Didattica delle Misure Meccaniche

La misura nelle scienze sperimentali e nella didattica. Grandezze fisiche, misurazione, risultato di misura e incertezza. Ruolo della misura nella costruzione della conoscenza e nell’applicazione del metodo scientifico. Progettazione dell’attività didattica. Comunicazione tra docente e discente; definizione di prerequisiti e obiettivi; organizzazione di lezioni, esercitazioni e verifiche; influenza di destinatari, tempi, ambienti, laboratori e ausili didattici. Impostazione di una lezione nel settore delle misure.
Metodo scientifico, stime e problemi di Fermi. Osservazione, formulazione di ipotesi, pianificazione di verifiche sperimentali e discussione dei risultati. Ordini di grandezza, notazione scientifica, cifre significative, approssimazioni e valutazioni preliminari utili alla progettazione degli esperimenti. . Grandezze e unità di misura. Grandezze fondamentali e derivate; dimensioni ed equazioni dimensionali; Sistema Internazionale; multipli e sottomultipli; sistemi tecnici e anglosassoni; conversione delle unità di misura ed esercizi applicativi. Catene di misura e caratteristiche metrologiche. Sensore e trasduttore, elaborazione e visualizzazione. Scopo della misura, caratteristiche del misurando e scelta della strumentazione. Campo di misura, portata e sovraccarico; graduazione e taratura; sensibilità, selettività, risoluzione e soglia di discriminazione; accuratezza e precisione; ripetibilità e riproducibilità; linearità, isteresi, stabilità e deriva; finezza ed errore di inserzione; rapidità, tempo di risposta e banda passante. Lettura didattica di schede tecniche. Elementi di statistica applicata alle misure. Fonti d’incertezza; media, varianza e deviazione standard; distribuzione normale e distribuzione t di Student; livello di confidenza; valutazioni di tipo A e di tipo B; incertezza nelle misure dirette e indirette; propagazione delle incertezze; compatibilità dei risultati; cifre significative e arrotondamenti. Didattica laboratoriale. Progettazione, organizzazione, conduzione e valutazione di esperienze sperimentali semplici, anche con materiali e strumentazione di uso comune. Sicurezza, lavoro di gruppo, raccolta dei dati e discussione collettiva. Esempi relativi a misure meccaniche e termiche, inclusa la taratura di un termometro mediante punti fissi. Comunicazione tecnico-scientifica. Pianificazione e redazione di rapporti di prova, relazioni di laboratorio, verbali e altri documenti tecnici. Struttura del testo, terminologia, tabelle, diagrammi, barre d’errore, didascalie, riferimenti bibliografici e normativi. Adattamento della comunicazione al contesto, alla finalità e ai destinatari.

Conoscenze di base di matematica, fisica e meccanica. È utile la familiarità con le principali grandezze meccaniche e termiche, con la rappresentazione grafica dei dati e con l’impiego elementare di strumenti di misura. Non sono richieste conoscenze metrologiche specialistiche.

- Materiale didattico e presentazioni forniti dal docente.
- J. R. Taylor, Introduzione all’analisi degli errori. Lo studio delle incertezze nelle misure fisiche, Zanichelli.
- I. Hughes, T. Hase, Measurements and their Uncertainties: A Practical Guide to Modern Error Analysis, Oxford University Press.
- W. Navidi, Probabilità e statistica per l’ingegneria e le scienze, McGraw-Hill.
- T. G. Beckwith, R. D. Marangoni, J. H. Lienhard, Mechanical Measurements, Pearson Prentice Hall.
- R. S. Figliola, D. E. Beasley, Theory and Design for Mechanical Measurements, Wiley.
- P. R. Bevington, D. K. Robinson, Data Reduction and Error Analysis for the Physical Sciences, McGraw-Hill.
- F. P. Branca, Misure meccaniche, E.S.A. Editrice.
- UNI CEI 70098-3, Incertezza di misura. Parte 3: Guida all’espressione dell’incertezza di misura.
- Vocabolario Internazionale di Metrologia (VIM), edizione vigente.

Lezioni interattive, analisi guidata di esempi, risoluzione di problemi, lettura di schede tecniche e progettazione di attività didattiche. Sono previste esercitazioni applicative e la discussione di semplici esperienze sperimentali e di modelli di relazione tecnica. Le attività possono svolgersi in presenza e, secondo l’organizzazione del percorso, anche a distanza o in modalità mista. Il materiale didattico e le registrazioni eventualmente previste sono resi disponibili attraverso la piattaforma dedicata.

La frequenza è disciplinata dalle regole del percorso di formazione iniziale. La partecipazione alle lezioni e alle attività applicative è fortemente raccomandata.

La verifica è finalizzata ad accertare la capacità di integrare correttezza disciplinare e progettazione didattica. Può comprendere la predisposizione e/o discussione di una breve unità didattica, di un’attività sperimentale o di una relazione tecnica, con quesiti sui fondamenti metrologici trattati. I criteri considerano la correttezza dei contenuti, la coerenza tra obiettivi, attività e verifica, l’appropriatezza della strumentazione e delle procedure, la gestione dell’incertezza, la chiarezza espositiva e l’adeguatezza rispetto ai destinatari. Le modalità puntuali sono definite nell’ambito del percorso formativo.