Software educativo de Física para el primer año de Bachillerato

Este Software educativo de física para el Primer Año de bachillerato esta organizado por temas, cada tema se presenta de una forma clara y organizada, acompañada por ilustraciones, imágenes en movimiento, tablas, esquemas, ejercicios desarrollados, actividades y autoevaluaciones. El primer bloque esta dedicado a la Estática, parte de la física donde se establecen las condiciones que deben cumplir las fuerzas que se aplican a un cuerpo para que este se halle en equilibrio, este tema se lo desarrolla en dos capítulos así; Algebra Vectorial y Sistema de Fuerzas en Equilibrio. Luego se presenta el bloque dedicado a la Cinemática es decir el estudio del movimiento al margen de sus causas que se lo presenta en dos capítulos así; Cinemática Lineal y la Cinemática Angular. Al final se presenta un espacio denominada Datos Útiles que contienen: lenguaje simbólico, fórmulas, conversiones y notas curiosas

Cinemática

La colección de textos "Lecciones de Física", iniciativa del Departamento de Ciencias Básicas de la Universidad de Medellín y su grupo de investigación SUMMA (Del latín SUMMA, que es el equivalente a SUMA, "Recopilación de todas las partes de una ciencia o facultad), incluye en cada número la exposición detallada de un tema en física. Se procura abordar las fenomenologías con el rigor y la claridad que en la mayoría de las oportunidades no es posible lograr en un curso regular. El texto Cinemática es una presentación ordenada, rigurosa y clara de los conceptos sobre los cuales se apoyan las descripciones del movimiento de una partícula. La obra pretende abordar de una manera integral la cinemática desde la visión newtoniana o mecánica clásica de la partícula. Sus principales conceptos se orientan desde la idea imaginaria de un punto que se mueve de diferentes formas según sean sus condiciones. Se enfoca en los conceptos de trayectoria y sistema de referencia, a diferencia de los textos tradicionales que frecuentemente olvidan el vínculo entre las descripciones geométricas y las situaciones físicas, para describir las fenomenologías involucradas en la interpretación de la naturaleza.

Tracciamento di particelle con filtro di Kalman

Un problema fondamentale nello studio delle particelle elementari è disporre di misure più accurate possibile delle traiettorie che queste seguono all'interno dei rivelatori. La precisione di misura dei parametri di traccia è importante per poter descrivere accuratamente gli eventi e le interazioni che avvengono all'interno dei rivelatori. LHCb è un esempio di esperimento progettato con lo scopo di ottenere misure di precisione dei parametri della cinematica delle particelle per poter studiare la violazione delle simmetrie. Rivelatori come quello dell'esperimento LHCb utilizzano avanzate tecniche di tracciamento per individuare le traiettorie. Queste sono influenzate da fattori di rumore dovuti all'interazione tra le particelle e il materiale del rivelatore stesso. Nell'analisi delle misure effettuate quindi occorre tenere conto che sia la sensibilità del rivelatore che i fattori di rumore contribuiscono nella determinazione dell'incertezza sulla misura. Uno strumento matematico usato per ottenere precise stime dei parametri di traccia è il filtro di Kalman, che implementato su un campione di misure di una determinata grandezza, consente di minimizzare gli effetti dovuti a rumori statistici. In questo lavoro di tesi sono stati studiati la struttura e il funzionamento del rivelatore dell'esperimento LHCb e dei sistemi di tracciamento che lo caratterizzano e che ne costituiranno il futuro aggiornamento. Inoltre è stata analizzata l'azione del filtro di Kalman, implementandolo in una simulazione di tracciamento al calcolatore.

Studio di fattibilità di un robot a cavi per la movimentazione in ambito navale

L’obbiettivo di questo elaborato di tesi è quello di eseguire uno studio di fattibilità per l’applicazione della tecnologia dei robot a cavi in ambito navale e della Difesa. Il lavoro è stato svolto presso l’azienda Calzoni di Calderara di Reno. In particolare, si è analizzata la possibilità di sostituire le tradizionali strutture rigide impiegate nella movimentazione di carichi con un sistema robotico azionato da cavi che fosse in grado di garantire caratteristiche quali modularità e una più facile riconfigurabilità. Sono state prese in considerazione diverse architetture di robot a cavi. Innanzitutto, si è verificato per ognuna il rispetto delle specifiche di progetto assegnate dall’azienda. Si è quindi condotta un’analisi cineto-statica sulle architetture potenzialmente idonee in modo tale da determinare quale fosse quella più prestazionale. Definita la migliore configurazione, se ne è sviluppato un primo concept preliminare.

