Tecnologie Digitali I e II

Presentazione sul tema: "Tecnologie Digitali I e II"— Transcript della presentazione:

1 Tecnologie Digitali I e II
Laboratorio per il Primo anno

2 Docenti Francesco Maccarrone E-mail: maccarr@df.unipi.it
Ufficio 36 ed. B - tel. 050 – Alberto Di Lieto Ufficio 34 ed. B - tel. 050 – Stefano Bigotta Ufficio 18 ed. B - tel. 050 –

3 Dalla “Guida dello studente”

4 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

5 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.

6 II semestre Alberto Di Lieto
Misura, modellizzazione ed analisi dati in Fisica Approfondimenti su MatLab e introduzione al linguaggio G di LabVIEW Controllo automatico e remoto di apparati strumentali e di procedure di misura Strumenti di misura: architettura di una scheda di acquisizione e proprieta’ dell’interfaccia PC-sensori Metodi di valutazione statistica della validita’ di un modello Analisi statistica dei dati (approfondimento) Misura delle informazioni fisiche contenute in immagini statiche e in filmati Misura di grandezze fondamentali: velocita’ della luce e costante di Boltzmann

7 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

8 Informazioni generali
Orario:Mercoledi e Giovedi dalle 15 alle 19, aula H1 Venerdi 15 – 18 (recupero)

9 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.

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11 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 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.

12 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.

13 Risultati

14 Scarica di una batteria

15 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%.

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17 Martina Cheli A.A. 2001/02 I

18 Domenico Magisano, Andrea Simonelli
A.A. 2001/02 I

19 Evoluzione temporale del campo di temperatura di una sbarra di ottone in condizioni iniziali di non equilibrio Andrea Barbieri A.A. 2003/4 I

20 Relazione massa – velocita’ limite: m  v2
Moto in mezzi viscosi Relazione massa – velocita’ limite: m  v2 ln(m) (±0.0003) ln(v) (±0.04) 1.7466 0.83 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 Claudia Novelli A.A. 2001/02 I

21 Velocità vs tempo nella glicerina (m=80g)
Valentina Bevacqua, Francesco Michienzi, A.A. 2003/4

22 Maria Antonietta Piliero
Onda di sessa frequenza (Hz) altezza (cm) * Dati sperimentali Fit dati sperimentali Retta teorica Maria Antonietta Piliero A.A. 2002/03

23 Proprietà elastiche di un polimero
Risoluzione della misura di posizione: 6 mm Verifica del principio di sovrapposizione di Boltzmann I Matteo Corbo A.A. 2002/03

24 Pendolo Fisico E. Ascari A.A. 2003/4

25 Contatore Geiger Figura3: numero dati=40000 Δt =4s
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 σ2=4.46 I

26 Radioattivita’ naturale

27 Sistema a massa variabile
Confronto fra i flussi di acqua e sabbia Valentina Bevacqua, Francesco Michienzi, A.A. 2003/4 I

28 Sistema a due corpi Carrelli Dinamometri Molle Binario ad aria
Angelo Di Canto A.A. 2003/4

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30 Urti tra corpi estesi I

31 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

32 REMOLUM (pendolo remoto)
Pendolo in grado di fare oscillazioni di 180o Il periodo aumenta al crescere dell’angolo iniziale I