Tecnologie Digitali I e II
Laboratorio per il Primo anno
Docenti
• Francesco Maccarrone
E-mail: [email protected]
Ufficio 36 ed. B - tel. 050 – 2214557
• Alberto Di Lieto
E-mail: [email protected]
Ufficio 34 ed. B - tel. 050 – 2214555
• Stefano Bigotta
E-mail: [email protected]
Ufficio 18 ed. B - tel. 050 – 2214536
Dalla “Guida dello studente”
I semestre
Francesco Maccarrone
1) Misura, modellizzazione ed analisi dati in Fisica
2) Introduzione al Personal Computer e al Sistema Operativo
utilizzati durante il corso
3) Introduzione all’uso di MatLab nel laboratorio di fisica
4) Uso e principio di sensori di posizione, forza e temperatura
5) Misure di grandezze fisiche
6) Analisi statistica dei dati
7) Metodi digitali di misura
8) Probabilita’ e metodi di calcolo con numeri casuali
9) Inferenza dei parametri di un modello e procedure di adattamento
9) Introduzione al calcolo numerico in sistemi fisici
I semestre
Francesco Maccarrone
Esperimenti:
 misura digitalizzata di un segnale quasi-costante (tensione
erogata da una batteria);
 temperatura ambientale (acquisizione a lungo termine e
analisi dei dati);
 misure di intervalli di tempo;
 misure di forze (strain gauge);
 legge oraria di un corpo in caduta nell'aria;
 esperimenti “numerici”: analisi dei dati sulle macchie solari,
e su altri esperimenti di Laboratori di ricerca internazionali.
II semestre
Alberto Di Lieto
1) Misura, modellizzazione ed analisi dati in Fisica
2) Approfondimenti su MatLab e introduzione al linguaggio G di
LabVIEW
3) Controllo automatico e remoto di apparati strumentali e di
procedure di misura
4) Strumenti di misura: architettura di una scheda di acquisizione e
proprieta’ dell’interfaccia PC-sensori
5) Metodi di valutazione statistica della validita’ di un modello
6) Analisi statistica dei dati (approfondimento)
7) Misura delle informazioni fisiche contenute in immagini statiche
e in filmati
8) Misura di grandezze fondamentali: velocita’ della luce e costante
di Boltzmann
II semestre
Alberto Di Lieto
-
Esperimenti:
Pendoli fisici con controllo continuo della posizione.
Misure di posizione e di velocità con sensori a ultrasuoni.
Sistemi uni- e bi-dimensionali con flusso di calore, con misura della evoluzione
temporale del campo di temperatura.
Determinazione della forma delle forze viscose in aria, mediante digitalizzazione
di filmati.
Misura del coefficiente di viscosità di diversi liquidi.
Misura del coefficiente di dilatazione termica di una sbarra.
Misura delle grandezze caratteristiche delle onde in un liquido con metodi
interferometrici.
Misura delle proprietà elastiche e anelastiche di un polimero.
Orologi ad acqua e a sabbia.
Un generatore di numeri casuali: geiger.
Misure cinematiche su sistemi a massa variabile.
Urti tra corpi estesi .
Integrazione numerica di equazioni del moto (Pioneer 10, problema a 11 corpi)
Misura di c
Misura di k
Informazioni generali
Orario:Mercoledi e Giovedi dalle 15 alle 19, aula H1
Venerdi 15 – 18 (recupero)
Informazioni generali
Testi consigliati:
dispense
Modalita’ di esame:
- Lavoro individuale in laboratorio e preparazione
del “log book” personale
- Test di valutazione in itinere
- Colloquio finale (presentazione di un esperimento
tra quelli svolti) da sostenersi anche alla fine del II
modulo.
Numero massimo di iscritti
Frequenza obbligatoria.
http://www.df.unipi.it/~tecno/TDweb/tecno_home.htm
Che cos’è che non va?
Enrico Persico, Il Giornale di Fisica, 1, (1956), 64 - 67.
“Mi dica almeno qualcosa sulle onde elettromagnetiche”.
La candidata, che poco fa non aveva saputo dire perché i fili della luce elettrica sono
rivestiti di isolante, appare ora visibilmente sollevata e comincia ad allineare sulla
lavagna in bell’ordine le equazioni di Maxwell nella loro elegante forma vettoriale.
Finalmente una domanda facile!
……………
Cancellati i dovuti termini, le equazioni si semplificano e dopo pochi secondi la
candidata (che poco prima era stata incapace di indicare una sola applicazione pratica
delle correnti alternate) può procedere all’eliminazione di H e avviarsi con disinvoltura
alla equazione differenziale di d’Alembert. Quivi giunta, la stessa persona che voleva
far passare 20000 ampere in una comune lampadina elettrica,…
E’ difficile la Fisica? Se si interroga l’uomo della strada, o anche l’avvocato, il medico
o l’uomo colto in genere, nove volte su dieci risponde: “Certo! è piena di formule!”
Bisogna invece concludere, a giudicare dagli esami, che pei nostri studenti la Fisica è
difficile, ma non a causa delle formule. Probabilmente è difficile perché essi non si
accorgono che in essa c’è molto di più delle formule, e qualcosa di diverso da esse.
