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Tipologia

Sperimentale e applicativo

SSD

FIS/01

Anno

1º anno

Semestre

2º semestre

CFU

9

Distribuzione delle ore

24 classroom hours, 36 training hours, 36 laboratory hours

Docenti

GIOVANNI ORGANTINI
FEDERICO BORDI
SIMONE DI CATALDO

Tipologia

Sperimentale e applicativo

SSD

FIS/01

Anno

1º anno

Semestre

1º semestre

CFU

3

Distribuzione delle ore

24 classroom hours

Docenti

GIOVANNI ORGANTINI

OBIETTIVI GENERALI:
Il corso è finalizzato all'insegnamento delle basi del metodo sperimentale e delle tecniche di analisi statistica dei dati sperimentali. A questo scopo il corso si articola su lezioni in aula ed esperienze di laboratorio di meccanica. Alla fine del corso gli studenti dovranno: conoscere il significato e comprendere l'importanza della misura di una grandezza fisica e della sua incertezza; essere in grado di effettuare semplici misure di grandezze fisiche e di presentarne i risultati anche in forma grafica; essere in grado di mettere a punto semplici programmi per l’ analisi dei dati raccolti; conoscere il concetto di probabilità e gli elementi di base della statistica; conoscere le proprietà delle principali funzioni di distribuzione di probabilità; fare inferenza su grandezze fisiche; essere in grado di formulare delle ipotesi e giudicarne l'attendibilità alla luce delle osservazioni sperimentali.

Si affrontano da un punto di vista sia teorico che sperimentale alcune misure fondamentali di meccanica ed il funzionamento dei principali strumenti di misura. Molti degli esperimenti svolti hanno anche una valenza didattica dato che possono essere riproposti nell'ambito delle attività didattiche della scuola secondaria.

Durante Il corso lo studente svilupperà le seguenti abilità: raccolta, analisi, interpretazione e presentazione di risultati e di dati; apprendimento di metodi e tecniche sperimentali aventi anche una valenza didattica; capacità di sviluppare algoritmi di analisi e acquisizione dati con moderni strumenti informatici. Inoltre, in un contesto piú generale lo studente accrescerà alcune abilità personali tra cui: la capacità di affrontare problemi, di lavorare in gruppo e di seguire un protocollo; la gestione efficiente delle risorse disponibili (incluso il tempo) ed il lavorare in sicurezza in un laboratorio; lo sviluppo delle abilità comunicative finalizzate alla presentazione chiara e convincente dei risultati ottenuti.

OBIETTIVI SPECIFICI:
A - Conoscenza e capacità di comprensione
OF 1) Conoscere le basi dell’analisi statistica dei dati
OF 2) Implementazione di algoritmi di analisi dati con strumenti informatici
OF 3) Comprendere il significato di una misura
B – Capacità applicative
OF 4) Eseguire misure di grandezze fisiche e progettare un esperimento
OF 5) Fare inferenza probabilistica a partire dalle osservazioni sperimentali
OF 6) Interpretare grafici, tabelle e risultati di una misura
OF 7) Formulare delle ipotesi e confrontarle con le osservazioni sperimentali
C - Autonomia di giudizio
OF 8) Giudicare l’affidabilità e la qualità di una misura
D – Abilità nella comunicazione
OF 9) Saper comunicare per iscritto il risultati del proprio lavoro sperimentale
OF 10) Saper scegliere la rappresentazione più adeguata dei dati sperimentali
E - Capacità di apprendere
OF 11) Utilizzare strumenti di misura diversi per le misure di meccanica
OF 12) Usare le proprie conoscenze di fisica e di laboratorio in modo creativo

Modulo: LABORATORIO DI MECCANICA II
N/D
Modulo: LABORATORIO DI MECCANICA I
Al termine del corso lo studente saprà progettare esperimenti per la misura di grandezze fisiche. Saprà utilizzare strumenti per la misura delle lunghezze (in particolare calibro Palmer e calibro ventesimale) e avrà una conoscenza di base della programmazione di Arduino e dell'utilizzo di uno smartphone per eseguire misure di varia natura.

Sarà in grado di analizzare i dati raccolti con i metodi dell'analisi statistica dei dati, usando il linguaggio Python o altri strumenti informatici. In particolare conoscerà i metodi per la valutazione della compatibilità delle misure, per individuare i parametri della funzione che meglio approssima i dati sperimentali, valutarne l'attendibilità e fare inferenza statistica in generale.

Conoscerà le proprietà di alcune distribuzioni statistiche di uso frequente.

