Biologia Sperimentale I

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1 Corso di Laurea in Scienze Biologiche (LT) a.a /, secondo semestre Biologia Sperimentale I modulo di Fisica (3 CFU) Oscar Adriani, gruppo A Andrea Stefanini, gruppo B Dipartimento di Fisica e Astronomia dell'università degli Studi di Firenze Via G. Sansone 1, Sesto Fiorentino (FI) Lezioni tenute da Andrea Stefanini per A&B ( andrea.stefanini@unifi.it, ) Alla Lavagna / 1 /

2 Il tempo a disposizione Alla Lavagna / 2 /

3 Gruppi di Lavoro Ciascun Gruppo A, B è diviso in quattro sottogruppi (A1,.., A4; B1,.., B4) a loro volta divisi in gruppi di lavoro (gl) di 3/4 persone. Ciascun gl dispone di una stazione di lavoro (tavolo) attrezzata per lo svolgimento dell attività programmata. Sottogruppi e gl sono formati sulla base delle liste in ordine alfabetico. I sottogruppi A1, A2 frequentano il lunedì. I sottogruppi A3, A4 frequentano il mercoledì. I sottogruppi B1, B2 frequentano il giovedì. I sottogruppi B3, B4 frequentano il venerdì. Liste gl e orario definitivi sono pubblicati su sito web. Chi eccezionalmente non può partecipare ad una esercitazione deve avvertire il docente e prenotarsi per il giorno di recupero (15 Novembre). Alla Lavagna / 3 /

4 Ripartizione: A1-A2, A3-A4 A1 - A2 A3 - A4 Totale 97 Alla Lavagna / 4 /

5 B1 - B2 Ripartizione: B1-B2,B3-B4 B3 - B4 Totale Alla Lavagna / 5 /

6 Regole per il Laboratorio Le attività sono pienamente illustrate a lezione e documentate su web in modo che ciascuno studente abbia esatta cognizione del da farsi. Su questo presupposto è organizzato il tutoraggio (una persona esperta ogni quattro tavoli). Il personale di assistenza serve per dare aiuto non per fare student-sitting o animazione. In laboratorio si viene con un quaderno A4, cucito. Il quaderno di laboratorio è un pezzo del corredo di uno sperimentatore. Sul quaderno si riportano, con calligrafia intellegibile, disegni, caratteristiche degli strumenti, risultati delle misure e tutto quello che è utile a ricordarsi cosa si è fatto e come si è fatto. Il quaderno di laboratorio debitamente riempito è il documento di accesso alla prova finale (test) per acquisire le CFU del modulo. Durante l esercitazione è meglio evitare di fare domande ai compagni degli altri gruppi. Le eventuali difficoltà si risolvono in proprio e con l aiuto del personale di assistenza. Alla Lavagna / 6 /

7 dove facciamo il laboratorio Polo Scientifico di Sesto Fiorentino Fisica Sperimentale Alla Lavagna / 7 /

8 dove facciamo il laboratorio Edificio di Fisica Sperimentale Via Bruno Rossi 1 Polo Scientifico Sesto Fiorentino Monte Morello Ingresso Laboratori Alla Lavagna / 8 /

9 Il nostro sito WEB accessibile anche dal sito del Corso di laurea (Docenti --> Docenti del Corso di Laurea --> Prof. Andrea Stefanini) Alla Lavagna / 9 /

10 attività/impegno Introduzione e Misure (16h lezioni + 8h laboratorio) Bilancia elettronica, taratura, misure di massa e di densità relativa di un liquido (acqua-china nera) Strumentazione elettrica e misure di attenuazione di un fascio laser in un mezzo torbido (acqua-china nera). Elaborazioni a computer dati sperimentali acquisiti (4h lezioni + 4h laboratorio) Verifica della linearità della bilancia elettronica e del dosaggio del liquido in esame Intensità del fascio laser al variare della quantità d inchiostro: graficazione e fit (minimi quadrati) a mezzo computer. Frequenza Lezione assolutamente necessaria Frequenza Laboratorio obbligatoria Alla Lavagna / 10 /