Applicazioni tecnologiche e nuovi metodi di valutazione della performance negli sport acquatici

Nello sport di alto livello l’uso della tecnologia ha raggiunto un ruolo di notevole importanza per l’analisi e la valutazione della prestazione. Negli ultimi anni sono emerse nuove tecnologie e sono migliorate quelle pre-esistenti (i.e. accelerometri, giroscopi e software per l’analisi video) in termini di campionamento, acquisizione dati, dimensione dei sensori che ha permesso la loro “indossabilità” e l’inserimento degli stessi all’interno degli attrezzi sportivi. La tecnologia è sempre stata al servizio degli atleti come strumento di supporto per raggiungere l’apice dei risultati sportivi. Per questo motivo la valutazione funzionale dell’atleta associata all’uso di tecnologie si pone lo scopo di valutare i miglioramenti degli atleti misurando la condizione fisica e/o la competenza tecnica di una determinata disciplina sportiva. L’obiettivo di questa tesi è studiare l’utilizzo delle applicazioni tecnologiche e individuare nuovi metodi di valutazione della performance in alcuni sport acquatici. La prima parte (capitoli 1-5), si concentra sulla tecnologia prototipale chiamata E-kayak e le varie applicazioni nel kayak di velocità. In questi lavori è stata verificata l’attendibilità dei dati forniti dal sistema E-kayak con i sistemi presenti in letteratura. Inoltre, sono stati indagati nuovi parametri utili a comprendere il modello di prestazione del paddler. La seconda parte (capitolo 6), si riferisce all’analisi cinematica della spinta verticale del pallanuotista, attraverso l’utilizzo della video analisi 2D, per l’individuazione delle relazioni Forza-velocità e Potenza-velocità direttamente in acqua. Questo studio pilota, potrà fornire indicazioni utili al monitoraggio e condizionamento di forza e potenza da svolgere direttamente in acqua. Infine la terza parte (capitoli 7-8), si focalizza sull’individuazione della sequenza di Fibonacci (sequenza divina) nel nuoto a stile libero e a farfalla. I risultati di questi studi suggeriscono che il ritmo di nuotata tenuto durante le medie/lunghe distanze gioca un ruolo chiave. Inoltre, il livello di autosomiglianza (self-similarity) aumenta con la tecnica del nuoto.

Progettazione di una pinza demolitrice idraulica

Questo elaborato ha come obiettivo quello di progettare una pinza demolitrice idraulica per macchine operatrici che sia effettivamente producibile, industrializzabile, performante, affidabile ed economicamente competitiva per il mercato internazionale odierno. Dopo una prima parte di introduzione all’oggetto di studio e di comparazione con la concorrenza, vengono mostrati i primi studi sulla cinematica e sugli ingombri dell’attrezzatura eseguiti con l’ausilio del software 2D “DraftSight”. A questo punto si passa alla modellazione in 3D eseguita mediante il software “Solidworks” di tutti i componenti analizzando e giustificando le scelte progettuali che sono state fatte. Vengono quindi riportati tutti i calcoli analitici eseguiti, nonché le verifiche strutturali e l’ottimizzazione topologica realizzate mediante l’ausilio del pacchetto FEM “Simulation” di Solidworks. Infine si valutano i risultati ottenuti dalla progettazione e possibili sviluppi futuri.

Recupero e riutilizzo di uno scarpone da sci a fine vita. Ottimizzazione del processo di Design for Recycling con simulazione agli elementi finiti validata tramite correlazione di immagini digitale

Il presente elaborato di tesi è parte di un ampio progetto finalizzato alla realizzazione di uno scarpone da sci ottenuto per il 90% di materiale da riciclo di scarponi da sci a fine vita. L’obiettivo è di realizzare la progettazione del nuovo scarpone, e caratterizzarne le proprietà flessionali avvalendosi ti tecniche di simulazione numerica FEM validata attraverso Correlazione di Immagini Digitale. La caratterizzazione flessionale è realizzata con la prova del Flex Test, che consiste nell’imporre una flessione dorsale ad una protesi di gamba. Le prime simulazioni FEM di questo complesso modello hanno evidenziato delle criticità. La presente ricerca, si pone l’obiettivo di risolvere singolarmente questi problemi. Inizialmente, si è realizzata la blend polimerica dei materiali dello scafo e del gambetto dello scarpone. Si è effettuata la caratterizzazione meccanica del materiale, confrontandolo con il materiale vergine. Si è poi ricercato il modello costitutivo più adeguato di materiale iperelastico per il FEM. Successivamente, si è ottenuto il modello CAD della scarpetta attraverso l’approccio reverse engineering, con la tecnica della scansione 3D, la quale ha consentito di ottenere il file. STEP da aggiungere al modello FEM. La conoscenza della geometria effettiva ha consentito di realizzare il design della nuova scarpetta ottenuta da materiale riciclato. Infine, si è utilizzata la Correlazione di Immagini Digitali per studiare la cinematica della chiusura dei ganci dello scafo, e per studiare lo stato di deformazione residua a chiusura effettuata. Si è valutata l’influenza del piede della protesi, e della scarpetta, durante la chiusura dei ganci. In seguito, si è confrontato quanto ottenuto dalle evidenze sperimentali della DIC, con la simulazione agli elementi finiti. Si tratta di un approccio innovativo, che vede per la prima volta implementata la Correlazione di Immagini Digitali per realizzare la caratterizzazione meccanica di uno scarpone da sci.

