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.

Metodi didattici

Lezioni frontali, esercitazioni, esperienze di laboratorio

Prerequisiti

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

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.

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; sistema massa molla su piano inclinato in presenza di attrito; Determinazione del momento d'inerzia di un solido anche in funzione della forma; 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.