laboratorio di fisica con elementi di statistica -...
TRANSCRIPT
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
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)
Martedì 16:00 – 18:00 Giovedi 16:00-18:00
Attività in Laboratorio 1° Semestre: 3-4 sessioni x studente (3 turni)
Martedì Mattina 09:00 – 13:00
Mercoledì Pomeriggio 14:30 – 18:30
Giovedì Mattina 09:30 – 13:00 Per informazioni e/o ricevimento studenti:
• [email protected] [email protected]
• [email protected] [email protected]
Testi Consigliati Gaetano Cannelli – Metodologie Sperimentali in fisica (EdiSES) Taylor : Introduzione all’analisi degli errori (Zanichelli)
Bevington-Robinson Data Reduction and Error Analysis (McGraw Hill)
http://lxmi.mi.infn.it/~camera/lab-fisica/
Informazioni, avvisi, materiali utili per il corso e per la
preparazione all’esame sono raccolti sul sito:
Esperienze Previste:
1° semestre (esperienze guidate)
• Analisi statistica del risultato del lancio di dadi (da consegnare entro fine 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 analisi dati
secondo uno schema assegnato; da consegnare entro fine febbraio)
2° semestre (lavorerete autonomamente)
• Misura del momento di inerzia e verifica della conservazione del momento angolare
(2 sessioni di laboratorio)
• Verifica della legge di Hooke per la forza elastica; misura della costante elastica di
molle, studio di oscillazioni smorzate e di risonanze (3 sessioni di laboratorio)
• Verifica della legge di Coulomb per la forza elettrostatica; misura della permittività
dell’aria oppure proprietà della corda vibrante (1 Sessione di laboratorio)
• Onde acustiche stazionarie e misura della velocità del suono con il tubo di Kundt (3
sessioni di laboratorio)
In laboratorio occorre
• Arrivare puntuali e preparati.
• Verificheremo, nel caso, la preparazione dello studente
• Partecipare al lavoro del gruppo.
• Dovete toccare, girare, pigiare, provare, … fare il laboratorio
• Rispettare materiale e strumentazione messi a disposizione
• Al termine della sessione, riordinare il proprio banco lasciando tutto
esattamente come lo si è trovato
• Non lasciate lattine, bottiglie, carte e briciole
• Togliete il nastro adesivo applicato su sbarre, tavolo e altri oggetti
• Spegnete il PC
Calcolatore elettronico per attività in laboratorio
• Tutti i banchi in laboratorio sono attrezzati con PC (windows 7).
• Office 2007 e Open office sono installati
• 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® e CAPSTONE ® 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 di alcun tipo da parte degli studenti
L’attività di laboratorio ha frequenza obbligatoria
• In caso di assenza l’esperienza DEVE essere recuperata (durante un altro
turno di laboratorio) meglio se 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.
• A metà giugno il laboratorio chiude per riaprire a ottobre 2015. Eventuali
assenze NON potranno quindi essere recuperate.
Esame (Orale): A supporto della discussione in sede di esame orale sono raccolti:
• Schede di laboratorio
• Prova Scritta di statistica
• Relazione/i sulle esperienze
• Esito prova Orale
Ovviamente è importante l’ Impegno in laboratorio e puntualità nel rispettare
le scadenze
Verifica della preparazione sugli argomenti di statistica
• A marzo entrerete in laboratorio per eseguire le esperienze previste dal
corso.
• E’ fondamentale che siate adeguatamente preparati ad usare gli strumenti
concettuali necessari che sono stati introdotti nel primo semestre
• Tra la seconda metà di gennaio e febbraio quindi sarà fatto un semplice
scritto (una decina di domande e 15-30 minuti di tempo per rispondere)
per verificare la vostra preparazione
• Chi supera il test :
• Potrà esprimere una preferenza sulla composizione del gruppo (che
cercheremo di soddisfare) di laboratorio del secondo semestre
• Porterà all’esame una sola relazione (salvo altri debiti)
• Chi non supera il test:
• Poiché ha dimostrato di non avere la preparazione necessaria al
laboratorio dovrà portare tre relazioni all’esame.
