Obiettivi Formativi

Fornire conoscenze sul processo di misura. Esperimenti di meccanica. Fornire conoscenze su esperimenti illustrativi di: meccanica dei fluidi – calorimetria, termometria e termodinamica – simulazione al computer di esperimenti.

Learning Goals

Provide knowledge on the measurement process. Experiments on mechanics. Providing knowledge on experiments regarding: fluids mechanics - calorimetry, calorimetry and thermodynamics - computer simulation experiments.

Metodi didattici

Lezioni frontali, esercitazioni, esperienze di laboratorio

Teaching Methods

Lectures, exercises, laboratory experiments

Prerequisiti

Conoscenze di base della Matematica e Fisica Conoscenze di base di meccanica, fluidodinamica e termodinamica.

Prerequisites

Basic knowledge of Mathematics and Physics Basic knowledge of mechanics, fluidynamics and thermodynamics.

Verifiche dell'apprendimento

La verifica dei risultati di apprendimento è affidata a due test in itinere, ad una prova di laboratorio finale che viene sorteggiata e ad un esame orale finale. Nei due test in itinere, attraverso una serie di domande e quesiti relativi ai punti cruciali del programma, si tende ad accertare la sufficiente conoscenza e capacità di comprensione acquisita dal candidato, la chiarezza ed efficacia dell’esposizione, con particolare riferimento all’uso appropriato di termini tecnici, la capacità di approntare specifiche esperienze di laboratorio e la correttezza nelle procedure di analisi dei dati. Se lo studente dimostra di avere acquisito tale sufficienza nei test in itinere, si passa alla prova di laboratorio e al colloquio orale, dove il livello di verifica viene approfondito sia con riferimento ai risvolti dei singoli argomenti trattati, sia per quanto attiene i collegamenti sistematici tra di essi.

Assessment

The assessment of the learning outcomes is performed by two tests during the course, a final laboratory test and a final oral exam. In the two "in itinere" tests, through a series of questions and queries on some crucial points of the program, one seeks to determine weather a sufficient knowledge and understanding has been acquired by the candidate, to test the clarity and effectiveness of the exposure, with special reference to the appropriate use of technical terms, to test the ability to prepare specific laboratory experience and to test if the correct procedures for data analysis are applied. If the student proves to have acquired all these contents, a laboratory test and an oral examination are performed, where implications of individual topics, both in terms of the systematic links between of them are taken into account.

Programma del Corso

•Il metodo della Fisica: leggi empiriche e modelli. La Fisica e la sua relazione con le altre discipline. Grandezze fisiche e definizione operativa. Dimensioni di una grandezza. Grandezze adimensionali. Costanti fisiche. Unità di misura, coerenza. Grandezze fondamentali e grandezze derivate. Equazioni dimensionali. Analisi dimensionale. Notazione scientifica. • Sistemi di unità di misura. Il Sistema Internazionale. Confronto con gli altri sistemi. Cambiamento del sistema di unità di misura. Fattori di ragguaglio. Unità di misura fuori sistema. Grandezze e costanti fisiche di uso frequente espresse in unità di misura fuori dal SI. • Misure dirette e indirette. Errori nelle misure. Errori casuali, errori sistematici. Propagazione degli errori. Rappresentazione dei dati di un campione di misure. Istogrammi di distribuzione. Errore di una misura diretta. Errore massimi ed errore quadratico medio. Varianza. • Elaborazione statistica dei dati sperimentali. Elementi di calcolo combinatorio. Binomio di Newton. • Elementi di teoria delle probabilità. • Distribuzione di probabilità di variabili aleatorie discrete. Leggi di distribuzione. • Distribuzione di probabilità di variabile aleatorie continue. Densità di probabilità. Valore aspettato e varianza di una variabile aleatoria continua. Distribuzione uniforme. Distribuzione di Gauss o normale. Probabilità per il valore di una misura, variabile standardizzata. Significato probabilistico della deviazione standard.. • Misure indirette. Deviazione standard di una grandezza derivata. Formula generale di propagazione dell’errore. Deviazione standard della media. Distribuzione della variabile χ2. • Adattamento di una relazione funzionale ai dati sperimentali. Metodo grafico. •Esperimenti di laboratorio: misurazione statistica del diametro di una sferetta; il pendolo semplice; il pendolo di Kater; oscillazioni smorzate e forzate; misura statica e dinamica della costante elastica di una molla; sistema massa molla su piano inclinato in presenza di attrito; Esperienze con scheda Universal Laboratory Interface (ULI) Strumenti di misura e loro principali caratteristiche : sensibilità, prontezza e riproducibilità. Misure di lunghezza. Misure di volume : misura diretta e indiretta. Misure di tempo. Misure di temperatura : i termometri e le scale termometriche. Misure di massa : la bilancia analitica; metodi di pesata. Definizione della funzione densità e metodi di misura . Proprietà meccaniche dei solidi. Proprietà dei fluidi : fluidi perfetti e fluidi reali. La tensione superficiale come caratteristica delle superfici libere dei fluidi. La viscosità, legge di Poisseille, Onde elastiche in una sbarra solida. Proprietà elastiche dei gas. Propagazione di onde in un gas, equazione e velocità di propagazione. Dilatazione termica dei corpi. Il calore specifico come proprietà intrinseca della materia. Esperienze pratiche: 1. Misura della densità di un solido con il metodo del picnometro 2. Misura della densità di un liquido con il metodo del picnometro 3. Misura del modulo di Young di un solido elastico 4.Misura della tensione superficiale di un liquido con il metodo dello stalagmometro e della bilancia (dinamometro) 5.Misura del coefficiente di viscosità assoluto di un liquido con il metodo di Stokes 6.Misura del coefficiente di viscosità cinematica di un liquido con il metodo del deflusso 7.Misura del coefficiente di dilatazione lineare di un solido 8.Misura del calore specifico dei solidi con il calorimetro delle mescolanze di Regnault 9.Determinazione della sensibilità di una bilancia analitica 10.Misura della velocità di propagazione del suono nei gas. 11.Caratteristiche fondamentali delle onde.

