Laboratorio di Fisica I

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1 Schermate del corso di Laboratorio di Fisica I AA matricole pari Prof. V. Palladino Dr. Orso Iorio Dr. Martina De Laurentis Dr. Mario Merola Lezione 0, introduzione al corso, scaricabile come o, meglio, entrando nel sito del nostro corso

2 BENVENUTI in 17/LABI.htm sito del Corso di Laboratorio di Fisica I Matricole pari (Prof. Palladino, Dr. De Laurentis, Dr. Iorio, Dr. XXXXXX?) Corso di Laurea in Fisica AA settembre 2016 (VP) Seguendo il CalendarioAggiornatoLezioni il corso e' cominciato. prima lezione di Mer 21 set 14:00 16:00 aula F1 introduzione di Mer 21 set 14:00 16:00 aula F1 In futuro, STAMPATE da voi le schermate di ogni lezione. A lezione, vi aiuteranno a seguirla piu agevolmente: vi bastera' prendere poche lucide note. gia' disponibili quarta lezione di Mer 28 set 14:00 16:00 aula F1 terza lezione di Lun 26 set 11:00 13:00 aula F1 seconda lezione di Ven 23 set 14:00 16:00 aula F1 Tutta o quasi l informazione relativa al corso circolera su questo sito o negli s alla mailing list che avremo presto assemblato. RICHIEDETE OGGI STESSO o appena possibile l iscrizione alla mailing list a Vittorio.Palladino@na.infn.it con un semplice e mail Messaggio Originale Mittente: Mario Rossi Oggetto: richiesta di iscrizione alla mailing list Data: Wed, 21 Sep :20: A: Vittorio.Palladino@na.infn.it Ne riceverete una risposta di conferma come questa Messaggio Originale Mittente: Vittorio.Palladino@na.infn.it Oggetto: conferma iscrizione alla mailing list e link diretto al sito del corso Data: Wed, 21 Sep :20: A: Mario Rossi Il sito e' 17/LABI.htm posta elettronica ufficio tel. Martina.DeLaurentis@na.infn.it 2Ma Oiorio@na.infn.it 2H Vittorio.Palladino@na.infn.it 1H