• Due Relazioni dovranno essere consegnate entro una settimana dalla
esecuzione della esperienza (il docente vi avviserà).
• Non potrà esprimere alcuna preferenza sul gruppo di laboratorio.
L’attività di laboratorio ha frequenza obbligatoria
• In caso di assenza l’esperienza DEVE essere recuperata (durante un altro
turno di laboratorio) meglio se 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.
L’esame è orale Non consegnando i templates su Dadi e Pendolo entro il 28 febbraio 2015 :
• Non si potrà sapere la valutazione e visionare i templates corretti.
• Si dovrà consegnare comunque i templates prima dell’orale insieme alle relazioni
• Si dovrà preparare una relazione aggiuntiva da portare l’esame orale
Le relazioni e i template sono personali.
Le ‘limesurvey’ sono di gruppo .
Le relazioni devono essere consegnate almeno 2 settimane prima dell’esame orale
e comunque non più tardi del 15 luglio.
Gruppi per attività di laboratorio
• Sarete divisi in gruppi di 3-4 persone
• La composizione dei gruppi nel primo e nel secondo
quadrimestre potrebbero essere differenti
• E’ possibile indicare il turno di laboratorio preferito
• Iscrizione attraverso elenco appeso sulla porta del laboratorio
• Massimo 10 gruppi di 4 persone per sessione di laboratorio
• E’ possibile segnalare una 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’e-mail degli studenti coinvolti
nello scambio.
Il nome e cognome scritto in stampatello e in maniera leggibile è obbligatorio.
Nella parte relativa alla composizione dei gruppi, inserite il numero corrispondente
alla posizione vostra e dei compagni scelti.
# COGNOME NOME
1 XXX X
2 YYY Y
3 ZZZ Z
4 ABC A
…
40
Gruppo Cognome 1 Cognome 2 Cognome 3
A n1 n2 n3
B
…
J
Come registrarsi ed esprimere la propria preferenza di gruppo:
Lezioni
Oggi - 30 Settembre 2014
Giovedì - 02 Ottobre 2014
- ………..
- ………...
Visita di alcuni Laboratori ricerca: 6 ottobre ore 11:30
Lezione Sicurezza: 6 ottobre 2015 ore 16:00
Inizio attività in laboratorio:
- Probabilmente l’ultima settimana di ottobre
- Verrà comunicata a lezione
Esami:
La prima prova in itinere di statistica (esame scritto) è prevista
poco prima in Natale (probabilmente il 23 dicembre).
La prova in itinere è in tutto uguale ad un appello scritto ma riservata
agli studenti del primo anno.
La prova in itinere va a sostituire l’appello scritto
Le date degli appelli scritti verranno messe in rete appena ci saranno comunicate
• Una settimana circa dopo l’appello scritto ci sarà il corrispondente appello orale
• Relazioni consegnate in ritardo non daranno l’accesso all’orale
Nota Importante:
Ci saranno una/due prove in itinere e 6 appelli scritti di statistica:
• Fine Dicembre (prova in Itinere)
• Gennaio
• Febbraio
• Aprile (forse – prova in itinere)
• Giugno (1), Luglio (2), Settembre(1)
Vi consigliamo vivamente di fare la prova in itinere o 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)
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
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
“Scelta”
dello
Strumento
Analisi
Dati
Sintesi
“Relazione”
Esperimento o misura:
Raccolta
Dati
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.
Materiali a disposizione:
• Supporto, aste, morsetti, filo per sospensione del
pendolo, masse da sospendere
• Metro/Calibro
• Cronometro a fotocellula
• Goniometro
Esempio: Pendolo per la misura di g
2
24T
Lg
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 ?
Materiali a disposizione:
• Supporto, aste, morsetti, filo per sospensione del
pendolo, masse da sospendere
• Metro/Calibro
• Cronometro a fotocellula
• Goniometro
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 ?
• ………………………
Esempio: Pendolo per la misura di g
2
24T
Lg
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 identificare il problema, rifacendo la misura si rischia di ripetere
semplicemente i medesimi errori quindi si riotteneranno i medesimi risultati…