BENVENUTI

al Corso di

Laboratorio di Fisica 1

Gruppo 1 (Matricole pari)

tenuto nell’a.a. 2013-2014 dal

prof. Giovanni Chiefari

( giovanni.chiefari@na.infn.it)

( 1H06, 081-676181)

insieme con le dott.sse

Laura Valore

(valore@na.infn.it, 1H11c0, 081-676243)

e

Camilla Di Donato

(didonato@na.infn.it, 1M03, 081-676264)

Qui di seguito trovate una

mappa del campus di Monte

S.Angelo

Gli studi dei docenti e i Laboratori Didattici ,

in cui faremo le prove pratiche, si trovano

all’interno del Dipartimento di Fisica, situato

in cima alla collina.

Il sito del Corso di Laurea in

Fisica è

http://www.fisica.unina.it/

didattica/index.html

L’orario delle lezioni si trova su

http://www.fisica.unina.it/didatt

ica/orario_lezioni.html

Il sito del Corso di Laboratorio di

Fisica 1 gruppo 1 è

http://people.na.infn.it/chiefari/

didattica/LabFis1/aa2013-2014

TRASFERIMENTO

C.D.L.__________________________________________________A.A.2013/2014

Lo studente________________________________________matr._______/___________

Tel.____________ - Cell._____________

Iscritto per l’a.a.2013/2014 al ________anno di corso.

Assegnato al_____gruppo chiede di passare al _______gruppo

Per LAB. _____ __________

Per tutti gli insegnamenti sottoposti allo stesso criterio di suddivisione per l’a.a. a cui risulta iscritto.

N.B. da compilare solo se domanda con scambio

Lo studente______________________________________matr.______/______Tel.____________

Iscritto per l’a.a.2013/2014 al ________anno di corso.

Assegnato al_____gruppo chiede di passare al _______gruppo

Per tutti gli insegnamenti sottoposti allo stesso criterio di suddivisione per l’a.a. a cui risulta iscritto.

Per LAB. ____ _____________

I ANNO II ANNO III ANNO

1° Semestre 1° Semestre 1° Semestre

2° Semestre 2° Semestre 2° Semestre

N.B. IL CAMBIO DI GRUPPO RIGUARDA SOLO GLI INSEGNAMENTI

DELL’ ANNO A CUI SI E’ ISCRITTI

Motivo della richiesta _________________________________________________

DATA FIRMA DEL RICHIEDENTE

- - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - -

Lo Studente __________________________________ matr.____/_________ha

presentato in data ___________la richiesta di cambio di gruppo (singola/scambio)

Timbro Area Didattica Scienze MM.FF.NN

Programma del corso di Laboratorio di Fisica I

per le matricole pari ( gruppo 1 )

a.a 2013-2014

I semestre

A) lezioni frontali

1) Introduzione al corso. Modalità di svolgimento delle prove di laboratorio e

dell’esame finale.

Introduzione alla esperimentazione fisica ( 2 ore di lezione )

( vedi I cap. del Severi )

- Il metodo sperimentale

- Grandezze fisiche

- Unità e sistemi di unità di misura: il Sistema Internazionale.

2) Generalità sulla strumentazione fisica ( 4 ore di lezione )

( vedi II cap. del Severi )

- Prontezza di uno strumento. Esempi.

- Sensibilità di uno strumento. Esempi.

- Precisione di uno strumento. Esempi.

- Errori di misura. Errori casuali. Errori massimi

Errori statistici

La media

La deviazione standard

Errori sistematici.

- Misure indirette. Propagazione degli errori massimi e statistici

( enunciata solamente e data senza dimostrazione )

- Cifre significative ( vedi anche paragrafo 2.2 del Taylor

- Troncamento e arrotondamento.

- Notazione scientifica e ordine di grandezza. Problemi alla “Fermi”.