3 C.d.L. in Fisica - Laurea Triennale - I anno gr. 1 Matricole pari Aula F1 Orario I semestre A.A Quadro dettagliato per settimana Ultimo aggiornamento: 14/09/2016 GIORNO ORE Settimana 1 Settimana 2 Settimana 3 Settimana 4 Settimana 5 Settimana 6 Settimana 7 Settimana 8 Settimana 9 Settimana 10 Settimana 11 Settimana 12 Settimana 13 Settimana 14 Settimana 15 Settimana 16 ORE GIORNO AULA sett. 26 sett sett. 3-7 ottobre ottobre ottobre ottobre 31 ott. - 4 nov novembre novembre novembre 28 nov. - 2 dic. 5-9 dicembre dicembre dicembre gennaio gennaio AULA F Analisi Mat. 1 (gr.1) Analisi Mat. 1 (gr.1) Analisi Mat. 1 (gr.1) Analisi Mat. 1 (gr.1) Analisi Mat. 1 (gr.1) Analisi Mat. 1 (gr.1) Analisi Mat. 1 (gr.1) Analisi Mat. 1 (gr.1) Analisi Mat. 1 (gr.1) Analisi Mat. 1 (gr.1) Analisi Mat. 1 (gr.1) Analisi Mat. 1 (gr.1) Analisi Mat. 1 (gr.1) Analisi Mat. 1 (gr.1) Analisi Mat. 1 (gr.1) 9 10 F Analisi Mat. 1 (gr.1) Analisi Mat. 1 (gr.1) Analisi Mat. 1 (gr.1) Analisi Mat. 1 (gr.1) Analisi Mat. 1 (gr.1) Analisi Mat. 1 (gr.1) Analisi Mat. 1 (gr.1) Analisi Mat. 1 (gr.1) Analisi Mat. 1 (gr.1) Analisi Mat. 1 (gr.1) Analisi Mat. 1 (gr.1) Analisi Mat. 1 (gr.1) Analisi Mat. 1 (gr.1) Analisi Mat. lezioni 1 (gr.1) Analisi in Mat. aula 1 (gr.1) tutti Lab.Fis.1 Stime grandezze gr.1 Lab.Fis.1 Esercizi gr.1di Mecc.Term. (gr.1) Mecc.Term. (gr.1) Mecc.Term. (gr.1) Mecc.Term. (gr.1) Mecc.Term. (gr.1) Mecc.Term. (gr.1) Mecc.Term. (gr.1) Mecc.Term. (gr.1) Mecc.Term. (gr.1) Mecc.Term. (gr.1) Mecc.Term. (gr.1) Mecc.Term. (gr.1) Mecc.Term. (gr.1) Lab.Fis.1 e incertezze gr.1 Lab.Fis.1 Riepilogo insieme in F1: 2 ore gr.1 Mecc.Term. (gr.1) Mecc.Term. (gr.1) Mecc.Term. (gr.1) Mecc.Term. (gr.1) Mecc.Term. (gr.1) Mecc.Term. (gr.1) Mecc.Term. (gr.1) Mecc.Term. (gr.1) Mecc.Term. (gr.1) Mecc.Term. (gr.1) Mecc.Term. (gr.1) Mecc.Term. (gr.1) Mecc.Term. (gr.1) Lunedì Lunedì Lab.Fis.1 gr.1ab L Lab.Fis.1 misure gr.1abc L Lab.Fis.1 analisi gr.1ac L Lab.Fis.1 misure gr.1abc L Lab.Fis.1 analisi gr.1ac L Lab.Fis.1 misure gr.1abc L Lab.Fis.1 gr.1abc L Lab.Fis.1 gr.1abc L Lab.Fis.1 gr.1c L analisi misure lezioni in aula tutti Lab.Fis.1 gr.1ab L Lab.Fis.1 gr.1abc L Lab.Fis.1 gr.1ac L Lab.Fis.1 gr.1abc L Lab.Fis.1 gr.1ac L Lab.Fis.1 gr.1abc L Lab.Fis.1 gr.1abc L Lab.Fis.1 gr.1abc L Lab.Fis.1 gr.1c L misure analisi Lab.Fis.1 gr.1ab L Lab.Fis.1 analisi gr.1abc L Lab.Fis.1 misure insieme in F1: 1 ora gr.1ac L Lab.Fis.1 analisi gr.1abc L Lab.Fis.1 misure gr.1ac L Lab.Fis.1 analisigr.1abc L Lab.Fis.1 misure gr.1abc L Lab.Fis.1 analisi gr.1abc L Lab.Fis.1 gr.1c L F F Martedì Martedì F F laboratorio gruppo a Iorio-Palladino F Analisi Mat. 1 (gr.1) Analisi Mat. 1 (gr.1) Analisi Mat. 1 (gr.1) Analisi Mat. 1 (gr.1) Analisi Mat. 1 (gr.1) Analisi Mat. 1 (gr.1) Analisi Mat. 1 (gr.1) Analisi Mat. 1 (gr.1) Analisi Mat. 1 (gr.1) Analisi Mat. 1 (gr.1) Analisi Mat. 1 (gr.1) Analisi Mat. 1 (gr.1) Analisi Mat. 1 (gr.1) Analisi Mat. 1 (gr.1) Analisi Mat. 1 (gr.1) Analisi Mat. 1 (gr.1) 9 10 F Analisi Mat. 1 (gr.1) Analisi Mat. 1 (gr.1) Analisi Mat. 1 (gr.1) Analisi Mat. 1 (gr.1) Analisi Mat. 1 (gr.1) Analisi Mat. 1 (gr.1) Analisi Mat. 1 (gr.1) Analisi Mat. 1 (gr.1) Analisi Mat. 1 (gr.1) Analisi Mat. 1 (gr.1) Analisi Mat. 1 (gr.1) Analisi Mat. 1 (gr.1) Analisi Mat. 1 (gr.1) Analisi Mat. 1 (gr.1) Analisi Mat. 1 (gr.1) Analisi Mat. 1 (gr.1) Geometria (gr.1) Geometria (gr.1) Geometria (gr.1) Geometria (gr.1) Geometria (gr.1) Geometria (gr.1) Geometria (gr.1) Geometria (gr.1) Geometria (gr.1) Geometria (gr.1) Geometria (gr.1) Geometria (gr.1) Geometria (gr.1) Geometria (gr.1) Geometria (gr.1) Geometria (gr.1) Geometria (gr.1) Geometria (gr.1) Geometria (gr.1) Geometria (gr.1) Geometria (gr.1) Geometria (gr.1) Geometria (gr.1) Geometria (gr.1) Geometria (gr.1) Geometria (gr.1) Geometria (gr.1) Geometria (gr.1) Geometria (gr.1) Geometria (gr.1) Geometria (gr.1) Geometria (gr.1) laboratorio gruppo c Mercoledì Mercoledì F Lab.Fis.1 Grandezze, gr.1 Lab.Fis.1 Propagazione De Laurentiis-Palladino gr.1 Tutorato Tutorato Tutorato Tutorato Lab.Fis.1 gr.1b L Tutorato Tutorato Tutorato Tutorato Tutorato Tutorato Tutorato Tutorato Tutorato F Lab.Fis.1 misure, gr.1 unita' incertezze Lab.Fis.1 gr.1 Tutorato Tutorato Tutorato Tutorato Lab.Fis.1 misure gr.1b L Tutorato Tutorato Tutorato Tutorato Tutorato Tutorato Tutorato Tutorato 3 Tutorato ore Lab.Fis.1 gr.1b L Analisi Mat. 1 (gr.1) Analisi Mat. 1 (gr.1) Analisi Mat. 1 (gr.1) Analisi Mat. 1 (gr.1) Analisi Mat. 1 (gr.1) Analisi Mat. 1 (gr.1) Analisi Mat. 1 (gr.1) Analisi Mat. 1 (gr.1) Analisi Mat. 1 (gr.1) Analisi Mat. 1 (gr.1) Analisi Mat. 1 (gr.1) Analisi Mat. 1 (gr.1) Analisi Mat. 1 (gr.1) Analisi Mat. 1 (gr.1) Analisi Mat. 1 (gr.1) Analisi Mat. 1 (gr.1) Analisi Mat. 1 (gr.1) Analisi Mat. 1 (gr.1) Analisi Mat. 1 (gr.1) Analisi Mat. 1 (gr.1) Analisi Mat. 1 (gr.1) Analisi Mat. 1 (gr.1) Analisi Mat. 1 (gr.1) Analisi Mat. 1 (gr.1) Analisi Mat. 1 (gr.1) Analisi Mat. 1 laboratorio (gr.1) Analisi Mat. gruppo 1 (gr.1) Analisi b Mat. 1 (gr.1) Geometria (gr.1) Geometria (gr.1) Geometria (gr.1) Geometria (gr.1) Geometria (gr.1) Geometria (gr.1) Geometria (gr.1) Geometria (gr.1) Geometria (gr.1) Geometria (gr.1) Geometria (gr.1) Geometria (gr.1) Xxxxxxx-Palladino Geometria (gr.1) Geometria (gr.1) Lab.Fis.1 Misure gr.1 di Lab.Fis.1 Misure gr.1 di Lab.Fis.1 Misure gr.1 di Lab.Fis.1 Misure di gr.1 costanti 3 ore Giovedì lunghezze lunghezze s,v,t elastichee Giovedì al millesimo Moti Lab.Fis.1 gr.1b L Lab.Fis.1 misure gr.1b L Lab.Fis.1 gr.1b L F Analisi Mat. 1 (gr.1) Analisi Mat. 1 (gr.1) Mecc.Term. (gr.1) Mecc.Term. (gr.1) Mecc.Term. (gr.1) Mecc.Term. (gr.1) Mecc.Term. (gr.1) Mecc.Term. (gr.1) Mecc.Term. (gr.1) Mecc.Term. (gr.1) Mecc.Term. (gr.1) Mecc.Term. (gr.1) Mecc.Term. (gr.1) Mecc.Term. (gr.1) 9 10 F Analisi Mat. 1 (gr.1) Analisi Mat. 1 (gr.1) Mecc.Term. (gr.1) Mecc.Term. (gr.1) Mecc.Term. (gr.1) Mecc.Term. (gr.1) Mecc.Term. (gr.1) Mecc.Term. (gr.1) Mecc.Term. (gr.1) Mecc.Term. (gr.1) Mecc.Term. (gr.1) Mecc.Term. (gr.1) Mecc.Term. (gr.1) Mecc.Term. (gr.1) Geometria (gr.1) Geometria (gr.1) Geometria (gr.1) Geometria (gr.1) Geometria (gr.1) Geometria (gr.1) Geometria (gr.1) Geometria (gr.1) Geometria (gr.1) Geometria (gr.1) Geometria (gr.1) Geometria (gr.1) Geometria (gr.1) Geometria (gr.1) Geometria (gr.1) Geometria (gr.1) Geometria (gr.1) Geometria (gr.1) Geometria (gr.1) Geometria (gr.1) Geometria (gr.1) Geometria (gr.1) Geometria (gr.1) Geometria (gr.1) Geometria (gr.1) Geometria (gr.1) Geometria (gr.1) Geometria (gr.1) Venerdì Venerdì F Lab.Fis.1 Strumenti gr.1 Tutorato Lab.Fis.1 Prova gr.1 provatutorato Tutorato Tutorato Tutorato Tutorato Tutorato Tutorato Tutorato Tutorato Tutorato Tutorato F Lab.Fis.1 incertezze gr.1 Tutorato Lab.Fis.1 Intercorso gr.1 provatutorato Tutorato Tutorato Tutorato Tutorato Tutorato Tutorato Tutorato Tutorato Tutorato Tutorato ore

