La misura fornisce un numero ed una unità di misura. Questione dell unità di misura: analisi dimensionale

Documenti analoghi
Analisi degli Errori di Misura. 08/04/2009 G.Sirri

Il Corso di Fisica per Scienze Biologiche

GLI ERRORI DI MISURA

Errori di misura Teoria

Questi appunti costituiscono soltanto una traccia sintetica del Corso di Laboratorio di Fisica, a prescindere dalle opportune spiegazioni e dai

LE MISURE. attendibilità = x i - X

Grandezze e Misure.

Capitolo 1 Misure e grandezze

Grandezze e Misure 1

Capitolo 2 Le misure delle grandezze fisiche

Sintesi degli argomenti di fisica trattati (parte uno)

Laboratorio di Fisica-Chimica

L errore percentuale di una misura è l errore relativo moltiplicato per 100 ed espresso in percentuale. Si indica con e p e risulta: e ( e 100)%

ISTOGRAMMI E DISTRIBUZIONI:

Come errore prendo la semidispersione o errore massimo, cioè il valore più grande meno quello più piccolo diviso 2.

FISICA. Elaborazione dei dati sperimentali. Autore: prof. Pappalardo Vincenzo docente di Matematica e Fisica

Importanza delle incertezze nelle misure fisiche

Laboratorio di Fisica

Esploriamo la chimica

Cifre significative delle misure di grandezze fisiche

ACCURATEZZA. L accuratezza esprime la vicinanza del risultato al valore vero o accettato come tale. PRECISIONE

Corso PAS Misure, strumenti ed Errori di misura. Didattica del Laboratorio di Fisica F. Garufi 2014

Incertezza sperimentale e cifre significative

Strumenti di misura e teoria degli errori. Piano Lauree Scientifiche Dipartimento di Matematica e Fisica «E. De Giorgi» Università del Salento

Incertezza di misura concetti di base. Roberto Olmi IFAC-CNR

Tutte le altre grandezze fisiche derivano da queste e sono dette grandezze DERIVATE (es. la superficie e il volume).

Capitolo 10. La media pesata Calcolo della media pesata

Precisione e accuratezza

IE FISICA Verifica 10 gennaio 2015 tutti gli esercizi e tutte le domande

L istogramma dei nomi degli studenti presenti può essere descritto tranquillamente da un istogramma a barre. L istogramma dei voti riportati ad un

Valitutti, Falasca, Tifi, Gentile. Chimica. concetti e modelli.blu

Metodologie informatiche per la chimica

PAROLE CHIAVE Accuratezza, Accuracy, Esattezza, PRECISIONE, Precision, Ripetibilità, Affidabilità, Reliability, Scarto quadratico medio (sqm), Errore

Dal coefficiente di Correlazione lineare tra due grandezze x, y alla covarianza.

Distribuzione Gaussiana - Facciamo un riassunto -

f (a)δa = C e (a a*)2 h 2 Δa

ESPERIENZA DI LABORATORIO N 1. 1) Misura diretta mediante tester della resistenza elettrica dei resistori R1, R2, R3 e calcolo degli errori di misura.

Intervalli di confidenza

Unità aritmetica e logica

Alcune informazioni utili

GRANDEZZE FISICHE STRUMENTI DI MISURA UNITA DI MISURA

Accuratezza, precisione, tipi di errori e cifre significative dei dati analitici.

La misura e le incertezze

Esercizi sugli errori di misura

tabelle grafici misure di

Equivalenze. Prof. A. Spagnolo IMS P. Villari - Napoli

Dati sperimentali Nella serie di 10 misurazioni di tempo effettuate, si sono ottenuti i seguenti valori espressi in secondi:

FISICA. Marco Laveder OBIETTIVI GENERALI DEL CORSO CONTENUTO DEL CORSO

Franco Ferraris Marco Parvis Generalità sulle Misure di Grandezze Fisiche. Prof. Franco Ferraris - Politecnico di Torino

Valutazione dell incertezza di categoria A e B

UNIVERSITA DEGLI STUDI DI BRESCIA-FACOLTA DI MEDICINA E CHIRURGIA CORSO DI LAUREA IN INFERMIERISTICA SEDE DI DESENZANO dg STATISTICA MEDICA.