3) Rappresentazione dei dati sperimentali. ( 4 ore di lezione )

( vedi copia lezione, tratta dal cap. III del Severi, per i grafici e

paragrafo 5.1 del Taylor per gli istogrammi )

- Grafici : scale lineari.

scale non lineari.

- Grafici di funzioni di più variabili.

- Grafici di misure. Barre d'errore.

- Istogrammi e distribuzioni.

4) Deviazione standard e deviazione standard della media (paragrafi 4.2, 4.3 e

4.4 del Taylor)

Distribuzione di Gauss ( paragrafi 5.2, 5.3 e 5.4 del Taylor )

Discrepanza fra due valori di una stessa grandezza fisica (paragrafo 5.8 del

Taylor, copia lezione )

Rigetto dei dati . Criterio di Chauvenet. ( cap.6 del Taylor )

( 2 ore )

5) Misure di meccanica ( 4 ore di lezione ) ( vedi copia lezioni )

- Misure di spazio e tempo.

- Misure di forze. Dinamometro. Forza peso.

B) prove di laboratorio ( 24 ore di attività sperimentale, 4 prove di 6 ore

ognuna, 3 ore per la presa dati e 3 ore per l’analisi dati ) ( copia lezioni )

2) Meccanica di precisione. Calibri a coulisse e Palmer.Errori massimi.

3) Meccanica di precisione. Lo sferometro. Errori statistici.

3) Studio del moto rettilineo uniforme, del moto uniformemente

accelerato e loro composizione usando una tavola a cuscino d’aria

4) Misura dell' accelerazione di gravità con il pendolo semplice.

II semestre

Nella secondo semestre si svolgono lezioni, che da una parte servono per

approfondire le nozioni elementari, date nel primo semestre, riguardanti il

trattamento statistico dei dati, e che dall’altra servono per descrivere alcune

esperienze di dinamica e termodinamica, nonché le relative sedute di

laboratorio, secondo il seguente programma:

A) lezioni frontali ( 20 ore )

1. Introduzione alla teoria delle probabilità e principali distribuzioni di probabilità. ( 4 ore ) ( cap.X del Severi, cap. 5,10 e 11 del Taylor )

- Cenni di teoria delle probabilità.Distribuzioni di probabilità.

- Distribuzione binomiale. ( solo enunciato )

- Distribuzione di Poisson. ( solo enunciato )

- La distribuzione normale.

2. Campione e popolazione ( 2 ore ) ( cap.X del Severi ) - La legge dei grandi numeri.

- Campioni sperimentali.

- Distribuzione limite.

- Stima dei suoi parametri.

3. Stima di parametri ( 4 ore ) ( cap.X del Severi, cap. 5,10 e 11 del Taylor, copia lezione )

- Il metodo di massima verosimiglianza .

- Giustificazione della media aritmetica di un campione come migliore

stima del valore medio di una popolazione. Media pesata.

- Dipendenze funzionali e best-fit.

- Covarianza e correlazione

4. Test d’ipotesi ( 2 ore ) ( cap.X del Severi )

- La distribuzione del chi quadro e suo uso nei problemi di consistenza

5. Misure di meccanica ( 4 ore ) ( copia lezioni )

- Studio degli urti elastici con la tavola Leybold

- Fenomeni elastici. Costanti elastiche.

- Misura di g con il pendolo reversibile

- La viscosità dei fluidi.

6. Misure di termologia ( 4 ore ) ( copia lezioni )

- Termometri. Termometri a liquido e loro caratteristiche fisiche.

- Trasmissione del calore e misure di calore specifico.

- Determinazione dell'equivalente meccanico della caloria.

B) prove di laboratorio ( 42 ore di attività sperimentale, 7 prove di 6 ore

ognuna, 3 ore per la presa dati e 3 ore per l’analisi dati ) ( copia lezioni )

1) Molle e sollecitazioni.Misura di costanti elastiche.

