PRESENTAZIONE

Il corso fornisce gli elementi introduttivi all’attività di laboratorio, con particolare riferimento al concetto di misura e alla sua incertezza ed ai principali metodi di analisi dati. Nel corso verranno anche forniti elementi introduttivi di informatica in ambito scientifico.

OBIETTIVI E CONTENUTI

OBIETTIVI FORMATIVI

L'insegnamento fornisce gli elementi introduttivi all’attività sperimentale, con particolare riferimento al concetto della misura di una grandezza fisica e della stima della sua incertezza. Verranno in particolare affrontati semplici esperimenti e misure di grandezze di tipo Meccanico od Elettrico. Verranno inoltre introdotti metodi statistici di analisi dati. L'insegnamento fornisce anche conoscenze informatiche di base e tratta la programmazione procedurale in C++ e l'uso di librerie per la realizzazione di grafici e fit.

OBIETTIVI FORMATIVI (DETTAGLIO) E RISULTATI DI APPRENDIMENTO

Lo studente verrà introdotto alla pratica sperimentale in un laboratorio di Fisica.  Sarà in grado di utilizzare strumenti per misure prevalenti di tipo Meccanico. Lo studente svilupperà competenze nel lavoro di gruppo e sarà in grado di riportare il risultato di un esperimento in modo sintetico e comprensibile sotto forma di relazione scritta. Lo studente acquisirà competenze su aspetti concettuali e di metodo relativi ad analisi dimensionale, teoria della misura, analisi dati, calcolo delle probabilità e statistica. Per quanto riguarda la competenze informatiche lo studente conoscerà le regole sintattiche di base della programmazione procedurale in C++ e sarà in grado di realizzare semplici programmi per il processamento e la visualizzazione dei dati in applicazioni di interesse per la fisica. Saprà comprendere, utilizzare ed eventualmente adattare alle proprie esigenze semplici codici scritti da altri. Acquisirà infine gli strumenti base per affrontare in autonomia argomenti o linguaggi di programmazione non trattati nel corso.

Il corso si propone di favorire l’acquisizione di competenze trasversali quali la competenza alfabetica funzionale, la competenza personale, quella sociale, la capacità di imparare ad imparare, la capacità di creazione progettuale.

MODALITA' DIDATTICHE

Il corso prevede lo svolgimento di lezioni frontali di norma alla mattina (80 ore) nelle quali verranno illustrati gli elementi teorici necessari per poter condurre le esperienze pratiche di laboratorio (Analisi dimensionale, Metodo di Misura e Trattazione dei dati, Calcolo delle probabilità ,Distribuzioni probabilistiche e introduzione alla Statistica, Introduzione alle esperienze di Fisica, Introduzione alla programmazione). Verranno inoltre svolte in aula esercizi a supporto della parte teorica.

Sono inoltre previste  esperienze di laboratorio, di norma in presenza o in collegamento remoto, sia per la parte di introduzione alla programmazione sia per la parte di laboratorio di Fisica. Le esperienze di norma si svolgono nel pomeriggio, in gruppi di 2-3 persone. E' anche prevista una esperienza individuale. La frequenza dei turni di laboratorio pomeridiani, per un totale di 80 ore, è OBBLIGATORIA.

L'esperienza di laboratorio è preceduta da una fase preparatoria/progettuale svolta in aula con il docente oppure dal gruppo. Gli studenti (in gruppo o individualmente) dovranno imparare a gestiere il tempo limitato per svolgere le misure, l'analisi dati, e la stesura della relazione scritta. Ciascuna delle relazioni verrà valutata dai docenti di volta in volta in volta così da permettere agli studenti di prendere consapevolezza della propria preparazione. Questo permetterà di sviluppare le competenze trasversali menzionate nella sezione OBIETTIVI FORMATIVI .

PROGRAMMA/CONTENUTO

Laboratorio di fisica

1. Grandezze fisiche, definizione operativa e cenni sulla metodologia della misura. Dimensioni fisiche e analisi dimensionale. Sistemi di unità di misura e descrizione del Sistema Internazionale. Conversione tra diversi sistemi di unità di misura. Caratteristiche generali degli strumenti di misura (sensibilità, portata, soglia, prontezza...).

2. Misure non riproducibili. Descrizione mediante istogrammi di frequenze assolute o relative. Valor medio e sua determinazione. Moda e mediana. Larghezza totale a metà altezza, varianza e deviazione standard. Varianza della media ed errore standard. Distribuzione rettangolare. Distribuzione gaussiana. Propagazione degli errori (“errori massimi” e statistici). Covarianza (cenni). Errori sistematici.