Sperimentazioni di Fisica I mod. A Statistica - Lezione 2

X ~ N (20, 16) Soluzione

CORSO DI TIROCINIO FORMATIVO ATTIVO (TFA) CLASSE DI CONCORSO A033 ANNO ACCADEMICO 2014/15 PROF. GIUSEPPE NATALE

ANALISI CHIMICO FARMACEUTICA I

3 Le grandezze fisiche

Note sulla probabilità

Grandezze fisiche e loro misura

Esperienza del viscosimetro a caduta

Conversione di base. Conversione decimale binario. Si calcolano i resti delle divisioni per due

Interi positivi e negativi

Teorema del Limite Centrale

Acquisizione, rappresentazione e analisi di dati sperimentali Aurelio Agliolo Gallitto

Misura di grandezze fisiche Stima delle incertezze. Maria Luisa De Giorgi Dipartimento di Fisica UniSalento - Lecce

7 2 =7 2=3,5. Casi particolari. Definizione. propria se < impropria se > e non è multiplo di b. apparente se è un multiplo di. Esempi.

Le unità fondamentali SI. Corrente elettrica

SCHEDA DIDATTICA N 7

STRUMENTI DI MISURA. Ne esistono di molto semplici (come un righello) e di molto complessi (come un oscilloscopio o uno spettrofotometro).

LABORATORIO SULLE METEORITI DETERMINAZIONE DELLA DENSITÀ DI UN CORPO SOLIDO DETERMINAZIONE DELLA DENSITÀ DI UN CAMPIONE DI METEORITE

MISURE ED ERRORI DI LUIGI BOSCAINO BIBLIOGRAFIA: QUANTUM AUTORE FABBRI - EDITORE SEI IDEE E SPUNTI DEL DOCENTE

di misura La scelta dello strumento Si definisce portata il valore massimo della grandezza che uno strumento è in grado di misurare.

Acquisizione, rappresentazione e analisi di dati sperimentali

Verifica in Classe: Temperatura Che cos è la Temperatura? Come si misura la Temperatura? Termometri e scale termometriche.

L analisi dei dati. Primi elementi. EEE- Cosmic Box proff.: M.Cottino, P.Porta

Lezione VI: Distribuzione normale. La distribuzione normale (curva di Gauss). Prof. Enzo Ballone. Lezione 6a- Ia distribuzione normale

Misura del modulo dell accelerazione di gravità g tramite pendolo

Sviluppi e derivate delle funzioni elementari

Statistica4-29/09/2015

TEORIA DEGLI ERRORI DI MISURA, IL CALCOLO DELLE INCERTEZZE

LA DISTRIBUZIONE NORMALE. La distribuzione Gaussiana. Dott.ssa Marta Di Nicola

Laboratorio di Chimica Generale ed Inorganica. Lezione 2. Misura della materia

Introduzione alla teoria della misura

La distribuzione delle frequenze. T 10 (s)

1^ LEGGE di OHM - CONDUTTORI in SERIE e in PARALLELO

Cap. 2 - Rappresentazione in base 2 dei numeri interi

BLAND-ALTMAN PLOT. + X 2i 2 la differenza ( d ) tra le due misure per ognuno degli n campioni; d i. X i. = X 1i. X 2i

Rappresentazione in virgola mobile Barbara Masucci

Pendolo - Scheda n.1. Obiettivo dell esperimento. Materiale a disposizione. Relazioni usate e approssimazioni fatte. Modalità di esecuzione

Fisica I per chimici: Elementi di statistica

Distribuzioni e inferenza statistica

Vedi: Probabilità e cenni di statistica

Moltiplicazione. Divisione. Multipli e divisori

Fisica per scienze ed ingegneria

Esperimenti. Emanuele Trulli I G

IL CRITERIO DELLA MASSIMA VEROSIMIGLIANZA

Esercitazione 4 Distribuzioni campionarie e introduzione ai metodi Monte Carlo

Nei laboratori scientifici si parla di misurare, calcolare, determinare, aggiungere, togliere, mescolare, prelevare, pesare, sperimentare, provare,

N.B. Per la risoluzione dei seguenti esercizi, si fa riferimento alle Tabelle riportate alla fine del documento.

