Un
telescopio per i raggi cosmici
DOCENTE RESPONSABILE: Gabriella Sartorelli (Dip. di Fisica,
Tel. 051-20-91062)
LABORATORIO: stanza B15, piano 0, v.le B. Pichat 6/2
SUPERVISORE/I: H. Menghetti (assegnista, tel. 20-91120), M. Garbini
(dottorando, Tel. 051-20-91195), M. Selvi (assegnista, Tel. 051-20-91120)
NUMERO MASSIMO STUDENTI AMMESSI PER TURNO: 5
DURATA DELL'ATTIVITÀ: 4 ore
MASSIMO NUMERO DI TURNI: 4
ATTIVITÀ:
L'attività
presso il laboratorio in cui si trova il telescopio per la rivelazione dei
raggi cosmici permetterà di conoscere meglio la natura di tali particelle e
di "vederle".
Dopo una breve introduzione ai Raggi Cosmici ed alla loro origine, i
partecipanti potranno vedere nel dettaglio e maneggiare i rivelatori che
utilizzeranno per vedere le particelle. Una breve illustrazione sul
principio di funzionamento dei rivelatori e delle apparecchiature presenti
permetterà loro di conoscere meglio la strumentazione utilizzata.
La maggior
parte del tempo sarà quindi impiegato dagli studenti, sotto la guida dei
supervisori, a vedere le particelle, contarle, immagazzinare le informazioni
e poi elaborarle con il computer.
La geofisica in cucina
DOCENTE RESPONSABILE: Maurizio Bonafede (geofisica, Tel.
051-20-95017)
LABORATORIO: La cucina di geofisica, v.le Berti Pichat 8
SUPERVISORE: Eleonora Rivalta (Assegnista, Tel. 20-95166)
NUMERO MASSIMO STUDENTI AMMESSI PER TURNO: 4
DURATA DELL'ATTIVITÀ: 4 ore
MASSIMO NUMERO DI TURNI: 3
ATTIVITÀ :
L'esperienza consiste in
un esperimento analogico riguardante la vulcanologia. Tramite l'iniezione di
fluidi in gelatina si modelleranno le intrusioni magmatiche che risalgono
nella crosta terrestre.
PRE-ESPERIENZA: Il
supervisore preparerà un contenitore di gelatina che porrà in frigorifero
36 ore prima della prova in modo che si solidifichi.
I PARTE DELL'ESPERIENZA
(Durata: mezz'ora): Gli studenti inietteranno un
fluido (aria o glicerina) nel fondo del contenitore tramite una siringa e
osserveranno la frattura che risale per galleggiamento rompendo la gelatina.
L'esperienza verrà filmata
tramite videocamere digitali.
II PARTE (Durata: tre
ore): Gli studenti scaricheranno i filmati dalla
videocamera e li convertiranno in una successione di immagini. Misureranno
le caratteristiche geometriche delle fratture e le confronteranno con il
modello teorico. Utilizzeranno inoltre un programma (già pronto) per
localizzare in ogni immagine l'apice superiore della frattura e tracciare il
diagramma spazio-tempo della migrazione. Utilizzeranno inoltre un
programma semi-automatico che interpola i punti misurati e calcola la
derivata prima del diagramma, in modo da ottenere la velocità della
frattura.
I risultati sperimentali verranno confrontati
con lo spostamento degli epicentri di terremoti causati da vulcani.
III PARTE (Durata: mezz'ora): Si cucinerà la gelatina per il turno dopo, in modo che gli
studenti realizzino un'esperienza completa, anche se con la preparazione
alla fine.
Gli studenti, se
desiderano, potranno portare a casa il materiale registrato, una volta
masterizzato su cd.
Esperimenti virtuali in fisica classica e dei sistemi complessi
DOCENTE RESPONSABILE: Graziano Servizi (Tel. 051-20-91123)
LABORATORIO: Stanze n. 210,211,239, via Irnerio 46
SUPERVISORI: Dott. C.
Benedetti, M. Capriotti, G. Melchiorre (Dottorandi)
NUMERO MASSIMO STUDENTI
AMMESSI PER TURNO: 4
DURATA DELL'ATTIVITÀ:
dalle 9.30 alle 13.00
MASSIMO NUMERO DI TURNI: 3
ATTIVITÀ: Si propongono esperienze
virtuali effettuate al calcolatore attraverso le quali si potranno simulare
esperimenti classici di laboratorio di fisica ed evoluzioni di sistemi
complessi.