2) Misura dell' accelerazione di gravità con il pendolo reversibile.

3) Studio di urti elastici con la tavola a cuscino d’aria della Leybold

4) Misura del coefficiente di viscosità della glicerina. Legge di

Stokes.Il metodo della sfera cadente.

5) Misura della prontezza di un termometro a liquido.

6) Misura di calori specifici con il calorimetro delle mescolanze.

L' equivalente in acqua del calorimetro.

7) Misura dell'equivalente meccanico della caloria.

TESTI CONSIGLIATI

a) M.Severi - " Introduzione all esperimentazione fisica "

Edizioni Zanichelli.

b) J.R.Taylor - " Introduzione all' analisi degli errori "

Edizioni Zanichelli.

c) E.Pancini - " Misure ed apparecchi di fisica "

Edizioni Veschi

e inoltre, per ovviare alla mancanza di unico libro di testo,

d) copia delle lezioni del docente.

Laurea in FISICA, a.a. 2013-2014

Corso di Laboratorio di Fisica 1

Modulo di iscrizione alle esercitazioni in laboratorio

( da compilare scrivendo a stampatello )

1) Cognome, nome e numero di matricola : …………………….…………………

Comune di residenza : …………………………………………………………..

Telefono : ………… e-mail : ………………………………….

Scuola di provenienza : …………………………………………………………

Grado di conoscenza di Microsoft EXCEL o equivalente (scarso, sufficiente,

buono, ottimo) : ………

2) Cognome, nome e numero di matricola : …………………….…………………

Comune di residenza : …………………………………………………………..

Telefono : ………… e-mail : ………………………………….

Scuola di provenienza : …………………………………………………………

Grado di conoscenza di Microsoft EXCEL o equivalente (scarso, sufficiente,

buono, ottimo) : ………

3) Cognome, nome e numero di matricola: …………………….…………………

Comune di residenza : …………………………………………………………..

Telefono : ………… e-mail : ………………………………….

Scuola di provenienza : …………………………………………………………

Grado di conoscenza di Microsoft EXCEL o equivalente (scarso, sufficiente,

buono, ottimo) : ………

CALENDARIO ( provvisorio) DI ESAMI PER L'A.A. 2013-2014

del Corso di

LABORATORIO di FISICA 1

Gruppo 1

Sono ammessi agli esami solo gli studenti che hanno frequentato la

parte pratica del corso.

Sono tenuti a sostenere la prova pratica gli studenti che

1) non ne hanno ottenuto l'esonero alla fine del corso di laboratorio

oppure

2) ne hanno ottenuto l'esonero in data anteriore a giugno 2013

oppure

3) ne hanno ottenuto l'esonero a giugno 2013 e non hanno superato l'esame

entro luglio 2014.

Le prove pratiche si svolgeranno nei Laboratori Didattici del Dipartimento

di Fisica, mentre gli orali si svolgeranno in un’aula ancora da definire.

Le prenotazioni vanno effettuate presso il Docente.

SESSIONE ESTIVA

---------------

Ma 13 maggio 2014 prova pratica ore 14:00

Me 14 maggio 2014 esami orali ore 15:00

Ma 17 giugno 2014 esami orali ore 9:30

Ma 15 luglio 2014 esami orali ore 9:30

SESSIONE AUTUNNALE

------------------

Lu 15 settembre 2014 prova pratica ore 9:30

Ma 16 settembre 2014 esami orali ore 9:30

Me 15 ottobre 2014 esami orali ore 14:30

Ma 2 dicembre 2014 esami orali ore 14:30

SESSIONE STRAORDINARIA

-----------------------

Lu 12 gennaio 2015 prova pratica ore 14:30

Ma 13 gennaio 2015 esami orali ore 14:30

Lu 2 febbraio 2015 esami orali ore 9:30

Lu 2 marzo 2015 esami orali ore 14:30

il Docente del Corso

G.Chiefari

Da “L’indagine del

mondo fisico”di

G.Toraldo di Francia:

“Che cosa sia un

laboratorio s’impara

in laboratorio, a

sperimentare s’impara

sperimentando, a

lavorare con le mani

s’impara lavorando con

le mani”

“L’homo sapiens è tale

perché è anche un homo

faber e viceversa”

Che cos’è la Fisica

La fisica, dal greco φυσισ,

dovrebbe occuparsi di tutto

ciò che riguarda la natura. Questo poteva valere per il

mondo antico e medioevale.