La statistica. Elaborazione e rappresentazione dei dati Gli indicatori statistici. Prof. Giuseppe Carucci

Rappresentazione di numeri interi

Transcript:

Presentazione dei calcoli e delle misure La fisica studia i fenomeni naturali, con osservazioni sceintifiche, misure di grandezze e verifiche di leggi. La misura fornisce un numero ed una unità di misura. Le leggi fisiche sono descritte attraverso relazioni tra le grandezze, risultato di misure dirette o indirette, pertanto spesso frutto di calcolo tra numeri e unità di misura. uestione dell unità di misura: analisi dimensionale. Un numero è costituito da varie cifre, è opportuno chiarire il significato del numero di cifre che compaiono in un numero Precisione nei calcoli ual è la differenza tra i seguenti modi di presentare un risultato: 1 03 000 1.03 10 6 1.03000 10 6 uante cifre significative hanno i suddetti numeri? 4 4 7 Nel primo numero gli zeri sono necessari, e quindi non sappiamo se sono significativi oppure no. Nel terzo numero gli zeri non necessari sono riportati per esprimere la precisione con 7 cifre significative. uando si vuole segnalare che le cifre significative sono sette, si deve scrivere 1.03000 10 6

Presentazione dei dati e cifre significative Cifra significativa una cifra che non sia uno zero iniziale o finale (contano se seguono il punto decimale) 300? Non possiamo dire se gli zeri sono significativi. 3.00 10 3 cifre significative. 3 10 1 a cifra a sinistra più significativa 1 cifre significative. 10.45678 1 a cifra a destra meno significativa Moltiplicazione o divisione 0.67 16.789 10.9185 Si arrotonda tutto con il numero di cifre del meno preciso. Somma o sottrazione Cifra decimale più a sin. 8.4 m 3. m + 6. m -1.1m 16.7 10.6 + 0.00003 10.60003 10,6 11 8.5675 kg 8.556 kg 0.0115 kg 0.01 + Una cifra sign. in più. kg Rappresentazione in abella Rappresentazione di dati in abelle È molto utile per riportare le misure, per il loro utilizzo nei calcoli o per confronti, ma non è evidente la relazione tra le grandezze. [kcal] [ C] 0-0 1-18 5-10 10 0 90 0 110 0 150 60 170 80 190 100 390 100 590 100 730 100 735 110 739,5 10 relazione tra le grandezze. 110 0 Si deve segnalare nella didascalia, che nella prima colonna si riporta il calore fornito ad 1 kg di acqua e nella seconda invece la temperatura misurtata.

Esercizio 3. Es. : uanta energia serve per trasformare un Kg di ghiaccio di H O (- 0 C) in vapore acqueo a 10 C? Se potessimo usare tutta l energia di un cocacola che per 330 ml fornisce 4.0 kcal o 176 kj, quanta cocacola servirebbe?. [kcal] [ C] 0,0-0 0,0-0 0,0-0 10,0 0,0 10,0 0,0 110 100 150 140 170 160 190 180 390 100 590 100 730 100 735 110 {mc gh {mc acq c gh 0.500 kcal/(kg C) {ml fus c acq 1.0 kcal/(kg C) {ml ev L fus 80 kcal/kg L ev 540 kcal/kg 739,5 10 {mc vap 5,8 l di cocacola c vap 0.48 kcal/(kg C) Rappresentazione Grafica Utile per vedere gli Andamenti, e le relazioni ra le grandezze.

Derivazione di leggi fisiche 50 Τ Variazione di per i vari stati di H O 45 mc 40 35 30 mc Variazione di - ghiaccio Variazione di acqua [ C] 5 Variazione di per vapore acqueo 0 15 10 5 c ghiaccio 0.500 kcal/kg C c acqua 1.00 kcal/kg C 0 calore fornito [kcal] 0 5 10 15 0 5 c vap 0.481 kcal/kg C 1kg c vapore ml v 1kg c acqua c acqua ml f 1kg c ghiaccio

Rappresentazione funzionale m c m c ( ) f i Descrive la variazione di temperatura () di un corpo di massa m e calore specifico c se si fornisce o si asporta calore. c ghiaccio 0.500 kcal/(kg C) c acqua 1.00 kcal/(kg C) c vapore 0.481 kcal/(kg C) ml L f 79,6 kcal/kg L v 539 kcal/kg Legge che descrive il calore necessario per far cambiare di stato un corpo di massa m Calore latente di fusione del ghiaccio o congelamento dell acqua Calore latente di evaporazione dell acqua o condensazione del vapore acqueo. Rappresentazione di immediata lettura e utilizzo per ricavare altre relazioni o leggi Derivazione di altre relazione m c m 1, c 1, 1 m c m, c, ( ) f i Il calore si propaga dal corpo 1 di massa m 1, calore specifico c 1 e temperatura 1 al corpo di massa m, calore specifico c 1 e temperatura, dove 1 > ad una temperatura di equilibrio eq. Ricavare la temperatura di eq.