Course Syllabus

• The method of physics models and empirical laws. Physics and its relationship with other disciplines. Physical quantities and operational definition. Dimensions of a magnitude. Dimensionless quantities. Physical Constants. Units of measurement, consistency. Fundamental quantities and derived quantities. Dimensional equations. Dimensional analysis. Scientific notation. • Systems of measurement units. The International System. Comparison with other systems. Change the system of measurement units. Factors strapping. Unit of measure outside the system. Quantities and physical constants frequently used expressed in units outside the SI. • Measures of direct and indirect. Errors in the measurements. Random errors, systematic errors. Propagation of errors. Representation of the data of a sample of measurements. Histograms of distribution. Error of a direct measurement. Maximum error and mean square error. Variance. • Statistical analysis of experimental data. Elements of combinatorics. Newton's binomial formula. • Elements of probability theory. • probability distribution of discrete random variables. Distribution laws. • Probability distribution of continuous random variable. Probability density. Expected value and variance of a continuous random variable. Uniform distribution. Gaussian or normal distribution. Probability for the value of a measure, the standardized variable. Probabilistic meaning of the standard deviation .. • Indirect measurements. Standard deviation of a derived quantity. General formula of error propagation. Standard deviation of the mean. Distribution variable χ2. • Adaptation of a functional relationship to the experimental data. Graphical method. • Laboratory experiments: statistical measurement of the diameter of a sphere; the simple pendulum; Kater's pendulum; damped and forced oscillations; static and dynamic measurement of the elastic constant of a spring; mass spring system on an inclined plane in the presence of friction; Experiences with card Universal Laboratory Interface (ULI) Measuring instruments and their main characteristics: sensitivity, reproducibility and readiness. Length measurements. Volume measures: measures direct and indirect. Measures of time. Temperature measurements: thermometers and temperature scales. Mass measurements: analytical balance; methods of weighing. Definition of the density function and methods of measurement. Mechanical properties of solids. Fluid properties: perfect fluids and real fluids. The surface tension as a characteristic of the free surfaces of the fluids. The viscosity, the law of Poisseille, flow in a duct, methods of measurement of η. Elastic waves in a solid bar, equation of propagation of a disturbance and speed of propagation. Elastic properties of the gas. Propagation of waves in a gas, equation and propagation speed. Thermal expansion of bodies. The specific heat as an intrinsic property of matter. Practical experience: 1 Measurement of the density of a solid by the method of the pycnometer 2. Measurement of the density of a liquid with the pycnometer method 3. Measurement of Young's modulus of an elastic solid 4.Misura the surface tension of a liquid by the method of stalagmometro and Balance (dynamometer) 5.Misura of the coefficient of absolute viscosity of a liquid by the method of Stokes 6.Misura of the coefficient of kinematic viscosity of a liquid with the method of the outflow 7.Misura of the linear expansion coefficient of a solid 8.Misura the specific heat of solids with the calorimeter mixtures of Regnault 9.Determinazione sensitivity of an analytical balance 10.Measuring the speed of propagation of sound in gases. 11.fundamental characteristics of wave.