66600 - FISICA E STATISTICA

Scheda insegnamento

SDGs

L'insegnamento contribuisce al perseguimento degli Obiettivi di Sviluppo Sostenibile dell'Agenda 2030 dell'ONU.

Salute e benessere

Anno Accademico 2021/2022

Conoscenze e abilità da conseguire

Al termine del corso, lo studente possiede i concetti di base della Fisica Classica con particolare riguardo ai concetti di moto, forza, energia, elettromagnetismo, fisica dei fluidi, ottica; concetti e conoscenze di base di interesse ed utilità nel proseguimento del corso di studi. Lo studente conosce le basi della teoria degli errori, delle principali distribuzioni utilizzate in fisica e biologia e dei principali metodi per l'analisi statistica (test di ipotesi, correlazione tra variabili aleatorie, interpolazione lineare di coppie di variabili aleatorie). In particolare, lo studente è in grado di: - interpretare correttamente il risultato di misurazioni sperimentali; - stimare i principali parametri statistici relativi ad un insieme di dati sperimentali; - comprendere l'esito dei principali test statistici applicati a dati sperimentali, oppure di metodi di interpolazione e/o correlazione di variabili aleatorie.

Contenuti

FISICA

Introduzione

Grandezze fisiche. Sistemi di unità di misura. Equazioni dimensionali.

Cinematica

Sistemi di riferimento. Moto in una dimensione. Legge oraria.
Velocità ed accelerazione. Moto uniforme, moto uniformemente accelerato.
Moto circolare uniforme.

Dinamica

Sistemi inerziali. Forze. Le leggi della dinamica. Forza peso e accelerazione di gravità. Legge di gravitazione. Forza di attrito. Forze elastiche.

Lavoro e Energia

Lavoro. Energia cinetica. Teorema dell'energia cinetica. Forze conservative. Energia potenziale. Conservazione dell'energia. Momento di una forza. Leve.

Fluidi

Pressione. Densità. Leggi fondamentali dell'idrostatica. Principio di Pascal. Legge di Stevino. Spinta di Archimede. Fluidi ideali. Equazione di continuità. Equazione di Bernoulli. Fluidi reali. Viscosità. Velocità di sedimentazione. Centrifughe.

Termodinamica

Temperatura. Calore. Principi della termodinamica. Trasmissione del calore.

Elettromagnetismo

Carica elettrica. Legge di Coulomb. Campo elettrico. Linee di campo. Dipolo elettrico. Dipolo in un campo elettrico. Potenziale elettrico. Condensatori e Capacità. Legge di Ohm. Resistenze in serie ed in parallelo.

Campo magnetico. Forza di Lorentz. Spettrometro di massa. Induzione elettromagnetica. Legge di Faraday-Lenz.

Onde elettromagnetiche

Spettro elettromagnetico. Radiazioni ionizzanti e non ionizzanti. Proprietà ondulatorie della luce. Riflessione e rifrazione. Riflessione totale e fibre ottiche. Interferenza. Diffrazione. Diffrazione dei raggi X e struttura delle molecole biologiche.

Ottica geometrica

Specchi. Lenti. Indice di rifrazione. Legge di Snell. Legge del costruttore di lenti. L'occhio: punto prossimo e acuità visiva. Ingrandimento lineare ed angolare. Lente di ingrandimento. Microscopio ottico.

STATISTICA

Teoria degli errori

Operazioni di misura. Il sistema internazionale. Multipli e sottomultipli in base 10. Risoluzione di uno strumento, errori sistematici, fluttuazioni casuali. Cifre significative e notazione scientifica. Errore assoluto e relativo. Misure ripetute (grandezze continue e conteggi): valore medio, dispersione. Misure indirette: propagazione degli errori.