Cifre significative nel caso di misurazioni Una grandezza è descritta da un numero ed una unità di misura (campione). Ogni misura avrà una precisione, ovvero avremo anche delle incertezze (o errori). Si hanno Incertezze (errori) sistematiche (letture di scale, calibrazioni ) Incertezze (errori) casuali (non siamo in grado di attribuire l errore o isolarlo). Bisogna sapere anche propagare le incertezze, nel caso di misurazioni indirette, e quindi che risultano da relazioni tra grandezza misurate a loro volta direttamente o indirettamente. Errori incertezza di lettura - strumentali Errori sulla lettura di scale (sensibilità di lettura) Migliore stima l 36 mm Intervallo 35.5 mm < l < 36.5 mm l 36 + 0.5 mm ½ del minimo misurabile Sul multimetro utilizzato per la lettura delle ermocoppie si legge 00 C, pertanto minimo misurabile (risoluzione) 1 C l errore di lettura sarà 0.5 C. + 0.5 C Indicheremo l errore di lettura con ε, ε, ed in pedice la grandezza: ε Τ

Errori di calibrazione - strumentali Errori di calibrazione o taratura L errore è sempre nello stesso verso (sottostima). sovrastima Gli strumenti vanno quindi calibrati, con altri strumenti o mediante procedure di calibrazione (o taratura). Vedi procedura di calibrazione della termocoppia. cal a mis +b Se non si usa la curva di calibrazione tutte le misure saranno errare nello stesso verso (o sovrastima o sottostima). Indicheremo questo tipo di errori con η, ed in pedice la grandezza: η Τ uesti errori vanno eliminati o corretti. Errori statistici Supponiamo di misurare 5 volte la in aula con il multimetro, ed ottenere i seguenti valori espressi in C : 5, 4, 3, 5, 3, 6 La iore stima risulta essere la media aritmetica: n i i 1 n 4.33333 CC Se l errore è casuale, la stima iore dell incertezza è: i 1 deviazione standard σ n ( i n 1 ) 1.1106 ± σ 4.3 ± 1. C

Approssimazioni Di solito si arrotonda per eccesso l incertezza ad una sola cifra significativa. Poi si accordano le cifre significative della misura in modo che quella meno significativa corrisponda all errore. Misura 5.03467 errore 0.004467 0.004467 0.00447 0.0045 0.005 La cifra meno significativa della misura deve concordare con quella dell errore 0.005 Misura 5.03467 + 0.005 5.0347 5.035 La misura si riporta quindi 5.035 + 0.005 Il problema si pone quando si ha un errore per il quale la cifra piu significativa vale 1 questo implica che arrotondare per esempio 1.3 ad 1 o 1.4 ad 1, porti ad una sottostima dell errore, o arrotondare 1.5 o 1.6 a una sovrastima. In queste situazioni si possono tenere cifre significative. σ 4.33333 C 1.1106 o C 1. Così riportiamo la misura come o C { σ 4.3 ± 1. C 1. 4.3 3333 C 4.3 C

Densità di Probabilità densità di Frequenza (eorica) ( Sperimentale) 68.3% Nel caso di una misura affetta solo da errori casuali (statistici) che segue la distribuzione di Gauss ci aspettiamo: 68.3% di misure nell intervallo m σ < < m + σ 95.5% di misure nell intervallo m σ < < m + σ 99.7% di misure nell intervallo m 3σ < < m + 3σ La distribuzione gaussiana La distribuzione gaussiana (densità di probabilità riportata nel grafico precedente) deriva dall assunzione che un determinato valore dell errore abbia la stessa probabilità di comparire con il segno + o -. Se un incertezza è casuale deve seguire tale andamento. Esiste una verifica detta del χ -ridotto, che permette a posteriori di verificare se una variabile è casuale e giustificare quindi l utilizzo della deviazione standard come errore.

