ciascuno di voi!
Gruppi per attività di laboratorio
• divisi in gruppi di 3 o 4 persone
• possibile indicare il turno di laboratorio preferito
•Iscrizione attraverso elenco appeso sulla porta del laboratorio
• Massimo 8 gruppi di 4 persone per sessione di laboratorio
• possibile segnalare la preferenza per la composizione dei gruppi
Tenteremo di accontentarvi, ma in ogni caso, la decisione finale
per la formazione dei gruppi sarà dei docenti
Nota Importante:
Per motivi organizzativi NON sono permessi trasferimenti da corso A a corso B e
viceversa.
In caso di particolari esigenze tuttavia, sono possibili degli scambi con studenti
assegnati all’altro corso. Mettetevi d’accordo tra di voi e quindi avvisate i docenti
(Camera-Maugeri) via e-mail specificando il nome e l’email degli studenti coinvolti
nello scambio.
Il nome e cognome scritto in stampatello
e in maniera leggibile è obbligatorio. L’email è facoltativo ma molto utile per
contattare lo studente in caso di
necessità
Nella parte relativa alla composizione dei
gruppi, inserite il numero corrispondente
alla posizione vostra e dei compagni
scelti.
Come registrarsi ed esprimere la propria preferenza di gruppo:
#
COGNOME
NOME
E-Mail
1
XXX
X
[email protected]
2
YYY
Y
[email protected]
3
ZZZ
Z
[email protected]
4
ABC
A
[email protected]
…
40
Gruppo
Cognome 1
Cognome 2
Cognome 3
A
n1
n2
n3
B
…
J
Inizio Lezioni
Oggi
Domani
- 3 ottobre 2012
- 4 Ottobre 2012
- 10 Ottobre 2012
- 11 Ottobre 2012 … etc etc
Inizio attività in laboratorio: da definire
Esami:
La prima prova in itinere di statistica (esame scritto) è prevista
poco prima in Natale.
Gli appelli scritti saranno uno a fine gennaio e forse uno a fine
febbraio.
Le date degli appelli scritti verranno messe in rete appena ci saranno comunicate
• Una settimana dopo l’appello scritto ci sarà il corrispondente appello orale
• La relazione sull’esperienza DEVE essere consegnata una settimana prima della
data dell’appello scritto associato all’appello orale. Relazioni consegnate in
ritardo non daranno l’accesso all’orale
Nota Importante:
Ci sarà una prova in itinere e 1-3 appelli scritti di statistica:
• Fine Dicembre
• Gennaio
• Febbraio (forse)
• Aprile (forse)
 Vi consigliamo vivamente di fare lo scritto nell’intervallo tra il primo ed il
secondo semestre.
• Una buona conoscenza degli elementi statistica vi sarà molto utile e
vi farà risparmiare molto tempo durante l’attività di laboratorio del II
semestre
E’ meglio fare l’allenamento prima della partita non dopo !
 A partire da marzo, insieme all’attività di laboratorio, vi sarà sempre
richiesto di compilare una scheda con un’analisi preliminare dei dati (di
gruppo, da consegnare entro la settimana successiva)