Gli esecutori
dell'esperimento virtuale saranno posti in grado di interagire direttamente
e in modo trasparente col programma di simulazione per effettuare modifiche
delle "condizioni sperimentali" e constatarne immediatamente l'influenza
sulla "misura"; inoltre verranno simulati anche gli "errori sperimentali"
attraverso sia la sottolineatura degli errori numerici di
arrotondamento sia l'introduzione di "rumore numerico" nel calcolo delle
grandezze interessate.
Alla categoria degli
esperimenti classici apparterranno simulazioni di pendoli fisici e misure
virtuali del loro periodo di oscillazione e simulazione e analisi
termodinamica dei gas; nella categoria dei sistemi complessi verranno
inseriti studi di esperimenti non realizzabili in laboratorio quali quelli
della dinamica urbana di una metropoli moderna, intesa come applicazione
estesa del concetto del moto browniano, o di sistemi a molti corpi come il
sistema solare.
Vedere
le particelle elementari
DOCENTE RESPONSABILE:
Laura Patrizii (INFN, Tel. 20-95247)
LABORATORIO: Stanza D43, v.le Berti Pichat 6/2
SUPERVISORE: Donato di
Ferdinando (Dottorando, Tel. 20-95236)
NUMERO MASSIMO STUDENTI
AMMESSI PER TURNO: 5
DURATA DELL'ATTIVITÀ:
dalle 3 - 5 ore
MASSIMO NUMERO DI TURNI:
4
ATTIVITÀ: Si propone
un'esperienza per :
determinare l’attività di una sorgente radioattiva di particelle alfa;
misurare le dimensioni delle tracce prodotte dai frammenti nucleari
risultanti dall’interazione di un fascio di particelle di alta energia
con un bersaglio.
Vengono utilizzati allo
scopo i rivelatori nucleari a tracce, materiali plastici che si comportano
come una "lastra fotografica" per le particelle cariche. Le microscopiche
tracce create dalle particelle nell’attraversare il materiale, evidenziate
da uno sviluppo chimico, sono poi visualizzate mediante opportuni apparati
ottici. I rivelatori nucleari a tracce vengono usati anche come dosimetri
per la radioprotezione.
Il supervisore del
laboratorio utilizzerà una sorgente radioattiva per irraggiare alcune
lastrine di rivelatore. Gli studenti effettueranno lo sviluppo chimico
delle lastrine irraggiate e misureranno le dimensioni delle tracce con un
microscopio ottico. Eseguiranno anche la calibrazione del microscopio (per
determinarne l'area vista dal microscopio) allo scopo di stabilire l'attività della
sorgente (cioè, il numero di particelle alfa emesse per secondo). Altre lastrine
erano state preventivamente esposte ad un fascio di nuclei accelerati ad alte
energie al CERN. I nuclei si sono "frammentati" contro bersagli costituiti
da targhette di materiale differente (rame, carbonio…).
Gli studenti potranno effettuare alcune misure sulle tracce dei frammenti
nucleari utilizzando un sistema semi-automatico, e poi calcolare le
principali grandezze statistiche delle misure raccolte tramite strumenti
informatici.
Intelligenza artificiale
DOCENTE RESPONSABILE: Prof. Renato Campanini (Tel. 051-20-95078)
LABORATORIO: Stanza D024, v.le Berti-Pichat 6/2
SUPERVISORE: Todor Petkov (Borsista, Tel. 051-20-95136)
NUMERO MASSIMO STUDENTI AMMESSI PER TURNO: 5
DURATA DELL'ATTIVITÀ: 3 ore
MASSIMO NUMERO DI TURNI: 5
ATTIVITÀ: L'obiettivo è quello
di far entrare i ragazzi in contatto con semplici nozioni relative
all'utilizzo di metodi di intelligenza artificiale e mostrare loro la
varietà di campi in cui queste tecniche trovano impiego (diagnostica
medica, automatizzazione di processi industriali, video-sorveglianza,
etc.).
L'idea è di partire
da un problema semplice, come quello di separare automaticamente un
gruppo di persone in due categorie quali ad esempio alto/basso,
grasso/magro, uomo/donna, etc. I ragazzi dovranno acquisire i loro
stessi dati (altezza, peso, sesso, etc.) e fornirli ad un programma che
utilizza tecniche di intelligenza artificiale. Successivamente dovranno
ottimizzare i parametri di tale software in modo che questo dia un
responso il più possibile corretto.
