Fisica

Tipologia

Sperimentale e applicativo

SSD

FIS/01

Anno

N/D

Semestre

N/D

CFU

9

Distribuzione delle ore

24 classroom hours, 36 training hours, 36 laboratory hours

Docenti

Tipologia

Sperimentale e applicativo

SSD

FIS/01

Anno

N/D

Semestre

N/D

CFU

3

Distribuzione delle ore

24 classroom hours

Docenti

FRANCESCO PIACENTINI
FRANCESCO PIACENTINI

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

Al termine del corso lo studente o la studentessa sarà in grado di:

1.Analizzare le caratteristiche di uno strumento per determinarne la risoluzione.
2. Applicare metodi statistici per stabilire se e quanto due grandezze fisiche siano tra loro correlate.
3. Valutare la compatibilità tra due misure sperimentali.
4. Calcolare e stimare l’incertezza associata a una grandezza fisica derivata.
5. Comunicare correttamente il risultato di una misura, rispettando le convenzioni scientifiche.
6. Determinare e valutare l’incertezza di una misura diretta o indiretta.
7. Applicare il metodo dei minimi quadrati per eseguire un fit lineare e giudicarne la robustezza.
8. Eseguire e interpretare un test del Chi quadro per analizzare la qualità di un adattamento.
9. Descrivere le principali caratteristiche delle distribuzioni di probabilità uniforme, binomiale, di Poisson, gaussiana e normale standard.
10. Confrontare le diverse distribuzioni di probabilità per riconoscerne somiglianze, differenze e ambiti di applicazione.
11. Applicare le distribuzioni di probabilità in semplici contesti sperimentali o simulativi.

Per affrontare con profitto l’insegnamento è indispensabile:

1. possedere conoscenze di base di analisi matematica, in particolare la capacità di calcolare derivate e integrali;
2. saper scrivere semplici programmi in un qualsiasi linguaggio di programmazione.

È inoltre utile avere familiarità con i rudimenti del linguaggio Python (strutture di base, gestione di variabili, funzioni elementari).

È consigliabile un ripasso delle principali nozioni di algebra e funzioni elementari, al fine di agevolare la comprensione dei metodi quantitativi trattati nel corso.

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
N/D

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

Le lezioni frontali si svolgono in aula (48 ore). Agli studenti e alle studentesse è richiesta una partecipazione attiva, stimolata tramite domande dirette, discussioni e sondaggi in tempo reale. Gli interventi possono essere richiesti sia individualmente che in forma di gruppo, al fine di favorire il coinvolgimento e la comprensione progressiva dei concetti.

Le esercitazioni in aula (36 ore) hanno lo scopo di consolidare le conoscenze acquisite e sviluppare le competenze applicative, attraverso la risoluzione guidata di problemi numerici e l’uso di strumenti informatici per l’analisi dei dati.

Le attività di laboratorio (36 ore) si svolgono in gruppo, sotto la supervisione del docente e dei suoi collaboratori. Agli studenti è lasciata ampia autonomia nella definizione dei metodi e degli strumenti utilizzati per il conseguimento dei risultati, al fine di stimolare spirito critico, capacità di collaborazione e responsabilità nel lavoro sperimentale.

La frequenza alle attività di laboratorio è obbligatoria. È ammessa una sola assenza, esclusivamente per giustificato motivo.

Per accedere all’esame finale è indispensabile aver svolto entrambe le esercitazioni di laboratorio individuali previste.

Se le circostanze lo richiedono, è possibile lo svolgimento di esperienze di recupero, finalizzate a garantire il raggiungimento dei requisiti minimi per l'accesso alla prova orale, concordate con i docenti degli altri canali.

La valutazione è finalizzata ad accertare l’effettivo conseguimento dei risultati di apprendimento attesi, in coerenza con gli obiettivi formativi del corso. Per garantire trasparenza e consapevolezza, agli studenti e alle studentesse viene fornita una griglia di autovalutazione prima di ciascuna scritta.

La valutazione complessiva non deriva da una mera somma dei voti delle singole prove, ma tiene conto dei progressi, delle attitudini e della partecipazione attiva durante il percorso formativo. Alle prove in itinere viene attribuito un peso crescente.

Articolazione delle prove di verifica:

1. Test scritto di statistica di base
Tipologia: prova scritta con esercizi a risposta numerica e domande a risposta aperta.
Obiettivo: verificare la conoscenza delle distribuzioni di probabilità e la capacità di applicarle a semplici contesti sperimentali.
Peso orientativo sulla valutazione finale: 10%.
Tempistica: al termine del corso.

2. Prove in itinere di gruppo in laboratorio

Tipologia: laboratorio
Obiettivo: accertare la capacità di applicare i metodi appresi all’analisi di dati reali e simulati.
Modalità: pratica, con uso del calcolatore e relazione scritta finale
Peso orientativo: 20%.
Tempistica: distribuite lungo il corso, con peso crescente.

3. Prove pratiche di laboratorio

Tipologia: relazione di laboratorio e valutazione delle competenze sperimentali.
Obiettivo: verificare la capacità del singolo di raccogliere, elaborare e presentare dati sperimentali, stimando incertezze e valutando la compatibilità tra misure.
Modalità: valutazione continua delle attività di laboratorio e delle relazioni scritte.
Peso orientativo: 20%.
Tempistica: la prima dopo le prime tre esercitazioni, la seconda a fine corso.

4. Prova orale finale

Tipologia: colloquio individuale.
Obiettivo: accertare la padronanza complessiva dei concetti, la capacità critica di interpretare risultati sperimentali, l’uso del linguaggio scientifico e la connessione tra aspetti teorici, pratici e computazionali.
Peso orientativo: 50%.

Tempistica: al termine del corso.

Teorema di Bayes
Assiomi di Kolmogorov
Media e Varianza
Momenti di una distribuzione
Propagazione delle incertezze
Incertezza della media
Distribuzione Uniforme
Distribuzione Binomiale
Distribuzione di Poisson
Distribuzione di Gauss
Distribuzione Normale
Principio della massima verosimiglianza
Test del Chi^2
Metodo dei minimi quadrati
Disuguaglianza di Chebiscev
Disuguaglianza di Markov

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