Vignali, Cristian

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Laboratorio di analisi dati: esperienza di CINEMATICA A.A. 2016-17 Daniele Bonacorsi, Cristian Vignali, Federico Marulli (Università di Bologna)  In aula collaborano: Enrico Baglione, Daniele Corradini, Lorenzo Gigante, Nicola Rubini, Anna Vianelli Federico Marulli, Cristian Vignali BES - Fisica - Laboratorio di Analisi Dati Contatti e Comunicazioni Per ogni informazione su laboratorio e analisi dati (contenuto, materiale, dubbi, turnistiche, firme di presenza): difa-docentilaboratori@unibo.it  Vi ricordo che: NON SONO PREVISTI RECUPERI A GRUPPI  Cerchiamo di venirci incontro: •   Cercate di essere presenti nelle date previste per il turno nel quale vi siete segnati •   In caso abbiate problemi seri in una delle date, mandate subito un mail -  in tal caso, è nel vostro interesse non essere passivi e segnalare “assenze”, ma essere attivi e proporre in anticipo un “cambio di turno” •   IMPORTANTE: chi salta un turno in cui era segnato, senza averci contattato prima del turno per informarci dell’assenza, o entro 1-2 giorni dopo l’assenza, potremmo non riuscire ad aiutarlo e rischia di non avere la firma di presenza e di non poter dare l’esame.  Grazie della collaborazione. Federico Marulli, Cristian Vignali BES - Fisica - Laboratorio di Analisi Dati Cosa avete fatto in laboratorio (in breve) Studio di una pallina che rimbalza ✦  sensore di posizione sonar, calcolatrice grafica, foglio e penna -  verificare che il moto è uniformemente accelerato -  misura dell’accelerazione di gravita g Il sonar misura la distanza della pallina ogni ~0,035 s, e trasmette l’informazione, cioè (istante di tempo) e (distanza) alla calcolatrice.  Avete selezionato, sul display della calcolatrice, un solo arco, cioè una fase salita-discesa, e chiesto alla calcolatrice di calcolare e disegnare sul display la velocità della pallina in funzione del tempo. tempo [s] distanza [cm] pallina che cade ⇒ dist. Aumenta pallina che risale ⇒ dist. diminuisce salita discesa Federico Marulli, Cristian Vignali BES - Fisica - Laboratorio di Analisi Dati v = v0 + g · t Federico Marulli, Cristian Vignali BES - Fisica - Laboratorio di Analisi Dati Federico Marulli, Cristian Vignali BES - Fisica - Laboratorio di Analisi Dati Cosa faremo noi oggi Nelle prossime due ore: ✦  esperienza di “analisi dati” ✦  dati = quelli raccolti nell’esperienza di laboratorio di CINEMATICA ✦  analisi = per analizzarli useremo un foglio elettronico  Cosa dovete avere con voi oggi, già prima di iniziare: ✦  gli appunti dal laboratorio ✦  i dati raccolti nell’esperienza di laboratorio (su carta) -  posizioni e velocità della pallina in funzione del tempo  Cosa trovate oggi in Aula Informatica a vostra disposizione: ✦  postazioni PC dotate di un OS e un programma di foglio elettronico ✦  istruzioni / scheda da consegnare alla fine  IMPORTANTE: ✦  siete piccoli “gruppi di analisi”: discutete e consultatevi ✦  se avete dubbi/problemi che non riuscite a superare nel gruppo, chiedete a noi  ✦  gireremo con un foglio delle presenze: tenete a disposizione un documento ✦  ricordate di apporre la vostra firma sul foglio di presenza prima di uscire Federico Marulli, Cristian Vignali BES - Fisica - Laboratorio di Analisi Dati Foglio elettronico Definizione “operativa” ✦  è un programma che consente di fare calcoli, creare tabelle correlate, elaborare dati in modo semplice e visuale - dato che produce grafici ✦  carta con tabelle → matrice elettronica con celle intercorrelabili  Oggi userete EXCEL (Microsoft Office ©) ✦  molto diffuso ma di certo non l’unico ✦  VisiCalc... Lotus 1-2-3... Excel... piattaforme come Google docs   In ambienti di ricerca esistono piattaforme di analisi dati più evolute ✦  ... ma oggi ci esercitiamo con concetti di base dell’elaborazione dati, che - entro certi limiti - sono comuni indipendentemente dallo “strumento” -  importanza dei dati (unici e preziosi) -  importanza del rigore nella loro elaborazione (statistica) Federico Marulli, Cristian Vignali BES - Fisica - Laboratorio di Analisi Dati Foglio	  ele(ronico	  per	  l’analisi	  da1	  (Excel) Editor	  di	  testo	  per	  la	  relazione	  (Word) Federico Marulli, Cristian Vignali BES - Fisica - Laboratorio di Analisi Dati Excel Federico Marulli, Cristian Vignali BES - Fisica - Laboratorio di Analisi Dati Se NON avete con voi i dati di laboratorio...  ... male!   I dati sono la cosa più preziosa per chi fa scienza sperimentale.   L’analisi dei dati è spesso faticosa, ma si può ripetere. Al contrario, i dati sono spesso unici (rifare la presa dati è o estremamente complesso o addirittura impossibile) e perderli può essere molto grave. ✦  Usiamo questo esempio per riflettere insieme e imparare: immaginate che i dati fossero molto importanti, e/o solo oggi aveste avuto accesso a una costosa infrastruttura per l’analisi di quei dati: quanto è costata la vostra dimenticanza? Peraltro, è essenziale portarli con sè per una esercitazione di analisi di quegli stessi dati - come vi è stato detto alla fine dell’esperienza di laboratorio. Per poter comunque svolgere l’esercitazione, per questa esercitazione potrete prendere un file xls di un’altra presa dati “pre-confezionata”: ✦  vedi ultima slide e usarli come se fossero stati i vostri dati. Federico Marulli, Cristian Vignali BES - Fisica - Laboratorio di Analisi Dati La scheda di analisi dati   [1/5] ✦  Fate login sul PC con il vostro account unibo.it ✦  Create un folder di lavoro (ad es. “Lab CINEMATICA”)  ✦  Scaricate tale scheda in formato doc (WORD): -  http://campus.unibo.it/276083 [*] ✦  Iniziate a editarla con i vostri dati nella prima parte, ovvero: [*]	  Collezione	  AMS	  Campus	  -­‐	  AlmaDL	  -­‐	  area	  di	  lavoro	  del	  vostro	  docente	  di	  riferimento	  a	  seconda	  della	  le(era	  del	  cognome	  (A-­‐L	  Marulli,	  M-­‐Z	  Vignali) Federico Marulli, Cristian Vignali BES - Fisica - Laboratorio di Analisi Dati La scheda di analisi dati   [2/5] ✦  Seguite le istruzioni con attenzione -  WARNING: salvate il file di frequente per non perdere lavoro fatto. NB: se in laboratorio non avete preso i dati sulla distanza sonar-pallina, potete usare il file di dati “finti” per svolgere i punti 1,2,3 Federico Marulli, Cristian Vignali BES - Fisica - Laboratorio di Analisi Dati La scheda di analisi dati   [3/5] ✦  Seguite le istruzioni con attenzione -  WARNING: salvate il file di frequente per non perdere lavoro fatto. 3 metodi per calcolare a e b (b=costante g) Federico Marulli, Cristian Vignali BES - Fisica - Laboratorio di Analisi Dati La scheda di analisi dati   [4/5] ✦  Seguite le istruzioni con attenzione. Per il punto 8, editate sotto e scrivete le risposte. -  WARNING: salvate il file di frequente per non perdere lavoro fatto. Federico Marulli, Cristian Vignali BES - Fisica - Laboratorio di Analisi Dati La scheda di analisi dati   [5/5] IMPORTANTE: senza firma di presenza in ogni prova  NON si può sostenere l’esame Quando andrete all’esame, i docenti avranno in mano un resoconto di come avete condotto questa esperienza di laboratorio di analisi dati, e vi potranno essere fatte domande al riguardo all’orale. Federico Marulli, Cristian Vignali BES - Fisica - Laboratorio di Analisi Dati Riassumendo:  ✦   scaricate la scheda (Word docx): -  http://campus.unibo.it/276083/ -  salvatela in locale, cambiate il nome del file, e seguite le istruzioni ivi contenute -  ricordate di salvare spesso il file per non perdere i progressi!  ✦   se NON avete con voi i dati di laboratorio, trovate dati “pre-confezionati” qui:      http://campus.unibo.it/276080/  ✦  se avete i vostri dati di laboratorio, usate quelli! -  potete anche scaricare il file sopra, cancellare i dati che ci sono e inserire i vostri.  Ricordate di salvare spesso i files su cui lavorate (xls e doc)! ✦  Questa presentazione e` disponibile presso): http://campus.unibo.it/276087/ Federico Marulli, Cristian Vignali BES - Fisica - Laboratorio di Analisi Dati Un possibile “Grafico 1” Federico Marulli, Cristian Vignali BES - Fisica - Laboratorio di Analisi Dati Suggerimento per il punto 4. v=Δs/Δt, ove Δs e Δt sono nuove colonne nel file excel Federico Marulli, Cristian Vignali BES - Fisica - Laboratorio di Analisi Dati Come fare il Grafico 2 ✦  selezionare la colonna in cui avete calcolato i valori della velocità ✦  far fare il grafico ad Excel -  menu “Charts” -> “Scatter” -> “Marked scatter” -  NB: Excel ve lo fa, ma sceglie una scala X arbitraria, quindi... (prossimo punto) ✦  selezionate i valori di “t [s]” come serie da graficare sull’asse X -  selezionare la finestra del grafico, tasto destro del mouse -> “Select data” e selezionate “t[s]” come “X series” ✦  scegliere bene gli estremi degli assi per buona visibilità dei dati -  doppio click su una scala per modificarne min e max ✦  aggiungere il titolo -  seleziona il grafico, -> “Chart layout” -> “Chart title” ✦  aggiungere i titoli degli assi e le unità di misura su entrambi gli assi -  seleziona il grafico, -> “Chart layout” -> “Axis title” (una volta per ciascun asse) ✦  verificare che le scale sugli assi siano ragionevoli e permettano di quantificare le posizioni dei singoli punti sperimentali -  ad esempio, controllare quante cifre significative sono usate sulle scale ✦  dimensionarlo opportunamente in modo che sia ben leggibile ✦  aggiungere la linea di tendenza -  selezionare la serie di punti, taso destro -> “Add trendline” -  Type -> “Linear” -  Options -> selezionare “Display equation on chart” Istruzioni valide con la versione inglese di: Federico Marulli, Cristian Vignali BES - Fisica - Laboratorio di Analisi Dati L’equazione per il punto 6. X=tempo Y=velocita` Federico Marulli, Cristian Vignali BES - Fisica - Laboratorio di Analisi Dati Calcolo	  <t>	  (idem	  per	  <v>) Calcolo	  (x-­‐<x>) Calcolo	  (y-­‐<y>) Punto 6 - metodo I Fare	  i	  calcoli	  delle	  formule,	  un	  passo	  dopo	  l’altro. Media in excel (e “propagazione” lungo tutta la colonna). Esempio: MEDIA (A$3:A$25) Il $ blocca l’indice numerico Federico Marulli, Cristian Vignali BES - Fisica - Laboratorio di Analisi Dati Calcolo	  (x-­‐<x>)^2 Calcolo	  (x-­‐<x>)	  (y-­‐<y>) Punto 6 - metodo I Federico Marulli, Cristian Vignali BES - Fisica - Laboratorio di Analisi Dati Calcolo	  a Calcolo	  b  Punto 6 - metodo I Federico Marulli, Cristian Vignali BES - Fisica - Laboratorio di Analisi Dati Punto 6 - metodo II Esistono già, in Excel, funzioni statistiche, tra cui quelle che potete costruirvi a mano (metodo I), ad esempio: ✦  SLOPE(array_y,array_x)   ---> per calcolare b -  con Excel in italiano: “PENDENZA” ✦  INTERCEPT(array_y,array_x)   --- per calcolare a -  con Excel in italiano: “INTERCETTA” Calcolo	  SLOPE Calcolo	  INTERCEPT Federico Marulli, Cristian Vignali BES - Fisica - Laboratorio di Analisi Dati Aggiungere una linea di tendenza: ✦  usare pienamente le funzioni “grafiche” di Excel  Punto 6 - metodo III Federico Marulli, Cristian Vignali BES - Fisica - Laboratorio di Analisi Dati Un possibile “Grafico 2” Federico Marulli, Cristian Vignali BES - Fisica - Laboratorio di Analisi Dati Suggerimenti per il punto 8.  [ vedi appunti di laboratorio per maggiori dettagli ]  Ora avete in mano: ✦  glab, accelerazione di gravità ottenuto in laboratorio, con calcolatrice, penna e carta millimetrata; ✦  gexcel, accelerazione di gravità misurata oggi come coefficiente angolare della retta; -  questo è il risultato dell’analisi dei dati raccolti in laboratorio  -  dovrebbe essere così diverso da glab? Quanto conta la precisione sulle cifre significative? ✦  gtrue = 9.804 m/s2, valore “accettato” a Bologna per l’accelerazione di gravità; -  ovvero misurato con apparati di elevata precisione: è il vostro valore di riferimento  La differenza tra il valore di riferimento e quello da voi misurato è detto discrepanza. Può essere espressa in forma percentuale, se divisa per il valore accettato:                                                                               Federico Marulli, Cristian Vignali BES - Fisica - Laboratorio di Analisi Dati più in dettaglio Federico Marulli, Cristian Vignali BES - Fisica - Laboratorio di Analisi Dati  A noi qui interessa: ✦  tipo grafico (e.g.) “Scatter” -> “Marked scatter” Come fare un grafico di dispersione [	  Source:	  EXCEL	  help	  online	  ] Federico Marulli, Cristian Vignali BES - Fisica - Laboratorio di Analisi Dati Aggiungi un titolo al grafico [	  Source:	  EXCEL	  help	  online	  ] Federico Marulli, Cristian Vignali BES - Fisica - Laboratorio di Analisi Dati Aggiungi un titolo agli assi [	  Source:	  EXCEL	  help	  online	  ] Federico Marulli, Cristian Vignali BES - Fisica - Laboratorio di Analisi Dati Aggiungi o sposta le scritte sugli assi [	  Source:	  EXCEL	  help	  online	  ] Federico Marulli, Cristian Vignali BES - Fisica - Laboratorio di Analisi Dati Cambia la scala su un asse [	  Source:	  EXCEL	  help	  online	  ] Federico Marulli, Cristian Vignali BES - Fisica - Laboratorio di Analisi Dati Crea una legenda [	  Source:	  EXCEL	  help	  online	  ] Federico Marulli, Cristian Vignali BES - Fisica - Laboratorio di Analisi Dati Come fare il Grafico 1 ✦  selezionare le due colonne con i valori numerici da graficare ✦  far fare il grafico ad Excel -  menu “Charts” -> “Scatter” -> “Marked scatter” ✦  scegliere bene gli estremi degli assi per buona visibilità dei dati -  doppio click su una scala per modificarne min e max ✦  aggiungere il titolo -  seleziona il grafico, -> “Chart layout” -> “Chart title” ✦  aggiungere i titoli degli assi e le unità di misura su entrambi gli assi -  seleziona il grafico, -> “Chart layout” -> “Axis title” (una volta per ciascun asse) ✦  verificare che le scale sugli assi siano ragionevoli e permettano di quantificare le posizioni dei singoli punti sperimentali -  ad esempio, controllare quante cifre significative sono usate sulle scale ✦  dimensionarlo opportunamente in modo che sia ben leggibile ✦  inserirlo nella relazione, nel punto opportuno. Istruzioni valide con la versione inglese di: 

Analisi dati CINEMATICA - lezione introduttiva

http://campus.unibo.it/276087/1/CINEMATICA_analisi_dati_lezione_introduttiva.pdf

Analisi dati CINEMATICA - lezione introduttiva

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