Statistica descrittiva

Definizione di variabile aleatoria. Frequenze di comparizione. Istogrammi di distribuzione dei dati sperimentali, curva limite. Densità di probabilità e distribuzione cumulativa. Parametri di una distribuzione: media, varianza, asimmetria e curtosi. Stima empirica dei parametri di una distribuzione. Distribuzione binomiale e di Poisson. Distribuzione di Gauss. Combinazione di distribuzioni e Teorema Limite Centrale. Esempi e applicazioni in problemi biofisici.

Strumenti di analisi statistica

Teoria degli errori. Confronto tra due popolazioni: test T di Student. Interpolazione lineare. Coefficiente di correlazione lineare e covarianza.

LABORATORIO DI STATISTICA:

Esperienze di elaborazione di dati biologici al calcolatore. Applicazione dei metodi statistici studiati a dati reali e simulati.


Testi/Bibliografia

Le slides delle lezioni saranno disponibili online

FISICA

D.C. GIANCOLI – FISICA: Con Fisica Moderna - Terza Edizione. Casa Editrice Ambrosiana

D. HALLIDAY, R. RESNICK, J. WALKER, Fondamenti di Fisica, Casa Editrice Ambrosiana

Esercizi di Fisica
G. RUFFO, Problemi di Fisica, Vol. 1 e 3, ZANICHELLI, Bologna.

STATISTICA

Dispense del corso e compiti precedenti corretti sono disponibili online

Teoria degli errori: Introduzione all'analisi degli errori (Taylor, Zanichelli)

Probabilità e statistica: Metodi statistici per la sperimentazione biologica (Camussi et Al., Zanichelli)

Metodi didattici

FISICA: Lezioni in aula ed esercizi.

STATISTICA: Lezioni in aula ed attività in laboratorio

In considerazione della tipologia di attività e dei metodi didattici adottati, la frequenza di questa attività formativa richiede la preventiva partecipazione di tutti gli studenti ai moduli 1 e 2 di formazione sulla sicurezza nei luoghi di studio, in modalità e-learning (https://elearning-sicurezza.unibo.it/).

Modalità di verifica e valutazione dell'apprendimento

Esame scritto di Fisica e di Statistica. Esame orale di Fisica.

La verifica dell'apprendimento avviene attraverso una prova scritta finale, durante la quale non è ammesso l'uso di libri e supporti elettronici, e una successiva prova orale.

La prova scritta di Fisica dura 45 minuti, quella di Statistica dura 40 minuti. La prova di Fisica è costituita da 5 esercizi e 10 domande teoriche. Ogni esercizio svolto correttamente vale 3 punti. Ogni domanda teorica svolta correttamente vale 1,5 punti. La prova di Statistica è costituita da 3 esercizi. Se svolto correttamente, il primo esercizio vale 8 punti, il secondo 10, il terzo 12. Per ogni prova, chi raggiunge un minimo di 18 punti, supera il test. Il punteggio ottenuto nella prova di Statistica, se maggiore o uguale a 18, corrisponde al voto del modulo di Statistica. Il punteggio ottenuto nella prova di Fisica, se maggiore o uguale a 18, consente di accedere alla prova orale. La validità della prova scritta superata è limitata agli appelli di uno stesso Anno Accademico. La prova scritta mira ad accertare le abilità acquisite nel risolvere problemi nell'ambito delle tematiche affrontate. La prova orale mira a verificare l'acquisizione delle conoscenze previste dal programma del corso. Sia la prova scritta che quella orale hanno l'ulteriore scopo di verificare l'apprendimento di un metodo scientifico di approccio ai problemi. Il voto finale, espresso in trentesimi, sarà il risultato della media (media ponderata per numero di CFU) dei voti parziali ottenuti nel modulo di Fisica e di Statistica.

L'uso di una calcolatrice scientifica è consentito e consigliato durante le prove scritte, mentre non è permesso l'uso di appunti o libri. Smartphone e tablet o computer portatili non sono consentiti.

Strumenti a supporto della didattica

Lezioni frontali con slides. Laboratori per esercizi di Statistica.

Orario di ricevimento

Consulta il sito web di Claudia Sala

Consulta il sito web di Marco Garbini

Consulta il sito web di Marco Garbini