FISICA SPERIMENTALE - MOD. TEORIA

L’insegnamento è una delle attività formative di base del corso di laurea in Ingegneria Fisica, e consente a studenti e studentesse di acquisire la conoscenza e la comprensione dei principali concetti della sperimentazione fisica.
Obiettivi formativi dell’insegnamento sono: 1) favorire un approccio sperimentale adeguato all'indagine scientifica e all'utilizzo degli strumenti di misura; 2) saper trattare e interpretare i dati sperimentali raccolti, nonché proporli mediante una relazione scritta stilata in un linguaggio scientifico contestuale; 3) saper valutare nell’ambito della sperimentazione fisica la consistenza logica dei risultati a cui porta l’applicazione delle conoscenze apprese; 4) saper riconoscere eventuali errori tramite un’analisi critica del metodo applicato; 5) sviluppare la capacità di esporre concetti e ragionamenti scientifici in maniera formale, sia oralmente sia mediante scrittura; 6) sviluppare manualità, dimestichezza e autonomia nell’affrontare semplici problemi sperimentali, sia da soli sia in piccoli gruppi di lavoro.

1. Conoscenza e comprensione
i) Conoscere le principali leggi della teoria degli errori e i principali concetti relativi agli strumenti di misura.
ii) Conoscere le principali caratteristiche del processo di acquisizione e di elaborazione dei dati sperimentali.

2. Capacità di applicare conoscenza e comprensione
i) Saper utilizzare le leggi e i concetti fisici appresi per risolvere problemi teorici e pratici in maniera logica e deduttiva.
ii) Saper realizzare una raccolta di dati sperimentali (da soli e in gruppo) e una conseguente elaborazione che risulti consistente nei risultati finali, da rendere esplicita mediante scrittura di una relazione scientifica.

3. Capacità di giudizio
i) Saper valutare la consistenza logica dei risultati a cui porta l’applicazione delle leggi matematiche e fisiche apprese, in particolare nel caso di dati sperimentali.
ii) Saper riconoscere eventuali errori tramite un’analisi critica del metodo applicato.

4. Abilità comunicative
i) Saper comunicare le conoscenze apprese e il risultato della loro applicazione utilizzando una terminologia appropriata, sia in ambito orale sia scritto.
ii) Saper interagire con il docente e con i compagni in modo rispettoso e costruttivo, in particolare durante i lavori sperimentali realizzati in gruppo.

5. Capacità di apprendimento
i) Saper prendere appunti, selezionando e raccogliendo le informazioni a seconda della loro importanza e priorità.
ii) Saper essere sufficientemente autonomi nella raccolta di dati sperimentali.

Avere raggiunto gli obiettivi formativi di ANALISI MATEMATICA I e di FISICA I, possibilmente (ma non necessariamente) avendo superato l’esame di tali insegnamenti.

Inevitabilità degli errori. Importanza della loro valutazione. Errori sistematici e casuali. Stima degli errori casuali e loro rappresentazione. Cifre significative. Discrepanza. L'errore relativo. Misure indipendenti. Errore in funzioni arbitrarie di una variabile. Funzioni di più variabili: formula generale della propagazione degli errori. Valor medio, deviazione standard, deviazione standard della media. Istogrammi. Distribuzione-limite. La distribuzione normale (o di Gauss). Limiti di confidenza. Rigetto di dati. Discrepanza significativa. Media pesata. Rappresentazione grafica di dati sperimentali. Metodo dei minimi quadrati. Regressione lineare. Covarianza e correlazione. Coefficiente di correlazione lineare. Distribuzione binomiale. Distribuzione di Poisson. Test del Chi-quadro.
Generalità sugli strumenti di misura. Esempio di strumento di misura: funzionamento del galvanometro e del multimetro analogico. Influenza degli strumenti di misura (non ideali): esempio nel metodo voltamperometrico.
Studio di circuiti RC ed RLC: costante di tempo; oscillazioni smorzate; oscillazioni forzate; circuiti passa-alto, passa-basso, passa-banda; risonanza. Risposta in frequenza.