Studio delle interazioni nel rivelatore e selezione degli eventi nelle misure di sezione d'urto nell'esperimento FOOT

L’adroterapia è una tecnica di cura tumorale basata sull’irraggiamento della zona cancerosa tramite ioni pesanti e particelle cariche. Queste permettono di massimizzare il danno nella zona tumorale e limitare invece quello subito dalle cellule sane. Il più grande ostacolo risiede nella limitata reperibilità di informazioni in letteratura sulla frammentazione del target. I frammenti così prodotti infatti hanno una mobilità di µm e per questo motivo sono molto difficili da rivelare. In questo contesto nel 2017 l’esperimento FOOT, approvato dall’INFN nasce con l’obiettivo di misurare la sezione d’urto differenziale di tutti i prodotti emessi dalla frammentazione nucleare fra il fascio ed il paziente. Operando in condizione di cinematica inversa l’esperimento riesce a rivelare questi frammenti ed a misurarne l’abbondanza e l’energia. E’ stata effettuata a questo proposito, un’analisi dati volta ad eliminare le frammentazioni in aria precedenti ed interne al rivelatore MSD per poter ottenere misure più accurate delle sezioni d’urto di frammentazione.

Vulnerabilità sismica e miglioramento strutturale della Pinacoteca Nazionale e Accademia di Belle Arti di Bologna.

Il complesso che ospita la Pinacoteca Nazionale di Bologna e l’Accademia delle Belle Arti si colloca nel quartiere universitario bolognese, tra via delle Belle Arti e via Irnerio. Nato dall’aggregazione di corpi settecenteschi che si alternano a spazi chiostrali, l’edificio oggi ospita anche la Direzione Regionale Musei Emilia-Romagna e il “Settore Archeologia” della Soprintendenza Archeologia, Belle Arti e Paesaggio per la città metropolitana di Bologna e le province di Modena, Reggio Emilia e Ferrara. La Pinacoteca nasce dall’esigenza di raccogliere una cospicua produzione di dipinti del patrimonio artistico bolognese, per garantirne la sopravvivenza; si scelse di collocarla in un edificio conventuale dei padri gesuiti dopo le soppressioni degli ordini religiosi. L’impianto originario di edificio a corte a pianta quadrata non fu mai alterato, ma adattato a percorso espositivo nel corso dei secoli, ed è oggi frutto di numerose sopraelevazioni e ampliamenti volumetrici. È possibile individuare tre unità strutturali: la parte storica con ex convento, ex chiesa di Sant’Ignazio ed il rinascimentale Palazzo Ancarano; sul retro, i due corpi più recenti, l’ala Collamarini e l’ala ovest. Le tre unità appartengono a epoche diverse e ognuna rispecchia le soluzioni tecnologiche del proprio tempo: muratura di mattoni e solai a volte del 1700, struttura “mista” di inizio ‘900 e telaio in cemento armato degli anni ’60. Finalità della tesi è quella di effettuare una valutazione della vulnerabilità sismica globale della porzione storica mediante modelli semplificati, accompagnata da una valutazione dei cinematismi locali ritenuti attivabili a causa del sisma. La prima modalità, a livello globale, fornisce una stima della risposta sismica sottoforma di indicatore di vulnerabilità. L’analisi cinematica, a livello locale, pone le basi per indirizzare il progetto di miglioramento strutturale con interventi locali poco invasivi nell’ottica del minimo impatto sul manufatto storico.