3. Rappresentazione grafica di dati, anche con uso di scale non lineari. Stima grafica della “miglior retta”. Il metodo dei minimi quadrati. La media pesata.

4. Introduzione alle esperienze di laboratorio.

5. Definizione di probabilità. Cenni di calcolo combinatorio. Assiomatizzazione del calcolo delle probabilità. Diagrammi di Venn. Probabilità condizionata e composta. Eventi indipendenti e disgiunti.

6. Variabili aleatorie. Funzione di distribuzione. Funzione di distribuzione cumulativa. Moda, mediana, media, varianza. Probabilità congiunta. Somma e prodotto di variabili aleatorie. Covarianza e coefficiente di correlazione.

7. Distribuzioni di probabilità. Distribuzione binomiale. Distribuzione di Poisson o degli eventi rari. Distribuzione normale. Il test del Chi^2 per le distribuzioni di probabilità.

Introduzione alla Programmazione

1. Sistemi di numerazione posizionali. Sistema decimale, binario ed esadecimale. Complemento a due, numeri a virgola mobile.

2. Sistemi a microprocessore, architettura di Von Neumann, sistemi operativi.

3. Introduzione ai comandi base e al sistema operativo in ambiente GNU/Linux: esplorazione e manipolazione del file system, software di uso comune quali editor di testo, fogli di calcolo, etc.

4. Programmazione: Introduzione al C++. La funzione main. Le direttive del preprocessore. Dichiarazione ed inizializzazione di variabili. Tipi di variabili: char, int, double, bool. Operatori aritmetici e logici. Istruzione if, cicli: for e while. Array e stringhe. I/O da terminale e da file. Funzioni. Breve introduzioni alle classi ed alla programmazione orientata ad oggetti.

5. Introduzione alle librerie ROOT per la realizzazione di grafici e fit.

TESTI/BIBLIOGRAFIA

Verranno fornite slide su tutti gli argomenti del corso. Ulteriori informazioni sul materiale didattico saranno presenti nella pagina del corso su AulaWeb.

Tracce delle lezioni e dispense fornite sulla piattaforma Aulaweb durante l'anno

Taylor John R. "Introduzione all'analisi degli errori. Lo studio delle incertezze nelle misure fisiche" Editore Zanichelli

Ulteriore materiale verrà suggerito sull pagina Aulaweb del corso

DOCENTI E COMMISSIONI

Commissione d'esame

FRANCESCO BUATIER DE MONGEOT (Presidente)

FEDERICO SFORZA

SERGIO DI DOMIZIO (Presidente Supplente)

MATTEO BARELLI (Supplente)

FRANCESCO ARMANDO DI BELLO (Supplente)

FABRIZIO PARODI (Supplente)

LEZIONI

Orari delle lezioni

L'orario di questo insegnamento è consultabile all'indirizzo: Portale EasyAcademy

ESAMI

MODALITA' D'ESAME

La valutazione finale riguarda l'intero corso annuale di Laboratorio 1 e consente di giudicare globalmente, la preparazione dello studente e il grado di raggiungimento degli obiettivi prefissati.

Si valutano in prove distinte (prevalentemente pratiche e scritte, opzionalmente orali a discrezione del docente) le competenze relative alla Introduzione alla programmazione, alla attività sperimentale di laboratorio e infine le competenze relative a teoria della misura, probabilità e statistica. Per il conseguimento di un voto utile è necessario ottenere una valutazione positiva in ciascuna delle prove. Contribuirà al voto finale anche la valutazione dell'attività di laboratorio svolta durante l'anno. 

MODALITA' DI ACCERTAMENTO

Una prova scritta valuterà le competenze acquisite dallo studente su aspetti concettuali e di metodo relativi ad analisi dimensionale, teoria della misura, analisi dati, calcolo delle probabilità e statistica. 

Una seconda prova valuterà le competenze informatiche acquisite dallo studente con riferimento alla risoluzione di semplici problemi (lettura di file, manipolazione di dati, calcoli numerici, produzione di grafici e fit) mediante lo sviluppo di programmi software. 

Una terza prova valuterà le competenze acquisite dallo studente con riferimento alla pratica sperimentale in un laboratorio di Fisica. Si valuterà la capacità di realizzare una misura fisica utilizzando gli strumenti e le tecniche di analisi più appropriatev descritte ed appllicate durante l'anno. Si valuterà inoltre la capacità dello studente di riportare il risultato di un esperimento in modo sintetico e comprensibile in una relazione scritta. 

Calendario appelli