Si faranno
esercitare poi gli studenti con alcune applicazioni di tale programma
nel campo della diagnostica medica (riconoscimento automatico di
lesioni in immagini radiografiche di seno e polmoni), della
video-sorveglianza (riconoscimento di facce in fotografie) e della
automatizzazione di alcuni processi industriali. Anche in questo caso i
ragazzi utilizzeranno direttamente gli strumenti per condurre l'intera
esperienza (dalla acquisizione delle immagini con una macchina
fotografica digitale all'utilizzo del programma software per
l'elaborazione delle immagini stesse e la ricerca delle zone di
interesse). Gli studenti saranno così in grado di sperimentare di
persona tali operazioni e verificarne direttamente l'effetto sia su
immagini appositamente approntate, che su quelle acquisite dai ragazzi
stessi. Il supervisore si occuperà di spiegare le nozioni per
l'utilizzo dei vari dispositivi (macchina fotografica, programmi
software) e illustrerà sinteticamente le basi teoriche delle varie
operazioni che gli studenti potranno effettuare sulle immagini.
Impiego della Risonanza Magnetica Nucleare per il controllo di qualità di
prodotti alimentari: caratterizzazione non distruttiva di composizione,
stato di conservazione, stagionatura.
DOCENTE RESPONSABILE: Paola Fantazzini
(http://www.mrpm.org)
LABORATORIO: Stanza D33-D32, Viale Berti Pichat 6/2 , secondo
piano, Settore Fisica
Medica, tel. lab. 051-20-95139
SUPERVISORE: Carla Garavaglia (tecnico di laboratorio, tel. 051-20-95139)
NUMERO MASSIMO STUDENTI AMMESSI PER TURNO: 4-5
DURATA DELL'ATTIVITÀ: dalle 9.30 alle 13.00
MASSIMO NUMERO DI TURNI: 5
ATTIVITÀ PREVISTA:
La
Risonanza Magnetica Nucleare (NMR), comunemente chiamata in ambito
medico "Risonanza Magnetica" o, sommariamente, "Risonanza", è nota al
grande pubblico perché viene impiegata per ottenere in modo non
invasivo immagini altamente diagnostiche dell'interno del corpo umano.
Il principio fisico su cui si basa è talmente versatile e potente che
esistono molte tecniche diverse, tutte basate sulla NMR, che forniscono
informazioni a livello macroscopico, microscopico, molecolare e
submolecolare su sistemi anche molto diversi tra loro, quali ad esempio
i tessuti biologici, le rocce, i cementi, le argille, i prodotti
alimentari. Ci si propone di mostrare qualche applicazione della NMR in
campo alimentare, ai fini di illustrare agli studenti una delle nostre
aree di ricerca. Nel corso di questi anni abbiamo sviluppato una
tecnica NMR non invasiva, la rilassotomografia, che combina
l'analisi in vitro rilassometrica
(vedi materiale didattico) con tecniche di immagine. In campo
alimentare l'NMR consente di individuare le componenti di vari alimenti
e "seguirne" la storia in modo da avere chiare indicazioni
sull'origine, sulla qualità e sullo stato di conservazione
dell'alimento. Grazie al rilassometro NMR ed agli strumenti informatici
sviluppati presso il nostro laboratorio è possibile ad esempio
determinare quantitativamente la percentuale di grasso nel latte e nei
prodotti caseari, valutare la freschezza e l'integrità del tuorlo di
uovo, valutare qualitativamente la presenza degli acidi grassi
nell'olio di oliva, seguire il processo di salagione nei prodotti
carnei quali il lombo e il prosciutto, seguire il processo di
tostatura dei chicchi di caffè a partire dal chicco di caffè verde,
valutare la percentuale di grasso e di carboidrati contenuti nella
Nutella e nel cioccolato.MODALITA’ DI ESECUZIONE DELLE ESPERIENZE Verrà dapprima
illustrato il principio fisico della NMR nel caso del nucleo 1H,
e discusso come sia possibile ottenere immagini di sezioni interne non
solo del corpo umano, ma anche di un materiale poroso qualunque (anche
un pezzo di roccia) purché contenga fluidi idrogenati. Verranno quindi
mostrate applicazioni in campo medico (osteoporosi) e nell'ambito dei
Beni Culturali. Gli studenti verranno poi guidati nella realizzazione
di semplici esperimenti di "manipolazione degli spin" con i quali
potranno:
1 - verificare l'esistenza della condizione di "risonanza";
2 - valutare il grado di mobilità delle molecole cui i nuclei 1H
appartengono;
3 - quantificare la presenza di nuclei 1H
all’interno di un prodotto alimentare;
4 – distinguere i nuclei 1H
appartenenti a molecole diverse e seguire processi di alterazioni del
prodotto in base all'analisi dei tempi di rilassamento.