4 Foglio 3a C.d.L. in Fisica - Laurea Triennale - Corsi del I anno Orario I semestre A.A Foglio 3a Matricole pari Aula F4 Quadro dettagliato per settimana Ultimo aggiornamento: 12/09/2015 GIORNO ORE Settimana 1 Settimana 2 Settimana 3 Settimana 4 Settimana 5 Settimana 6 Settimana 7 Settimana 8 Settimana 9 Settimana 10 Settimana 11 Settimana 12 Settimana 13 Settimana 13 Settimana 14 Settimana 15 ORE GIORNO AULA 2 mar. - 6 mar. 9 mar mar. 16 mar mar. 23 mar mar. 30 mar. - 3 apr. 7 apr apr. 14 apr apr. 20 apr apr. 27 apr. - 1 mag. 4 mag. - 8 mag. 11 mag mag. 18 mag mag. 25 mag mag. 1-5 giugno 8-12 giugno giugno AULA F F lezioni in aula Lunedì Lunedì F Lab.Fis.1 A (gr.1) Lab.Fis.1 A (gr.1) tutti insieme F4 misure misure misure misure misure misure misure Lab.Fis.1 A (gr.1) Lab.Fis.1 A (gr.1) analisi analisi analisi analisi analisi analisi analisi laboratorio gruppo Iorio-Palladino F F misure misure misure misure misure misure analisi analisi analisi analisi analisi analisi analisi laboratorio gruppo Martedì Martedì DeLaurentis-Palladino F F Mercoledì Mercoledì F Lab.Fis.1 A (gr.1) Lab.Fis.1 A (gr.1) F Lab.Fis.1 A (gr.1) Lab.Fis.1 A (gr.1) H H LAB Giovedì Giovedì F F F F F ESAMI ESAMI F intro misura intro misura intro misura intro misura intro misura intro misura intro misura giugno Venerdì luglio Venerdì F settembre F gennaio misure Corsi Impegno settimanale (ore) Totali Ore (CFU) Analisi Mat. 1 (gr.1) (12) Mecc.Term.(gr1) (6) Geometria (gr.1) (9) Lab.Fis.1 A(gr.1) (2) Lab.Fis.1 A(gr.1a) L (2) Lab.Fis.1 A(gr.1b) L (2) Docenti: NOTA LEGENDA ATTENZIONE Analisi Mat. 1 Bianca Stroffolini; Geometria Ferruccio Orecchia; Mecc. Term. Enrico Santamato, Alberto Clarizia; Lab. Fis. 1 Vittorio Palladino L'aula usata per le lezioni di ciascun giorno della settimana è riportata in rosso nella prima e nell'ultima colonna insieme all'indicazione del giorno. In casi particolari è segnalata un'aula per le prime settimane (prima colonna) e una per le ultime (ultima colonna), con indicazione della transizione nella tabella. Le indicazioni in blu seguite dal simbolo L specificano ore di sperimentazione pratica che saranno tenute nei laboratori del Dipartimento (sono riportati i gruppi interessati, se c'è ripartizione in gruppi). Lo sfondo verde specifica che l'aula è occupata perché vi si tengono lezioni del Corso di Laurea in Fisica riportate in altri fogli dell'orario. Lo sfondo arancio specifica che l'aula è occupata perché vi si tengono lezioni di altro Corso di Laurea. Esistono corsi alternativi fra loro, tenuti nello stesso orario in aule distinte, fra i quali gli studenti possono/devono scegliere quello che preferiscono seguire. Apposite note evidenziano questi corsi tenuti in parallelo.