Modulo: LABORATORIO DI MECCANICA II
N/D
Modulo: LABORATORIO DI MECCANICA I
Analisi matematica
Conoscenza di un linguaggio di programmazione

Modulo: LABORATORIO DI MECCANICA II
N/D
Modulo: LABORATORIO DI MECCANICA I
La misura delle grandezze fisiche. Unità di misura e loro definizione. Strumenti. Incertezze sperimentali e loro propagazione. Analisi statistica dei dati sperimentali (include 36 ore di esercitazioni di laboratorio). Probabilità. Funzioni di distribuzione di variabili casuali: uniforme, Bernoulli, Poisson, Gauss, chi quadro. Teorema del limite centrale. Inferenza statistica. Stima dei parametri di una distribuzione con il metodo dei minimi quadrati. Test d'ipotesi.

Uso di smartphone per la misura di alcune grandezze fisiche. Programmazione di Arduino. Fisica dei sensori. Progettazione di un esperimento. Preparazione di una relazione.

Modulo: LABORATORIO DI MECCANICA II
N/D
Modulo: LABORATORIO DI MECCANICA I
G. Organtini, "Physics Experiments with Arduino and Smartphones", ed. Springer - ISBN: 978-3-030-65139-8

Testi alternativi
J.R. Taylor, "Introduzione all’Analisi degli Errori", ed. Zanichelli
C. Bini, "Lezioni di Statistica per la Fisica Sperimentale", ed. Nuova Cultura
L. Lyons, "A Practical Guide to Data Analysis for Physical Science Students", ed. Cambridge University Press

Modulo: LABORATORIO DI MECCANICA II
N/D
Modulo: LABORATORIO DI MECCANICA I
N/D

Modulo: LABORATORIO DI MECCANICA II
N/D
Modulo: LABORATORIO DI MECCANICA I
Il corso si articola su 84 ore di lezione frontale e 36 ore di attività pratica in laboratorio. Una parte delle esercitazioni di laboratorio è prevista a distanza, indipendentemente dalle condizioni sanitarie. Gli studenti e le studentesse sono divisi in gruppi di 3-4 persone che concorrono alla realizzazione degli esperimenti, con un forte grado di interazione tra i componenti del gruppo. Nel corso del semestre sarà proposta l'esecuzione di esperimenti che i gruppi dovranno documentare attraverso la consegna di relazioni scritte, che saranno discusse pubblicamente al fine di evidenziare errori comuni e buone pratiche.

Agli studenti sarà chiesto di acquistare alcuni materiali (in particolare una scheda Arduino e un sensore ultrasonico), necessari per esercitarsi nella pratica del laboratorio. La spesa complessiva sarà comunque modesta e i materiali saranno utili in futuro.

Modulo: LABORATORIO DI MECCANICA II
N/D
Modulo: LABORATORIO DI MECCANICA I
La frequenza alle esercitazioni di laboratorio è obbligatoria. Sono ammesse assenze nella misura del 20% delle ore previste. In ogni caso, qualora lo studente o la studentessa si trovasse in condizioni di non poter partecipare agli esperimenti in laboratorio può (e deve) sempre eseguire le prove a casa.

Modulo: LABORATORIO DI MECCANICA II
N/D
Modulo: LABORATORIO DI MECCANICA I
Nella valutazione dell'esame la determinazione del voto finale tiene conto dei seguenti elementi: 
Per superare l'esame lo studente o la studentessa deve partecipare attivamente alle esercitazioni di laboratorio e superare due prove individuali di laboratorio, nel corso delle quali dovrà eseguire un esperimento e produrre la relativa relazione.

Dovrà inoltre superare una prova scritta di statistica e una prova orale finale.

La valutazione delle prove di laboratorio è parte integrante della valutazione finale. Le relazioni relative alle prove pratiche sono valutate secondo i seguenti criteri:

1. correttezza formale dell'analisi dei dati
2. scelta opportuna degli strumenti e dei metodi di analisi
3. qualità delle misure (in relazione allo strumento utilizzato)
4. capacità di sintesi e chiarezza espositiva (inclusa la selezione di grafici e tabelle)
5. completezza
6. originalità dell'esposizione

Modulo: LABORATORIO DI MECCANICA II
N/D
Modulo: LABORATORIO DI MECCANICA I
Caratteristiche degli strumenti
Compatibilità tra misure
Incertezze
Propagazione degli errori
Covarianza
La distribuzione gaussiana
La distribuzione di Poisson
La distribuzione binomiale
La distribuzione del X^2
Fit lineari
Il metodo della massima verosimiglianza
Teorema di Bayes
Assiomi di Kolmogorov
Analisi degli esperimenti svolti nelle esercitazioni

Modulo: LABORATORIO DI MECCANICA II
N/D
Modulo: LABORATORIO DI MECCANICA I
N/D