I prodotti
alimentari oggetto degli esperimenti sono i cinque di seguito elencati,
uno per ciascun turno. All'inizio della prova ciascun gruppo di
studenti verrà invitato a scegliere tra le seguenti possibilità.
PROSCIUTTO. Valutazione del processo di salagione del prosciutto sulla base del
tempo di rilassamento T1.
Partendo da provette già confezionate contenenti campioni di prosciutto
fresco e prosciutto a fine stagionatura, si determinano i tempi di
rilassamento relativi ad una specifica posizione del muscolo indagato
sia sul campione fresco, sia sul campione stagionato. I dati acquisiti
verranno elaborati sia graficamente, sia mediante elaborazione al
computer utilizzando programmi messi a punto presso il laboratorio. Si
potrà così determinare la correlazione esistente tra T1 e
tempo di stagionatura del muscolo. Verrà mostrata una applicazione
pratica di questo tipo di analisi.
EMULSIONI. Leggere le etichette degli alimenti: determinazione della percentuale di grasso e acqua nelle
emulsioni come il burro, il latte, la panna.
Partendo da
provette già confezionate contenenti emulsioni come burro, latte e
panna, gli studenti effettueranno la messa in risonanza del campione e
la misura del tempo di rilassamento T2.
Utilizzando
sia un metodo grafico, sia i programmi di calcolo a disposizione del
laboratorio, gli studenti constateranno la biesponenzialità esibitata
dalle distribuzioni del tempo di rilassamento T2. Ciò
permetterà di valutare le percentuale dei nuclei 1H
appartenenti al grasso e di quelli dell'acqua all'interno del campione
esaminato. Si potrà sperimentare che effettivamente il burro contiene
l'82-83%di grasso, che il latte contiene il 3-4% di grasso, verificando
la correttezza dell'etichetta.
CAFFÈ. Valutazione degli effetti del
processo di essiccazione nel caffè verde tramite rilassometri.
Partendo da
provette già preconfezionate contenenti chicchi di caffè (qualità
Arabica) verde e chicchi di caffè a diversi tempi di tostatura, gli
studenti determineranno il tempo di rilassamento T1 per le
diverse condizioni in cui si trovano i chicchi con metodo grafico e con
strumenti informatici. Potranno così verificare la correlazione
esistente tra tempi di rilassamento T1 e tempi di tostatura
del chicco, monitorando tramite misura NMR un processo industriale.
UOVA. Valutazione del grado di freschezza dell'uovo.
Partendo da
provette contenenti tuorlo d'uovo di categorie diverse (fresco e non)
si effettueranno misure di T2 su campioni freschi ed
alterati. Con analisi biesponenziale grafica e mediante strumenti
informatici sarà possibile seguire il processo di alterazione del
tuorlo nel tempo .
CIOCCOLATO.
Cosa vuol dire "cacao 100%" ?. Analisi rilassometrica dei più gettonati
tipi di cioccolato, dal fondente puro, al cioccolatino tascabile, alla
crema di cioccolato più conosciuta...con degustazione finale.
Partendo da
provette contenenti crema di cioccolato e cioccolato fondente a diverse
percentuali di cacao, gli studenti potranno effettuare misure di
tempo di rilassamento T2. Utilizzando metodo grafico
strumenti informatici calcoleranno le distribuzioni del tempo di
rilassamento T2.
Valuteranno
così la biesponenzialità delle distribuzioni e da queste potranno
determinare le percentuali degli 1H del grasso e quella
degli 1H dell'acqua all'interno del campione esaminato.
Valuteranno
quanto grasso c'è nella Nutella e quanto nel cioccolato.