Analisi di stabilità della tomba Lattanzi nell'area archeologica della necropoli di Norchia

La tematica al centro della tesi è la valutazione della stabilità del versante roccioso in cui si colloca la tomba Lattanzi, facente parte della necropoli Norchia (VT), e la proposta preliminare di interventi a basso impatto per la conservazione del sito. Le attività svolte sono riportate di seguito: - inquadramento geografico, storico ed archeologico della necropoli di Norchia e della tomba Lattanzi; - inquadramento geologico e geomorfologico sviluppato consultando la carta geologica d’Italia in scala 1:50.000 e carte tematiche riguardanti la zona di interesse, comprese quelle del progetto IFFI (Inventario dei Fenomeni Franosi in Italia); - inquadramento sismico dell’area, condotto a partire dai dati forniti dall’INGV per il comune di Viterbo; - inquadramento meteo-climatico del comune di Viterbo; - inquadramento topografico attraverso nuvola di punti generata da rilievo laser scanner; - caratterizzazione fisica e meccanica del materiale roccioso tramite prove di laboratorio; - caratterizzazione delle discontinuità tramite rilievi in situ; - classificazione tecnica dell’ammasso; - creazione di un modello geotecnico del sottosuolo; - analisi cinematica effettuata tramite il programma Dips®; - analisi con il metodo dell’equilibrio limite e analisi numerica effettuata tramite il programma Plaxis®; - elaborazione dei risultati ottenuti e proposte di intervento quali: Intervento con ancoraggi passivi e sottofondazione al piede della tomba con una muratura in conci di tufo. Le analisi svolte, seppur semplificate, consentono di definire i possibili fenomeni di instabilità del versante nelle condizioni attuali e, in una ottica di conservazione preventiva, di effettuare scelte di gestione del sito che evitino interventi impattanti.

Caratterizzazione geologica, strutturale e stratigrafica dell’area di Passo Rolle (TN)

Questa tesina ha lo scopo di mettere in luce l’assetto tettono-stratigrafico dell’area attorno a Passo Rolle, vicino a San Martino di Castrozza (TN), concentrandosi in particolare nella zona compresa tra Baita Segantini, Malga Fosse di Sopra, Malga Rolle e la base del Monte Castellazzo. All’interno dell’area studiata si trovano, nella zona orientale, la Cima Costazza e Punta Rolle, e, in quella occidentale, la Tognazza. Nell’area affiora un’unità vulcanica, in particolare nella zona sud-orientale, deposta nel Permiano Inferiore che costituisce il Piastrone Porfirco Atesino, a cui si sovrappongono formazioni sedimentarie del Permiano e Triassico Inferiore. Le unità triassiche in particolare documentano lo sviluppo di condizioni subsidenti nell'area causate dalla progressiva apertura dell’Oceano Tetide avvenuta fra il Permiano e il Triassico. L’evoluzione paleoambientale evidenzia un relativo e progressivo innalzamento del livello del mare. Si passa infatti da un ambiente di pianura alluvionale, con le Arenarie di Val Gardena, ad uno di transizione, dato dalla Formazione a Bellerophon, fino ad un ambiente francamente marino con la Formazione di Werfen, composta da nove membri. Le Arenarie di Val Gardena e alcuni membri della Formazione di Werfen presentano l’intrusione di Dicchi Basici messi in posto nel Ladinico a causa di un aumento della tettonica distensiva. Queste formazioni, assieme al Piastrone Porfirico Atesino, che poggia sul basamento, sono divise dalla presenza di un grande lineamento orientato NNO-SSE chiamato Faglia di Passo Rolle, che si è attivato più volte nel corso della storia geologica del luogo. Fra le altre strutture presenti, in particolare nelle sequenze sedimentarie, si segnalano delle pieghe con asse immergente verso N-NE e cinematica conforme al grande sovrascorrimento del Cismon della Pala.

Proprieta chemo-dinamiche delle sottostrutture nell'alone retrogrado della nostra galassia