Tra il Cinquecento e il

Seicento avviene una

“rivoluzione scientifica”.

La Fisica si occupa solo dei

fenomeni naturali e vengono

trascurati la biologia,la

chimica,la mineralogia, la

geologia…

Viene usato un metodo,

attribuito principalmente a

Galileo Galilei,

il cosiddetto

“metodo scientifico”

Fondamenti del metodo

Galileiano È un metodo sperimentale

Mentre prima di Galileo lo studioso osservava i

fenomeni e il loro

svolgimento con gli occhi

di spettatore, dopo Galileo

lo studioso tramuta, con

l’aiuto della “sensata

esperienza”, questa

osservazione in esperimento

Un fenomeno fisico dipende in genere da numerosi

parametri diversi. Alcuni

sono essenziali, altri

secondari e in un certo

senso arrecano un disturbo al fenomeno che si vuole

studiare.

Il problema veniva

formulato da Galileo in

maniera che dipendesse da

pochi parametri e si

studiava il comportamento

della natura in funzione

di questi parametri ( es.

piano inclinato e attrito

) con lo scopo di avere

una risposta

quantitativa.

Il fisico deve riuscire a

far corrispondere ai

fenomeni e alle grandezze

naturali dei numeri: si

introduce così il

concetto di

misura.

Come si effettua una

misura ? Consideriamo un caso

semplice : la misura di

una lunghezza.

Per prima cosa si deve

istituire l’unità di

lunghezza ( si sceglie un

regolo materiale e si

conviene che rappresenti

l’unità di lunghezza).

Successivamente si

stabilisce un criterio

di confronto, in base al

quale sia possibile

definire il concetto di

uguaglianza fra

grandezze omogenee

I regoli a e b in figura

hanno la stessa lunghezza

perché, una volta

sovrapposti, hanno gli

estremi coincidenti.

Successivamente si

definisce il criterio di

somma fra grandezze

fisiche omogenee.

I regoli a e b, posti uno

a fianco dell’altro,

formano un unico regolo

con gli estremi

coincidenti con quelli del

regolo c : possiamo dire

che

a+b = c

A questo punto è

possibile definire

multipli e

sottomultipli

dell’unità di

misura.

Multipli: Si possono costruire,

con il criterio di

uguaglianza, tanti

regoli, lunghi quanto

l’unità di misura e,

usando il criterio di

somma ( ossia

affiancandoli uno

all’altro ), stabilire

se un certo regolo è

lungo, 2,3,… volte

l’unità di misura.

Sottomultipli: si possono costruire ad

esempio due regoli,

uguali fra di loro, che,

una volta affiancati,

abbiano una lunghezza

pari a quella dell’unità

di misura. Diremo allora

che ognuno dei due

regoli ha una lunghezza

pari a 1/2 dell’unità di

misura: questo

procedimento può essere

iterato per definire

1/4,1/8 dell’unità di

misura.

Da notare che, con

metodi geometrici, è

possibile dividere un

regolo esattamente in

due parti uguali.

A questo punto, riportando

il regolo-unità di misura

sull’oggetto di cui si vuole

misurare la lunghezza, si

determina il numero di

volte, intere e frazionarie,

che il regolo entra nella

dimensione considerata: il

numero che così si ottiene

rappresenta la

misura

o il

valore

della

lunghezza di quel dato

oggetto.