Sperimentiamo la fisica su noi stessi
DOCENTE RESPONSABILE: Barbara Pecori
LABORATORIO: Laboratorio didattico, Berti Pichat 6/2, piano 0
SUPERVISORE: Michele FACCHINI
NUMERO MASSIMO DI STUDENTI AMMESSI PER TURNO: UNA CLASSE (MAX
25 STUDENTI)
DURATA DELL'ATTIVITÀ: per una classe dalle 9.30 alle 13.00, per un gruppo
di 7-8 studenti 1.5 ore
MASSIMO NUMERO DI TURNI: 5
ATTIVITÀ:
Si
propongono diverse esperienze in cui viene descritto e interpretato dal
punto di vista fisico il moto del proprio corpo tramite la lettura e
l'interpretazione di grafici accelerazione vs. tempo e pressione atmosferica
vs. tempo ottenuti a partire dai dati raccolti mediante un sistema di
acquisizione on-line.
Per le prove verranno utilizzati dei kit sperimentali composti da
calcolatrici TI89, CBL 2, sensore di pressione e di accelerazione.
Le prove sperimentali saranno tre:
1) acquisizione dati riferiti alla variazione di pressione dovuta allo
spostamento di uno studente dal piano -1 al piano 2 del dipartimento salendo
le scale.
2) acquisizione dati riferiti all'accelerazione subita da uno studente che
si lascia "cadere" da uno sgabello.
3) acquisizione dati riferiti all'accelerazione e alla variazione di
pressione durante un viaggio in ascensore.
Al termine delle prove ci sarà prima una discussione a gruppi dei risultati
ottenuti e poi una discussione generale.
Elettroni e
fotoni in semiconduttori: incontri ravvicinati?
DOCENTI RESPONSABILI: dott.sa Daniela Cavalcoli (tel.
051-20-95116), dott.sa Beatrice Fraboni (tel. 051-20-95806)
LABORATORIO: (8) stanzaC015 - Settore Fisica della Materia, viale
Berti-Pichat 6/2 e
(9) Laboratorio didattico di Fisica della Materia, via Irnerio 46, piano
terra
SUPERVISORE: dott. Marco Rossi (dottorando, tel. 051-20-95806). Il
supervisore sarà coadiuvato dal dott. Lorenzo Rigutti (dottorando, tel. 051-20-95106)
NUMERO MASSIMO STUDENTI AMMESSI PER TURNO:
4
DURATA DELL'ATTIVITÀ: dalle 9:30 alle 13:00, dalle 14:00 alle 18:00.
NUMERO MASSIMO DI TURNI: 4
ATTIVITÀ: Lo
studio del comportamento di elettroni e fotoni nei semiconduttori, e della
loro interazione, costituisce la base per la comprensione dei fenomeni
ottici ed elettrici in semiconduttori. Gli studenti eseguiranno misure
sperimentali della resistività elettrica e del coefficiente di assorbimento
ottico in semiconduttori. Gli studenti interessati potranno scegliere se
effettuare le misure elettriche (laboratorio 8) oppure le misure ottiche
(laboratorio 9).
Misura
della resistività e di altri parametri elettrici di un semiconduttore per
applicazioni sensoristiche (laboratorio 8).
La misura che verrà eseguita dagli studenti è una caratterizzazione TLM
(transmission line method) che permette di estrarre parametri elettrici del
campione semiconduttore preso in esame. Gli studenti caratterizzeranno
elettricamente i campioni (film sottili di carburo di silicio utilizzati per
sensori di pressione e sistemi micro- e nano-elettromeccanici) in modo da
estrarre la resistività e la resistività specifica di contatto che sono
parametri determinanti a livello di ricerca applicativa nello studio della
realizzazione dei dispositivi finali. L'esperimento può essere anche visto
come una verifica della prima e della seconda legge di Ohm e quindi assume
oltre che valenza scientifica (per i risultati che se ne ottengono) anche
valenza didattica. Gli studenti possono eseguire ogni passo della prova
agendo personalmente su strumentazioni scientifiche quali un
micromanipolatore, un amperometro, un voltmetro etc…. Essenzialmente gli
studenti dovranno eseguire la misura delle caratteristiche corrente-tensione
(I-V) al variare della distanza l tra i contatti e verificare la linearità
delle curve I-V e quindi l'ohmicità del dispositivo.
La caratterizzazione TLM sarà poi eseguita anche al variare della
temperatura per monitorare la variazione dei parametri elettrici e per
testare il materiale e i contatti ohmici a temperature ben più elevate alte
di quella ambientale. Tali temperature ricalcano un'ottima simulazione delle
condizioni ambientali nelle quali i dispositivi finali devono lavorare (es:
sensori di pressione utilizzati per monitorare i livelli di idrogeno nei
motori di macchine da corsa).