5 al al

6 Docenti Laboratorio di Fisica I AA matricole pari Vittorio.Palladino@na.infn.it 1H07, Gruppo verde Oiorio@na.infn.it 2H24, Gruppo blu Martina.DeLaurentis@na.infn.it 2Ma-02,

7 Dip di Scienze Fisiche Edifici H,G,M,N Aule studio N MG Biblioteca Stroffolini H Matematica Centri comuni, aule F Via Cinzia Stadio 1-02 Pianura

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9 Programma del corso di Laboratorio di Fisica I per le matricole pari ( gruppo 1 ) a.a 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

10 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.

11 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.

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17 Schermate del corso di Laboratorio di Fisica I AA matricole pari Prof. V. Palladino Lezione 1, scaricabile come o, meglio, entrando in

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19 Il Metodo Scientifico moderno ragionamento osservazione un circolo virtuoso... teorie. esperimenti. 1-02

20 la scienza moderna, sistema aperto vulnerabile alla osservazione iterativamente perfettibile Osservazione, prima fase qualitativa Misure delle grandezze Nuove misure schema approssimato del fenomeno naturale identificazione delle grandezze fisiche rilevanti elaborazioni di leggi empiriche correlazioni quantitative tra grandezze PREDIZIONI set di ipotesi coerenti progresso continuo. anche se tutt altro che lineare si confutano le idee sbagliate si selezionano e perfezionano le idee giuste la scienza moderna e quantitativa 1-02

21 L universo e scritto in linguggio matematico (Galileo) P-M i numeri parlano chiaro.. The unreasonable effectivess of mathematics in natural science (Wigner) Ma!!!!!!!! una aritmetica affetta da incertezze non chiederemo che P-M =0 solo che P-M < incertezza su P-M Un aritmetica di intervalli finiti 1-02 numeri discreti, razionalii

22 il metodo scientifico considerata verificata la predizione di P se P-M < P-M no > si > no delta! P-M = incertezza su P-M NB insensato chiedere P-M =0

23 La Predizione P la Misura M!! sono entrambe note con incertezza Fisica e Lab. di Fisica qui ) 1-02

24 La misura come criterio di verita un criterio di verita condivisibile! Laboratorio di Fisica I 1-02

25 nuova conoscenza sovente da nuova strumentazione 1-08

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27 la misura. il tema dei corsi di laboratorio di fisica (teorie e predizioni tema dei corsi di fisica) e il paragone con un campione unita di misura semplicemente il rapporto grandezza da misurare / campione NB la procedura di misura e ormai essa stessa, per noi moderni, la definizione operativa della grandezza avviene sempre a mezzo di uno strumento Strumento e Campione e affetta da incertezze di misura a loro volta piuttosto incerte il numero di cifre significative e limitato 1-02

28 Misura di una grandezza fisica Definizione operativa delle grandezze Unita e sistemi di misura 1-02

29 Il Metodo Scientifico.. dal 1600 circa ESPERIENZA osservazione. verifica. TEORIA schema.. modello legge empirica MISURA quantitativa! La misura associa un NUMERO accompagnato da una unita di misura ad ogni GRANDEZZA FISICA Media pesata da usare per i calibri PREDIZIONE quantitativa! la confronta con un campione, l unita di misura in effetti, la procedura operativa di misura finisce per essere la DEFINIZIONE OPERATIVA della grandezza univoca riproducibile vedremo presto le unita di misura delle principali grandezze sia di grandezze fondamentali che di grandezze derivate quindi i sistemi di unita e le conversioni tra sistemi le DIMENSIONI delle grandezze l analisi dimensionale Biblio: Mencuccini-Silvestrini Cap I ( o qualunque libro di Fisica Generale) Severi Cap I

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31 La definizione delle grandezze fisiche consiste nello specificare le operazioni necessarie per la sua misura definizione operativa uno strumento & un campione 1-02