Le stelle nate nelle galassie satelliti accresciute dalla MW durante il suo processo evolutivo, sono oggi mescolate nell'Alone Retrogrado della nostra Galassia, ma mantengono una coerenza chimica e dinamica che ci consente di identificarle e di ricostruirne l'origine. Tuttavia, investigare la chimica o la dinamica in maniera indipendente non è sufficiente per fare ciò. L'associazione di stelle a specifici eventi di merging basata esclusivamente sulla loro posizione nello spazio degli IoM può non essere univoca e portare quindi ad identificazioni errate o ambigue. Allo stesso tempo, la composizione chimica delle stelle riflette la composizone del gas della galassia in cui le stelle si sono formate, ma galassie evolutesi in maniera simile sono difficilmente distinguibili nei soli piani chimici. Combinare l'informazione chimica a quella dinamica è quindi necessario per ricostruire in maniera accurata la storia di formazione ed evoluzione della MW. In questa tesi è stato analizzato un campione di 66 stelle dell'Alone Retrogrado della MW (localizzate nei dintorni solari) combinando i dati fotometrici di Gaia e quelli spettroscopici ottenuti con PEPSI@LBT. L'obiettivo principale di questo lavoro è di associare univocamente le stelle di questo campione alle rispettive galassie progenitrici tramite l'utilizzo coniugato delle informazioni chimiche e cinematiche. Per fare questo, è stata prima di tutto ricostruita l'orbita di ognuna delle stelle. In seguito, l'analisi degli spettri dei targets ha permesso di ottenere le abbondanze chimiche. L'identificazione delle sottostrutture è stata effettuata attraverso un'analisi chemo-dinamica statisticamente robusta, ottenuta tramite l'applicazione di un metodo di Gaussian Mixture Model, e l'associazione finale ai relativi progenitori, nonchè la loro interpretazione in termini di strutture indipendenti, è stata eseguita accoppiando questa informazione con la composizione chimica dettagliata di ogni stella.

Uno studio dell'anatomia in 3 D per l'ingegneria biomedica

Il progresso tecnologico permette l’introduzione di sempre più nuove risorse e sistemi virtuali nel campo dell’ingegneria biomedica e della medicina. La Anatomage Table 7.0 (Anatomage Inc., San Jose, CA, USA) si presenta, ad oggi, come un dispositivo d’avanguardia. Utilizzato principalmente per l’insegnamento e lo studio tridimensionale di anatomia, fisiologia e istologia del corpo umano, mediante riproduzioni reali e ad alta definizione di ogni sezione corporea, potrebbe diventare utile e d’innovazione anche per il settore biomedicale. Per investigare il suo possibile utilizzo nel campo della biomedica, sono state analizzate le funzioni principali di questo tavolo anatomico. La ricerca non ha riguardato solo la parte anatomica, ma soprattutto la cinematica e la corposa Case library, che permette uno studio approfondito di numerose patologie, attraverso simulazioni ed esami caricati nell’applicazione TableEDU 8.0.2. Inoltre, per dare un esempio delle numerose capacità di questo device medico, sono andato a studiare l’articolazione di ginocchio, avendo la possibilità di utilizzare immagini DICOM di esami reali e la simulazione di un intervento coronario percutaneo. Questo ha permesso di evidenziare tutte le potenzialità di questo tavolo anatomico e di riflettere su nuove possibilità di utilizzo nel campo della biomedica.

Applicazione ROS 2 di un robot antropomorfo in esecuzione su container VxWorks in architettura IMA

L’elaborato di tesi discute del progetto di integrazione tra ROS 2, framework open-source per lo sviluppo di applicazioni robotiche, e VxWorks, sistema operativo in tempo reale (RTOS), attraverso l’utilizzo di container OCI compliant su VxWorks. L’integrazione è stata svolta all’interno dello stack software di IMA (Industria Macchine Automatiche). Il progetto ha dunque integrato ROS 2 Humble e VxWorks 7 permettendo l’utilizzo di costrutti software di ROS 2 su dei container in esecuzione a livello User su VxWorks. Successivamente è stata creata una applicazione di pick and place con un robot antropomorfo (Universal Robots Ur5e) avvalendosi di ROS 2 Control, framework per l’introduzione e gestione di hardware e controllori, e MoveIt 2, framework per incorporare algoritmi di motion-planning, cinematica, controllo e navigazione. Una volta progettata l’applicazione, il sistema è stato integrato all’interno dell’architettura di controllo di IMA. L’architettura a container VxWorks di IMA è stata estesa per il caso ROS 2, la comunicazione tra campo e applicazione ROS 2 è passata tramite il master EtherCAT e il modulo WebServer presenti nell’architettura IMA. Una volta eseguito il container ROS 2 posizione e velocità dei servo motori sono stati inviati tramite al WebServer di IMA sfruttando la comunicazione VLAN interna. Una volta ricevuto il messaggio, il WebServer si è occupato di trasferirlo al master EtherCAT che in aggiunta si è occupato anche di ottenere le informazioni sullo stato attuale del robot. L’intero progetto è stato sviluppato in prima battuta in ambiente di simulazione per validarne l’architettura. Successivamente si è passati all’installazione in ambiente embedded grazie all’ausilio di IPC sui quali è stato testato l’effettivo funzionamento dell’integrazione all’interno dell’architettura IMA.