Incertezza (errore) totale su una misura Si assuma di aver eliminato tutti gli errori di calibrazione, rimangono comunque quelli dovuti alla sensibilità di lettura e quelli statistici? L incertezza totale si ottiene mediante la somma in quadratura: tot ( σ ) ( ε ) δ + δ tot ( 1.) + ( 0.5) 1.3 C Il valore da riportare ± δ tot 4.3 ± 1.3 C Esempio su più misure La iore stima è la media: 4,33333 4,3 L errore statistico della misura: σ 1,1106 σ 1, L errore sistematico (sensibilità di lettura) ε 0,5 ε 0,5 L errore totale 1,31016 δ δ 1,3 Non ha senso riportare tutte le cifre sopra in bordo nero, in genere si riporta la misura a seconda della precisione sulla base dell errore approssimato (riquadro rosso).

La misura di sarà derivata dalla curva di calibrazione Per una singola misura avremo ± ε Per misure multiple si ricaverà prima la temperatura calibrata per ogni singola misurazione, si farà la media dei valori calibrati eppoi: ± δ Dove ( ) ( ) δ σ + ε Nota: se non si riesce ad eliminare l errore sistematico η, ma Si conosce va sommato anche questo in quadratura. ( σ ) + ( ε ) ( η ) δ + Conclusioni e terminologia strumenti Si utilizzano strumenti che riportano informazioni Risoluzione Accuratezza L accuratezza è l errore che abbiamo indicato come η Precisione Alcuni libretti di istruzioni confodono i termini, Per essere chiari meglio parlare di sensibilità dello strumento e sensibilità di lettura Sensibilità dello strumento: minima variazione della grandezza Sensibilità di lettura, minimo della scala di lettura.

Per collegare i termini alle formule Risoluzione massima o sensibilità dello strumento: Sulla scala minima Risoluzione o sensibilità di lettura dipende dalla scala: 1 ε 1 ε Prendiamo l esempio del multimetro sulla scala dei volt La sensibilità massima si ha sulla scala minima 00 mv di fondo scala, ε 0.5 mv unità fondamentale 1 mv 500 V di fondo scala, unità fondamentale 1 V ε 0.5 V Accuratezza Accuratezza 1 η Precisione di una misura 1 σ + se è una singola misura coincide con la sensibilità di lettura se si hanno grandezza affette da errori statistici allora si ha il contributo di entrambi ε

Distribuzioni gaussiane Le curve gaussiane sono funzioni di due parametri µ (valore centrale) e σ (larghezza della curva). Per misure ripetute la ior stima di tali parametri sono rispettivamente media e deviazione standard del campione. Accuratezza e precisione

Appendice: Deviazione standard della media σ σ / N Se una grandezza è statistica, la deviazione standard ci fornisce l intervallo entro cui pensiamo di trovare una nostra misura successiva con Probabilità apri al 68%.. Se confrontiamo la nostra misura come valore medio, con altre misure ottenute nello stesso modo, i valori medi seguono sempre una gaussiana ma con una deviazione più stretta data dalla deviazione standard della media. uesto se la variabile è gaussiana, per fare la verifica del χ -ridotto sono necessarie almeno 100 misurazioni. Continua App.: propagazione degli errori, somme e sottrazioni Se una misura di una grandezza q risulta dalla somma o differenza tra due grandezze (x, y) misurate con errori assoluti δx δy, ovvero x q x + y, oppure q x y sta per ior stima x ± δx y y ± δy Si dimostra che l errore su q (δq) è dato dalla somma degli errori assoluti δ q δx + δy Se sono indipendenti tra loro (non esiste una relazione tra x e y) si può sommare in quadratura δ q δx + δy q x + y, oppure q x y q q ± δq

App.: propagazione degli errori, prodotti o frazioni x Se una misura di una grandezza q risulta da prodotto o frazione tra due grandezze (x, y) misurate con errori assoluti δx δy, ovvero x ± δx y y ± δy q x y, o q Si dimostra che l errore su q (δq) è dato dalla somma degli errori relativi δq q δx x + δy y Se sono indipendenti tra loro (non esiste una relazione tra x e y) si può sommare in quadratura q δq q δx x δy + y x x y, oppure q q ± q y x y q δ