32 Strumento e campione 1-02

33 Misura diretta di LUNGHEZZA grandezza fondamentale MISURA DIRETTA. confronto tra grandezze omogenee la lunghezza da misurare e il campione OCCORRE 1) CRITERIO DI CONFRONTO di grandezze omogenee uguaglianza /disuguaglianza basato sulla capacita pratica do accertare la coincidenza di due spigoli le lunghezze di due segmenti sono uguali se si possono portare entrambi i lorio spigoli a coincidere altrimenti uno dei due e piu lungo segmento 1 segmento 2 2) CRITERIO DI SOMMA di grandezze omogenee ne risultano definiti multipli e sottomultipli la lunghezza c di un segmento e la somma de le lunghezzaea e b di due segmenti, se portati a coincidere, su una stessa retta, lo spigolo destro di a con quello sinistro di b lo spigolo sinistro di a coincide con quello sinistro di c lo spigolo destro di b coincide con quello destro di c segmento c segmento a+b 3) UNITA di MISURA.. una lunghezza campione che si dira unitaria il campione di lunghezza e la distanza tra due tacche su una barra di plstino-iridio conservato a Sevres (Parigi) presso il Bureau des Standards IL METRO CAMPIONE costruito «per durare»... lega con allungamenti termici trascurabili forma tale da minimmizzare le deflessioni. da esso originano, in ultima istanza, i metri d uso comune attraverso gli Uffici Nazionali e TUTTI gli strumenti che misuarno lunghezze. regoli, calibri. micrometri, microscopi, interfermetri strumenti per triangolazioni. sonar, radar, telescopi CONFRONTO DIRETTO della grandezza da misurare con somme di multipli/sottomultipli del campione lunghezza di 2 regoli campione 2,142. metri = + lunghezza di 1 regoli campione/10 + lunghezza di 4 regoli campione/100 + lunghezza di 2 regoli campione/1000.

34 Misura diretta di TEMPO grandezza fondamentale MISURA DIRETTA. confronto tra grandezze omogenee il tempo da misurare e il campione OCCORRE 1) CRITERIO DI CONFRONTO di grandezze omogenee uguaglianza /disuguaglianza basato sulla capacita pratica di accertare la simultaneita di due eventi le durata di due intervalli di tempo sono uguali se quando i due eventi inizio dell intervallo (start) vengon fatti coincidere anche i due eventi fine dell intervallo (stop) coincidono altrimenti uno dei due ha durata maggiore 2) CRITERIO DI SOMMA di grandezze omogenee ne risultano definiti multipli e sottomultipli la durata di un intervallo temporale c e la somma de le durate a e b di due intervalli quando, se il suo inizio e simultaneo con l inizio del primo la sua fine e simultanea con la fine del secondo 3) UNITA di MISURA.. una intervallo di tempo campione che si dira unitario il campione deve basarsi su un fenomeno che si ripeta regolare. il tempo di svuotamento di una clessidra. il periodo di oscillazione di un pendolo. il periodo di oscillazione di un bilanciere a molla. il periodo di vibrazione di un cristallo di quarzo. il periodo di rotazione della Terra su se stessa giorno solare (medio) GSM. il periodo di rivoluzione della Terra anno solare (medio). Il periodo delle onde e.m. di un atomo di Cesio 133 un campione molto fortunato fu il SECONDO un sottomultiplo 1/ / (24*60*60) del GSM tarando cosi su tale fenomeno astronomico tutti gli strumenti pendoli. bilancieri orologi. cronometri CONFRONTO DIRETTO della grandezza da misurare con somme di multipli/sottomultipli del campione durata di 2 secondi campione 2,142. secondi = + durata di 1 secondo campione/10 + duratta di 4 secnndi campione/100 + durata di 2 secondi campione/1000.

35 Misura diretta di AREA grandezza fondamentale MISURA DIRETTA. confronto tra grandezze omogenee il tempo da misurare e il campione OCCORRE 1) CRITERIO DI CONFRONTO di grandezze omogenee uguaglianza /disuguaglianza basato sulla capacita pratica di sovrapporre due superfici 2) CRITERIO DI SOMMA di grandezze omogenee ne risultano definiti multipli e sottomultipli 3) UNITA di MISURA.. campione omogeneo alla grandezza che si dira unitario u se una ricopre l' altra, ha area maggiore... se no, hanno area uguale ovvie difficolta' vengono dalla differenza delle forme... raramente sovrapponibili risolubile ritagliando una delle due in un numero qualsiasi di parti o ricorrendo a una sua copia ritagliata in superfici ausiliarie oppure usando uno strumento classico (il planimetro, Pancini Cap IV,par 11) stessa idea... stesse difficolta' "risolvibili" una superfice qualunque... di forma qualunque la sua area sara' l' AREA CAMPIONE... A.C. CONFRONTO DIRETTO della grandezza da misurare con somme di multipli e sottomultipli del campione 2,142. A.C. = + area di 2 A.C. + area di 1 A.C./10 + area di 4 A.C./100 + area di 2 A.C./1000. Cosi procede la geometria euclidea, alle scuole secondarie, concludendo che esiste una relazione Area = f*lunghezza*lunghezza.. un fattore numerico di forma [Area]=[lunghezza]*[lunghezza]= [L] 2 Non ho bisogno di un campione di area di una unita di misura indipendente posso usare [unita di lunghezza] 2 L area sara una prima grandezza derivata, in tal caso