Le grandezze che

intercorrono tra

le grandezze

naturali possono

essere ricondotte

a relazioni tra

numeri, che

rappresentano la

loro misura,

numeri ai quali si

possono applicare

le normali regole

dell’algebra.

Grande scoperta di

Galileo:

I fenomeni fisici si

svolgono in dato luogo e

ad una data epoca

esattamente come, a

parità di condizioni, si

svolgerebbero in

qualsiasi altro luogo e

in qualsiasi altra epoca

( invarianza spazio-

temporale alla base

della descrizione fisica

dei fenomeni naturali ).

Definizione

operativa di

grandezza fisica

Nella Fisica si studiano

le grandezze fisiche e

le relazioni fra di

esse: ad esempio la

lunghezza, il volume, il

tempo, la forza, la

massa…

Come possiamo

definire queste

grandezze ?

Nessun tentativo di

spiegare che cosa esse

siano, perché sono dei

concetti primitivi.

Vogliamo solo che queste

grandezze siano

misurabili in maniera

obiettiva valida per

qualunque osservatore.

Arriviamo così al

concetto di

“definizione

operativa”.

Una grandezza fisica è

definita mediante le

prescrizioni delle

operazioni che si devono

effettuare per

misurarla.

Una grandezza fisica può

avere definizioni

operative equivalenti.

Per esempio una

lunghezza può essere

definita mediante la

misura con un regolo o

con una triangolazione

ottica o con un radar.

Diremo meglio allora che

una grandezza fisica è

definita dalla classe di

tutte le sue possibili

definizioni operative.

L’importante è che

esse diano lo

stesso risultato.

Misure dirette e

indirette Si è parlato finora di

misure dirette

effettuate per confronto

con un campione.

In fisica vengono scelte

alcune grandezze

fondamentali in modo

tale che da esse si

possano derivare con

opportune relazioni

algebriche i valori di

tutte le altre, che

vengono perciò chiamate

grandezze derivate

Ad esempio il valore di

un’area può essere

espresso come Area = f∙lunghezza∙lunghezza

con f un fattore di forma

L’area è quindi una grandezza

derivata.

Nei sistemi di misura più

usati le grandezze

fondamentali per la

meccanica solo lunghezza

tempo e massa, indicate con

L, T e M.

Con questa scelta una

grandezza derivata G in

meccanica può essere

espressa come funzione

dell’unità di lunghezza

L, , dell’unità di tempo

T e dell’unità di massa

M sotto la forma

G = k La T

b M

c

dove k è una costante

numerica e a,b e c sono

degli esponenti

opportuni.

Diremo allora che G ha

le dimensioni di una

lunghezza,elevata ad a,

per un tempo, elevato a

b, per una massa,

elevata a c.

Per esprimere più

chiaramente che siamo

interessati alle

dimensioni della

grandezza G, scriveremo

la seguente equazione

dimensionale

[G]=[L]a [T]

b [M]

c

dove è stato omesso il

termine k,adimensionale

o numero puro.

Esempi :

superficie [S]=[L]

2 [T]

0 [M]

0

volume [V]=[L]3 [T]

0 [M]

0

velocità [v]=[L]1 [T]

-1[M]

0

accelerazione[a]=[L]1 [T]

-2[M]

0

Il controllo delle

dimensioni permette di

stabilire se,

nell’elaborazione dei

calcoli, sono stati

commessi degli errori.

In un’equazione del tipo

A=B, le grandezze A e B

devono essere omogenee e

devono quindi avere le

stesse dimensioni.

Le grandezze fisiche,

usate come argomenti di

funzioni , devono essere

adimensionali.

Infatti ogni funzione

può essere sviluppata in

serie di potenze e

quindi, affinché ogni

addendo della somma sia

omogeneo, è necessario

che l’argomento sia

adimensionale.

Un esempio :

ex = 1 + x +1/2 x

2 +…