Questo “qualcosa”, e cioè il fatto fisico, in molti casi sarebbe facile da comprendere e
ritenere, pur di rivolgervi la necessaria attenzione, e dovrebbe anche essere pieno di
interesse e di fascino per un giovane moderno, in quanto ricollega la Fisica al mondo
della natura, della tecnica, della scienza, e magari della fantascienza. Invece, molti dei
nostri studenti non vedono nella Fisica che una materia scolastica, che poco ha che fare
col mondo reale: i migliori tra essi ne apprezzano soprattutto l’eleganza della
formulazione matematica, ma tengono in dispregio (e talvolta lo dichiarano
apertamente) i fatti fisici che quelle formule dovrebbero rappresentare.
Che cos’è che non va?
Enrico Persico, Il Giornale di Fisica, 1, (1956), 64 - 67.
“Mi dica almeno qualcosa sulle onde elettromagnetiche”.
La candidata, che poco fa non aveva saputo dire perché i fili della luce elettrica
sono rivestiti di isolante, appare ora visibilmente sollevata e comincia ad allineare
sulla lavagna in bell’ordine le equazioni di Maxwell nella loro elegante forma
vettoriale. Finalmente una domanda facile!
……………
E’ difficile la Fisica? Se si interroga l’uomo della strada, o anche l’avvocato, il
medico o l’uomo colto in genere, nove volte su dieci risponde: “Certo! è piena di
formule!” Bisogna invece concludere, a giudicare dagli esami, che pei nostri
studenti la Fisica è difficile, ma non a causa delle formule. Probabilmente è difficile
perché essi non si accorgono che in essa c’è molto di più delle formule, e qualcosa
di diverso da esse. Questo “qualcosa”, e cioè il fatto fisico, in molti casi sarebbe
facile da comprendere e ritenere, pur di rivolgervi la necessaria attenzione, e
dovrebbe anche essere pieno di interesse e di fascino per un giovane moderno, in
quanto ricollega la Fisica al mondo della natura, della tecnica, della scienza, e
magari della fantascienza. Invece, molti dei nostri studenti non vedono nella Fisica
che una materia scolastica, che poco ha che fare col mondo reale: i migliori tra essi
ne apprezzano soprattutto l’eleganza della formulazione matematica, ma tengono in
dispregio (e talvolta lo dichiarano apertamente) i fatti fisici che quelle formule
dovrebbero rappresentare.
Risultati
Scarica di una
batteria
I
Misura della costante di Boltzmann
L'esperienza è dedicata allo studio del moto Browniano di
particelle e alla misura della loro energia termica media. Il
sistema è basato su una soluzione acquosa di microsfere di
polistirene. Le sfere hanno densità relativa rispetto all'acqua di
1.05, cosicché si muovono quasi liberamente.
k =1.33 E-23 J / K ,
con un'accuratezza
(puramente statistica) dell
1%.
Martina Cheli A.A. 2001/02
I
Domenico Magisano, Andrea Simonelli
A.A. 2001/02
I
Evoluzione temporale del campo di
temperatura di una sbarra di ottone
in condizioni iniziali di non equilibrio
Andrea Barbieri
A.A. 2003/4
I
Moto in mezzi viscosi
Relazione massa – velocita’ limite: m  v2
2.7
ln(m)
(±0.0003)
ln(v)
(±0.04)
2.5
1.7466
0.83
2.4
1.8842
0.85
1.9116
0.87
2.1206
0.99
2.3104
1.13
2.3485
1.14
2.4139
1.15
2.5377
1.20
2.6518
1.25
2.6
lnm
2.3
2.2
2.1
2
1.9
1.8
1.7
0.8
0.85
0.9
0.95
1
1.05
lnv
1.1
1.15
1.2
1.25
Claudia Novelli A.A. 2001/02
I
Velocità vs tempo
nella glicerina (m=80g)
Valentina Bevacqua, Francesco Michienzi, A.A. 2003/4
Onda di sessa
frequenza
(Hz)
altezza (cm)
*
Dati sperimentali
Fit dati sperimentali
Retta teorica
Maria Antonietta Piliero
A.A. 2002/03
4.64
Proprietà elastiche
di un polimero
4.635
4.63
posizione(mm)
4.625
4.62
4.615
Risoluzione della misura
di posizione: 6 mm
Verifica del principio di
sovrapposizione di Boltzmann
4.61
4.605
4.6
4.595
200
250
300
350
tempo(s)
400
450
500
I
18
16
14
posizione(mm)
12
10
8
6
4
2
Matteo Corbo
A.A. 2002/03
0
-2
0
20
40
60
80
100 120
tempo(s)
140
160
180
200
220
Pendolo Fisico
E. Ascari A.A. 2003/4
Contatore Geiger
Valentina Bevacqua, Francesco Michienzi, A.A. 2003/4
• Figura3: numero dati=40000 Δt =4s
MEDIA E
VARIANZA
MISURATE
μ=4.50
σ2=4.26
MEDIA E
VARIANZA
CALCOLATE
μ=4.50
I
σ2=4.46
Radioattivita’ naturale
Sistema a massa variabile
Confronto fra i flussi di acqua e sabbia
Valentina Bevacqua,
Francesco Michienzi,
A.A. 2003/4
I
Sistema a due corpi
•
•
•
•
Carrelli
Dinamometri
Molle
Binario ad aria
Angelo Di Canto A.A. 2003/4
Urti tra corpi estesi
I
Misura del coefficiente di
attrito
Dalla misura
dell’accelerazione in salita
e in discesa, si ricava il
valore del coefficiente di
attrito dinamico
m = 0.012
I
REMOLUM (pendolo remoto)
Pendolo in grado di fare
oscillazioni di 180o
Il periodo aumenta al crescere
dell’angolo iniziale
I