36 θ R y x l dopo l area anche la grandezza angolo puo essere grandezza derivata θ = l /R theta! cos θ = x / R sen θ = y / R cos 2 θ + sen 2 θ = R 2 l unita di misura grado ( ) e ridondante pigreco! angolo = arco/raggio =lunghezza/lunghezza l angolo giro di 360 sara semplicemente 2πR/R = 2π = 6,28 radianti, unita adimensionale 1 rad=360 / 2 π=57, = 2 π / 360 =0,017.. rad=17 millirad

37 Prime equazioni dimensionali dalla geometria piana [Area]=[lunghezza]*[lunghezza]= [L] 2 grandezza derivata, con le dimensioni di lunghezza al quadrato [Angolo]=[lunghezza]/[lunghezza]= [L] 0 grandezza derivata, con le dimensioni di lunghezza alla zero a-dimensionale, senza dimensioni, numero puro [Volume]=[lunghezza]*[lunghezza ]*[lunghezza ]= [L] 3 grandezza derivata, con le dimensioni di grandezza al cubo [Angolo solido]=[area]/[area]= [L] 0 grandezza derivata, con le dimensioni di lunghezza alla zero a-dimensionale, senza dimensioni con unita di misura lo steradiante dalla geometria solida NB angolo solido totale e (Area della sfera)/(raggio al quadrato) (4 π r 2 )/ (r 2 ) = 4 π= 12,56 (steradianti, unita adimensionale) Alla geometria, basta una sola grandezza fondamentale,. un solo campione 1-02

38 oltre la geometria la fisica. descrizione dello spazio dapprima geometria + tempo la cinematica descrizione del moto ancora grandezze derivate. velocita accelerazione possibile definire la velocita come grandezza fondamentale occorrerebbe un corpo da far muovere in modo regolare stabilire che rappresenta l unita di misura della velocita costruire criteri di uguaglianza/diseguaglianza e somma fattibile, in linea di principio.. ma in pratica grosse difficolta pressoche insormontabili garantire la riproducibilita rigorosa di condizioni ambientali/sperimentali gia solo per avere un unita di misura. piu facile forse per l accelerazione (g) ma abbiamo relazioni. definizioni in questo caso v= lunghezza/tempo a = v/tempo mantenendo lunghezza e tempo come grandezze fondamentali con le loro unita di misura. metro e secondo campione misuriamo v indirettamente come grandezza derivata in metri/sec a metri/sec 2 velocita. dimensioni [v] = [l] [t] -1 accelerazione. dimensioni [a] = [l] [t] -2 La cinematica quindi non richiede nuove grandezze fondamentali ne nuove unita di misure Mentre appaiono sempre piu grandezze e unita derivate sempre nuove equazioni dimensionali velocita angolare rad/sec accelerazione angolare rad/sec 2 velocita areolare m 2 /sec 1-02

39 oltre la cinematica descrizione del moto cinematica + forze/masse F/m= a la dinamica predizione del moto Definizione operativa (statica) di forza il dinamometro allungamento d una molla forze uguali se allungamenti uguali forza somma se allungamento somma forza unitaria una forza campione Definizione operativa di massa la bilancia bilanciamento con masse campione masse campione masse uguali se campioni uguali massa somma se campioni somma massa unitaria campione a Sevres NB solo una «deve> realmente essere grandezza fondamentale appaiono entrambe insieme in F = m a importantissima relazione la legge fondamentale il II principio della dinamica una delle due puo considerarsi grandezza derivata Supponiamo di privilegiare la massa adottiamo una massa unitaria il Kg massa la massa di un cilindro di platino-iridio 39 cm diametro e altezza conservato a Sevres Sara allora [F] = [m] [l] [t] -2 e la forza unitaria quella che imprime al Kg massa l accelerazione unitaria 1 metro/sec 2 1 newton = 1 Kg metro sec -2 n sistemi d unita che privilegiano la forza [m]=[f][l] -1 [t] 2 In ogni caso, siamo a tre grandezze fondamentali