11 Modalità di esame La frequenza alle 3 esperienze di laboratorio è CONDIZIONE NECESSARIA per accedere alla prova finale di esame. L'accreditamento dei 3 Crediti e la valutazione associata (in trentesimi) avviene di norma mediante lo svolgimento e il superamento di una prova scritta individuale programmata dopo circa 10 giorni dalla conclusione dei turni di laboratorio. La prova scritta verte sulle 3 esperienze svolte durante l'anno e su argomenti inerenti al corso (propagazione degli errori, approssimazioni numeriche, ecc.). Alla Lavagna / 11 /

12 Testi consigliati Dopo lo svolgimento delle lezioni introduttive saranno messe a disposizione, sulla pagina web del corso, le diapositive proiettate. Esse dovrebbero rappresentare un utile strumento per arrivare preparati in laboratorio e per affrontare la prova scritta finale. Sulla pagina web sono inoltre disponibili DISPENSE, preparate dai docenti, e TESTI che possono essere utilizzati per ulteriori approfondimenti e/o chiarimenti sugli argomenti trattati nel corso. Alla Lavagna / 12 /

13 E ORA COMINCIAMO L AVVENTURA! L Alla Lavagna / 13 /

14 ... I numeri.. Regola 1 - I valori numerici delle misure sono sempre seguiti dalle unità di misura. Scrivere che una persona è alta 1.80, sottintendendo che sono metri, non è corretto. Si scrive che quella certa persona è alta 1.80 m. Regola 2 - Nell impostare e trascrivere i calcoli numerici, i valori devono apparire sempre coll unità di misura. Solo i numeri puri ne sono sprovvisti. Regola 3 - Tutte le misure hanno un incertezza, e questa deve essere sempre dichiarata. L incertezza determina il numero di cifre utili (significative) per la presentazione del risultato e quello dei calcoli successivi. Criterio : la cifra meno significativa è dell ordine dell incertezza della misura Regola 4 - Nei calcoli, il numero di cifre significative del risultato è inferiore (o al più uguale) a quello minimo dei valori da cui è derivato. Il numero di cifre significative comprende anche gli zeri meno significativi dopo la virgola (più a destra). Regola 5 - Per troncare un numero ad un certo numero di cifre si controlla la cifra di ordine successivo a quello più basso stabilito: se questa è 5, il numero è troncato alla cifra stabilita (appross. per difetto ); se >5 la cifra di ordine minimo stabilito è incrementata di 1 (appross. per eccesso). Alla Lavagna / 14 /

15 scrittura dei numeri Rappresentazione decimale Rappresentazione esponenziale e , e e , e-09 Alla Lavagna / 15 /

16 ... esempi sui numeri Volume di un cilindro di diametro d = cm e altezza h = 1.41 cm V = π d 2 2 h = cm cm = cm 3?! cm 3 ( 20.9 cm 3 ) π = Cifre significative e (4) (1) (4) (4) (4) (4) (3) (Michigan State University)

17 Sistema Internazionale di misure (SI) tipo di grandezza Unità di misura nome simbolo definizione operativa lunghezza metro m vuoto: percorso luce in 1/ s massa chilogrammo kg massa campione di platino-iridio presso Bureau Int. des poids et mesures a Sevres (Paris) tempo secondo s volte il periodo della rad. del Cs-133 a 0 K. corrente elettrica ampere A in 2 conduttori rettilinei paralleli, ad 1 m nel vuoto, produce attrazione/ repulsione di 2 x 10-7 N / m temperatura kelvin K è il punto triplo dell acqua altre (mole, candela) Alla Lavagna / 17 /

18 Multiplo Multipli e sottomultipli delle unità di misura Prefisso Sottomultiplo Alla Lavagna / 18 / Prefisso Y yotta 10-1 d decimo (tenth) Z zetta 10-2 c centesimo ( hundredth) E exa 10-3 m milli (thousandth) P peta 10-6 µ micro (millionth) T tera 10-9 n nano (billionth) 10 9 G giga p pico (trillionth) 10 6 M mega f femto 10 3 k chilo a atto 10 2 h etto z zepto 10 1 da deca y yocto