Esperienze da potersi effettuare in laboratorio:
a) misure della somma degli angoli interni di un triangolo: errori casuali e sistematici
b) stima di un integrale (area sottesa a una curva) per via sperimentale
c) misure ripetute del periodo di un pendolo: distribuzione gaussiana degli errori casuali
d) misure di dinamica di rotazione di un volano: determinazione indiretta di una grandezza fisica (momento d’inerzia del volano)
e) misure del periodo di un pendolo reversibile di Kater: determinazione indiretta di una grandezza fisica (accelerazione di gravità)
f) misure col metodo volt-amperometrico: determinazione indiretta di una grandezza fisica (resistenza di un resistore)
g) circuito RC: carica e scarica; determinazione indiretta di una grandezza fisica (capacità di un capacitore); risposta in frequenza
h) circuito RLC: determinazione indiretta di una grandezza fisica (induttanza di un induttore); risposta in frequenza; costruzione della campana di risonanza; applicazione di un filtro passa-banda

J. R. TAYLOR: Introduzione all'analisi degli errori. Lo studio delle incertezze nelle misure fisiche. Zanichelli, Bologna.

(testi addizionali che possono essere utili)
M. LORETI: Teoria degli Errori e Fondamenti di Statistica, Edizioni Decibel-Zanichelli 1998 (liberamente e legalmente disponibile su Internet al sito: http://wwwcdf.pd.infn.it/labo/INDEX.html )
M. SEVERI: Introduzione alla esperimentazione fisica. Zanichelli, Bologna
L. KIRKUP: Experimental methods for science and engineering students: an introduction to the analysis and presentation of data. Cambridge University Press

L’insegnamento prevede la partecipazione obbligatoria ad almeno l’80% delle ore dedicate alle esperienze in laboratorio. L’apprendimento verrà verificato tramite:
a) stesura di una relazione scientifica riguardante le misure sperimentali realizzate in laboratorio, che deve riportare la descrizione dell’approccio sperimentale adottato, l’elaborazione dei dati raccolti, il risultato finale (comprensivo di incertezza) della grandezza fisica misurata. In tal modo si valuta la capacità di studenti e studentesse di affrontare delle problematiche sperimentali e pratiche, di elaborare correttamente un insieme di dati sperimentali, di riportare per iscritto il proprio operato in maniera formale. La relazione dev’essere consegnata al più tardi tre mesi dopo la fine delle esperienze di laboratorio (e comunque prima della prova orale);
b) prova orale consistente in una serie di domande riguardanti sia il programma riportato nella sezione “Contenuti” sia la relazione scientifica relativa alle esperienze di laboratorio. Studenti e studentesse devono in tal modo dimostrare sia l’apprendimento degli argomenti svolti a lezione e la capacità di esporli in maniera formale sia di saperli applicare a casi reali. La prova orale ha tipicamente una durata di circa 30-40 minuti.

L’insegnamento è organizzato in:
a) lezioni frontali;
b) esperienze di laboratorio in cui studenti e studentesse, lavorando in gruppi o singolarmente, realizzano la raccolta dei dati sperimentali e la successiva elaborazione. Per le esperienze di laboratorio vi è l'obbligo di frequenza ad almeno l’80% delle ore dedicate.
Nella piattaforma “Moodle” di Ateneo sarà presente materiale didattico.

Italiano

L’insegnamento potrà subire variazioni nella sua struttura in seguito all’evoluzione delle condizioni dell’emergenza sanitaria.

Accessibilità, Disabilità e Inclusione
Accomodamenti e Servizi di Supporto per studenti e studentesse con disabilità o con disturbi specifici dell’apprendimento: Ca’ Foscari applica la Legge Italiana (Legge 17/1999; Legge 170/2010) per i servizi di supporto e di accomodamento disponibili a studenti e studentesse con disabilità o con disturbi specifici dell’apprendimento. In caso di disabilità motoria, visiva, dell’udito o altre disabilità (Legge 17/1999) o un disturbo specifico dell’apprendimento (Legge 170/2010) e si necessita di supporto (assistenza in aula, ausili tecnologici per lo svolgimento di esami o esami individualizzati, materiale in formato accessibile, recupero appunti, tutorato specialistico a supporto dello studio, interpreti o altro), si contatti l’ufficio Disabilità e DSA: inclusione@unive.it

orale