Course Syllabus
Obiettivi
Sviluppare una miglior comprensione delle leggi fisiche nell’ambito della meccanica, termodinamica ed ottica geometrica dall’osservazione diretta dei fenomeni. Imparare ad affrontare un esperimento di fisica, elaborare i dati raccolti, interpretare criticamente i risultati ottenuti. Questo insegnamento contribuisce in modo coerente al corso di studi attraverso i seguenti obiettivi formativi:
Conoscenza, comprensione e capacità applicative: gli studenti acquisiranno conoscenze e competenze relative alle modalità di funzionamento e utilizzo della strumentazione di laboratorio utile a effettuare misure fisiche, oltre all'uso di metodi statistici e alla loro applicazione nell’analisi e nell’interpretazione dei dati sperimentali e nella valutazione della affidabilità dei risultati.
Autonomia di giudizio: gli studenti saranno indirizzati come parte di un gruppo ad individuare gli elementi caratterizzanti un problema nel campo della fisica applicata. La progressiva acquisizione dell'autonomia di giudizio è favorita da attività pratiche ed applicative in laboratorio con il coinvolgimento diretto dello studente mediante l'uso di strumenti di misura.
Abilità comunicative: Le attività laboratoriali comportano lo sviluppo di abilità comunicative che consistono nella capacità di esprimere, in modo chiaro e corretto, i risultati delle misure e il processo di indagine legato al metodo scientifico.
Capacità di apprendere: gli studenti svilupperanno interesse per l'approfondimento e l'ampliamento delle proprie competenze non solo in autonomia, ma anche tramite lo svolgimento di attività pratiche di gruppo.
Contenuti sintetici
Esperimenti: Studio di moti, urti centrali elastici e anelatici, attrito; Pendolo e molle; Torsione. Momenti di inerzia; Onde stazionarie su una corda tesa; Onde acustiche e velocità del suono nei gas; Oscillatore armonico smorzato e forzato, risonanza; Misura della costante di gravitazione universale; Legge di Coulomb; Misure di densità, viscosità, dinamica dei fluidi; Calorimetria. Legge di Joule; Trasformazioni isoterme e adiabatiche di gas; Ottica geometrica, prismi, lenti sottili.
Programma esteso
- Misure dell’accelerazione di gravità: pendolo semplice, pendolo reversibile di Kater, moto uniformemente accelerato
- Misura della costante di gravitazione G con la bilancia di torsione di Cavendish
- Urti centrali elastici ed inelastici. Moto lungo un piano inclinato, misura di coefficienti di attrito
- Pendolo di torsione e misura di momenti di inerzia
- Legge di Hook. Oscillazioni di una molla, misura della costante elastica e studio del moto armonico
- Oscillazioni forzate e smorzate con un pendolo di torsione e costruzione della curva di risonanza
- Onde stazionarie su una corda tesa, studio delle frequenze di risonanza
- Onde acustiche in un tubo, onde stazionarie, velocità di propagazione del suono in gas diversi
- Misura del coefficiente di viscosità della glicerina con il metodo di Stokes
- Misure di densità con la bilancia idrostatica
- Tubo di Venturi e principio di Bernoulli
- Calorimetro delle mescolanze: calori specifici, costante di Joule, calore latente di fusione del ghiaccio
- Compressione ed espansione isoterma ed adiabatica di gas diversi
- Misure di elettrostatica con la bilancia di Coulomb
- Misure di ottica geometrica con un banco ottico (riflessione, rifrazione, lenti sottili)
Prerequisiti
Conoscenze di base degli argomenti di fisica trattati nel corso Fundamentals of Physics.
Modalità didattica
Attività di laboratorio sotto la supervisione dei docenti e dei tutor. 72 ore di esperimenti di laboratorio svolti in modalità interattiva in presenza in gruppi di tre studenti, sotto la supervisione del docente e dei tutor. Tutte le attività sono svolte presso i laboratori didattici di Milano-Bicocca.
Materiale didattico
Schede degli esperimenti disponibili sulla pagina e-learning del corso.
Periodo di erogazione dell'insegnamento
Secondo semestre. Il laboratorio si svolge nella parte finale del semestre, di norma nel corso dell'ultimo mese.