19 grandezza Unità di misura nome simbolo composizione Unità di misura derivate (SI) forza pressione lavoro, calore, energia potenza newton N kg (m/s 2 ) pascal Pa N/ m 2 joule J N m watt W J/s frequenza hertz Hz 1/ s... angoli... piani : radianti (rad) solidi : steradianti (sr) temperatura carica elettrica potenziale elettrico capacità elettrica resistenza elettrica gradi Celsius C K coulomb C A s volt V W / A farad F C/V ohm Ω V/A flusso magnetico weber Wb V s densità flusso magnetico tesla T Wb/m 2 induttanza henry H Wb/A flusso luminoso lumen lm cd sr radioattività becquerel Bq s -1 radiazione assorbita gray Gy J/kg Alla Lavagna / 19 /

20 DIMENSIONI Ogni grandezza ha la sua DIMENSIONE. distanza o lunghezza, indicata con [L]; intervallo di tempo o tempo, indicata con [T]; massa, indicata con [M]. corrente elettrica, indicata con [I] temperatura, indicata con [θ] ( esempi ): la velocità ha le dimensioni di una LUNGHEZZA divisa per un TEMPO: [L]/[T] o [ L T -1 ] la superficie ha le dimensioni di una LUNGHEZZA al QUADRATO : [L] [L] = [L 2 ]. Alla Lavagna / 20 /

21 ! le dimensioni non sono unita` di misura! dimensional analysis approfondire p.e.. su ( Physical quantity - Wikipedia, the free encyclopedia Alla Lavagna / 21 /

22 gli argomenti delle funzioni trascendenti sono sempre numeri puri sin (argomento), cos (argomento), e (argomento), ln(argomento) ( o anche loge(argomento) ) a (argomento), loga (argomento), con a = qualsiasi numero (10!) e = Alla Lavagna / 22 /

23 un esempio che ci riguarda da vicino I = I 0 e µ z ( legge di Lambert Beer ) [ µ ] = [ L 1 ] [ z ] = [ L ] [ µ z ] = [ L 1 L ] = adimensionale Risultato : [] I = [ I ] 0 Alla Lavagna / 23 /

24 BILANCIA ELETTRONICA Alla Lavagna / 24 /

25 BILANCIA ELETTRONICA La BILANCIA elettronica è uno strumento nel quale un opportuno sensore trasforma il modulo della forza agente perpendicolarmente sul piattello in una tensione elettrica il cui valore, opportunamente calibrato, viene poi mostrato in forma digitale su un display. Nel normale utilizzo la bilancia viene sollecitata dalla forza peso dei corpi poggiati sul piattello. Dalla misura del modulo della forza peso è immediato ricavare la massa del corpo in esame (P = mg) e la calibrazione della bilancia permette di eseguire automaticamente tale operazione. Il valore letto sul display della bilancia dà quindi immediatamente il valore della massa, nelle opportune unità, del corpo appoggiato sul piattello. Ma il valore di g (modulo dell accelerazione di gravità) non è costante ma dipende dal luogo nel quale viene eseguita la misura. Per questo motivo, e per tener conto di eventuali variazioni indesiderate della calibrazione dovute a modifiche del funzionamento dei componenti della bilancia, è importante verificare la calibrazione della bilancia tramite opportuna taratura. Alla Lavagna / 25 /

26 BILANCIA ELETTRONICA CARATTERISTICHE DELLA BILANCIA DI LABORATORIO Tempo caratteristico Portata Incertezza di lettura (Risoluzione) Riproducibilità Linearità minimo tempo necessario perché l indicazione del display si stabilizzi massimo valore misurabile della massa minima variazione di massa misurabile massima variazione nella misura ripetuta di una massa costante massima variazione tra il valore della massa ottenibile dalla calibrazione lineare e il valore vero 3 s 200 g 0.1 g 0.1 g 0.1 g 17/10/11 4h Alla Lavagna / 26 /