40 . tantissime grandezze meccaniche.. derivate 1) Lavoro L = F *s. forza * spostamento (vettori!) [L] = [Lavoro] = [l] 2 [m] [t] -2 unita di misura il joule il lavoro di una forza di 1 Newton che agisce per 1 metro 2) Energia cinetica T= ½ mv 2 [T] = [Energia cinetica] = [l] 2 [m] [t] -2 unita di misura il joule T finale = T iniziale +L teorema delle forze vive 3) tutte le grandezze meccaniche son riducibili grazie al grande numero di relazioni matematiche esistenti definizioni. leggi a potenze di lunghezza..massa tempo [D] = [Grandezza Derivata] = [l] α [m] β [t] γ α alfa β beta γ gamma qualunque non necessariamente interi 1-02

41 Nuovi fenomeni.. termologia (termodinamica), elettromagnetismo La termologia introduce nuove grandezze fisiche temperatura e calore (specifico) che possono essere nuove grandezze fondamentali con nuove unita di misura Temperatura : il grado centigrado ( C) Calore : la caloria (cal) In elettromagnetismo altre nuove grandezze fisiche carica, corrente, ddp, flusso magnetico che possono essere nuove grandezze fondamentali con nuove unita di misura carica (Coulomb), corrente (Ampere), ddp (Volt) etc etc.. via via che il campo d indagine si allarga possono apparire nuove grandezze fondamentali con relative nuove unita di misura arbitrarie.. ma si scoprono anche, spesso a posteriori, essere in relazione matematica con preesistenti grandezze fondamentali e quindi riducibili a grandezze derivate (o preservabili come fondamentali).. ne discende una grande e arbitraria varieta di sistemi di unita di misura ciascuno con un set di grandezze fondamentali e un set di campioni.. unita arbitrarie «INFINITE» POSSIBILITA.. LUNGA STORIA DI SISTEMI Di UNITA in effetti 1-02

42 . breve storia dei tanti sistemi di unita. i primi sistemi gia nella preistoria. nascono per scopri pratici. su basi locali es. lunghezza.. concetto di estensione spaziale spanna, palmo, braccio, pollice, passo, piede.. in origine «antropometriche» non ben determinate ne riproducibili.. successo talvolta dovuto a frangenti storici e politici i grandi imperi dai sumeri agli angloamericani Intorno al 1789 la rivoluzione francese affida il problema ad un comitato Borda, Lagrange, Laplace, Condorcet, Monge.. che invento il sistema metrico decimale inevitabile... numerazione decimale... indo-greco-romana-araba grandezze fondamentali lunghezza METRO la sbarra di Sevres massa KGm il cilindro di Sevres MKS tempo.sec. 1/86400 giorno. nasce il MKS per la meccanica e la variante cgs (cm grammo sec) comincio faticosamente a prevalere sugli altri sistemi rivali tuttavia altri persistono. sistema tecnico Lunghezza Tempo Forza Metro Secondo KGp = la forza peso che risente il KGm = 9,8 Newton caro agli ingegneri Sistema inglese Lunghezza Tempo Forza Yard = 0, metri = 3 feet= 3*12 inches Secondo Pound = Libbra= 0, KGp = 16 ounces d altronde 12 sono le ore e i sottomultipli di un solidus romano solidamente radicato nei paese anglosassoni. sottomultipli correnti ½, ¼,1/8, 1/16...1/

43 MKSA e poi S.I. Il sistema internazionale 1983 Lo spazio percorso dalla luce in (1/ ) sec 3,3 nanosecondi 1-02

44 4-01 lambda mi, mu tau kappa

45 4-02

46 c = m/s lo spazio percorso dalla luce in 1/c secondi h= joule sec /( ) 2 la massa che con v=c da azione h in un secondo 1-02

47 Es 1 Qual e il rapporto tra unita di misura della densita nel SI e nel sistema cgs? Densita = rho= ρ = M/V = massa/volume [ρ] = [M] 1 [L] -3 [T] 0 in entrambi i sistemi Unita SI/Unita cgs = Kg m -3 / gr cm -3 = = 10 3 (10 2 ) -3 =10-3 Es 2 Qual e il rapporto tra unita di misura della massa nel SI e nel sistema tecnico? [M] = [M] 1 [L] 0 [T] 0 nel SI [M] = [F] 1 [L] -1 [T] 2 nel sistema tecnico Unita SI/Unita tecnica = Kg / Kgp m -1 sec 2 = = Kg m /9.8 N sec 2 = 1/9, perche 1 N = 1 Kg m sec -2

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