Modalità di verifica del profitto e valutazione
- Consegna di relazioni su esperimenti svolti in laboratorio redatte insieme dal gruppo di tre studenti. Le relazioni vanno consegnate al docente tipicamente una settimana prima dell'esame orale.
- Esame orale individuale: colloquio sugli esperimenti svolti in laboratorio. All'esame orale vengono inizialmente discusse le relazioni di laboratorio consegnate. Successivamente verrà chiesto di descrivere alcuni degli esperimenti svolti in laboratorio, sia dal punto di vista delle leggi della fisica coinvolte che della strumentazione utilizzata, delle modalità di raccolta dei dati e della loro elaborazione e dei risultati ottenuti. Per gli esperimenti di cui non è stata consegnata una relazione durante l'esame si farà riferimento al "quaderno di laboratorio" contenente i dati e risultati che lo studente deve portare con sé all'esame.
Orario di ricevimento
Orario di ricevimento su appuntamento (via email).
Sustainable Development Goals
Aims
Get a deeper understanding of the laws of mechanics and thermodynamics from the direct observation of phenomena. Learn how to perform physics measurements, elaborate data, and critically evaluate the uncertainties in the results. This course contributes in a coherent way to the bachelor’s degree programme through the following learning
objectives:
Knowledge, understanding and application of the skills: Students will acquire knowledge and skills related to the operation and use of laboratory instrumentation useful to carry out physical measurements. They will acquire further knowledge using statistical methods and their application in the analysis and interpretation of experimental data and in the evaluation of the reliability of the results.
Making judgements: Students will be involved as part of a group to identify the elements characterizing a problem in the field of applied physics. The progressive acquisition of autonomy of judgment is promoted by practical and applied activities in the laboratory with the direct involvement of the student through the use of measuring instruments.
Communication skills: Laboratory activities involve the development of communication skills that consist of the ability to clearly and correctly express the results of the measurements and the investigation process related to the scientific method.
Learning skills: Students will develop an interest in deepening and expanding their skills not only on their own, but also through the exploitation of practical group activities.
Contents
Experiments: Study of motion, elastic and inelastic collisions, friction; Pendulum, springs; Torsion. Moments of inertia; Standing waves on a spring; Acoustic waves and speed of sound; Harmonic oscillator, dumped and forced oscillations, resonance; Measurement of the gravitational constant; Coulomb law; Measurements of density, viscosity and dynamics of fluids; Calorimeter; Gas expansions and compressions; Geometric optics.
Detailed program
- Acceleration of gravity: Kater pendulum, free-fall motion
- General gravity: measurements with a Cavendish's balance
- Elastic and inelastic collisions. Inclined plane
- Torsion pendulum and measurements of inertia moments
- Hook's law. Spring and harmonic oscillations
- Forced and damped oscillations, resonance
- Steady waves on a string
- Steady waves in a pipe filled with various gases. The velocity of sound
- Stokes' law and viscosity of glycerol
- Archimede's principle and measurements of density
- Bernoulli's principle and Venturi's pipe
- Calorimetry measurement
- Thermodynamics: compression and expansion in adiabatic and isothermic regimes of various gases
- Electrostatic: measurements with a Coulomb's balance
- Geometric optics: reflection, refraction and thin lenses
Prerequisites
Basic knowledge of the contents of the course of Fundamentals of Physics.
Teaching form
Laboratory activities under the supervision of instructors and tutors. 72 hours of laboratory experiments carried out in interactive mode, in person, in groups of three students under the supervision of the teacher and tutors. All the activities are carried out at the laboratories located in Milano-Bicocca.
Textbook and teaching resource
Description of the experiments available on the e-learning page.
Semester
Second semester. The laboratory activities take place in the final part of the semester, usually during the last month.
Assessment method
- Reports on the experiments performed in the laboratory by the group of students, written in collaboration by the three students, to be provided one week before the oral exam.
- Oral exam, individual. The exam will concern the experiments performed in the laboratory concerning the related physics laws, the adopted instrumentation, the data-taking procedure, the data analysis, and the results. A logbook containing data taken in all experiments should be carried at the exam.
Office hours
By appointment (via email).
