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LOFM/focaleLente.py
2026-11-09 18:20:54 +01:00

629 lines
19 KiB
Python

import marimo
__generated_with = "0.25.2"
app = marimo.App(width="medium", auto_download=["html"])
@app.cell
def _():
import marimo as mo
import numpy as np
import pandas as pd
import sympy as sp
from scipy import stats
from pathlib import Path
import statistica
_outputs, defs = statistica.app.run()
Data = defs["Data"]
compat = defs["compat"]
media_pesata = defs["media_pesata"]
rimuovi_outlier = defs["rimuovi_outlier"]
plot_gauss = defs["plot_gauss"]
cartella_csv = Path(__file__).resolve().parent / "csv" / "focaleLente"
cartella_immagini = Path(__file__).resolve().parent / "LaTeX" / "immagini"
return (
Data,
cartella_csv,
cartella_immagini,
compat,
media_pesata,
mo,
np,
pd,
plot_gauss,
rimuovi_outlier,
sp,
)
@app.cell(hide_code=True)
def _(mo):
mo.md(r"""
# Misura della distanza focale
Sono usati solo i CSV presenti in `csv/focaleLente`.
- **m1, punti coniugati:** $f = pq/(p+q)$
- **m2, $q$ e ingrandimento:** $f = q/(1+h/L)$
- **m3, Bessel:** $f = d_1d_2/a$
Il metodo con $p$ e ingrandimento non viene usato perché non è stata
misurata la grandezza necessaria.
Le distanze da metro sono in cm con errore strumentale `0.1 cm`.
Le misure da calibro ventesimale sono in mm con errore strumentale
`0.05 mm`.
""")
return
@app.cell
def _(cartella_csv, pd):
def leggi_csv(nome):
dati = pd.read_csv(cartella_csv / nome, sep=";", decimal=",")
dati.columns = dati.columns.astype(str).str.strip()
dati = dati.dropna(axis=1, how="all")
return dati.apply(pd.to_numeric, errors="coerce")
m1_48B = leggi_csv("lenti per csv 2(48B_m1).csv")
m1_252B = leggi_csv("lenti per csv 2(252B_m1).csv")
m2_48B = leggi_csv("lenti per csv 2(48B_m2).csv")
m2_252B = leggi_csv("lenti per csv 2(252B_m2).csv")
m3_48B = leggi_csv("lenti per csv 2(48B_m3).csv")
m3_252B = leggi_csv("lenti per csv 2(252B_m3).csv")
spessore_48B_df = leggi_csv("lenti per csv 2(spessore 48B).csv")
spessore_252B_df = leggi_csv("lenti per csv 2(spessore 252B).csv")
dimensione_freccia_df = leggi_csv("lenti per csv 2(dimensione freccia).csv")
return (
dimensione_freccia_df,
m1_252B,
m1_48B,
m2_252B,
m2_48B,
m3_252B,
m3_48B,
spessore_252B_df,
spessore_48B_df,
)
@app.cell
def _(Data, dimensione_freccia_df, spessore_252B_df, spessore_48B_df):
_df_spessore_48B = Data(spessore_48B_df)
_df_spessore_48B.stat_chauv("s48B", 0.05, False)
spessore_48B = _df_spessore_48B.analisi_stat.s48B[0] /10
uspessore_48B = _df_spessore_48B.analisi_stat.us48B[0]/10
_df_spessore_252B = Data(spessore_252B_df)
_df_spessore_252B.stat_chauv("s252B", 0.05, False)
spessore_252B = _df_spessore_252B.analisi_stat.s252B[0] /10
uspessore_252B = _df_spessore_252B.analisi_stat.us252B[0]/10
_df_freccia = Data(dimensione_freccia_df)
_df_freccia.stat_chauv("freccia", 0.05, False)
freccia = _df_freccia.analisi_stat.freccia[0] /10
ufreccia = _df_freccia.analisi_stat.ufreccia[0]/10
return (
freccia,
spessore_252B,
spessore_48B,
ufreccia,
uspessore_252B,
uspessore_48B,
)
@app.cell(hide_code=True)
def _(
freccia,
mo,
spessore_252B,
spessore_48B,
ufreccia,
uspessore_252B,
uspessore_48B,
):
mo.md("## Misure accessorie")
(spessore_48B, uspessore_48B), (spessore_252B, uspessore_252B), (freccia, ufreccia)
return
@app.cell
def _(
Data,
m1_252B,
m1_48B,
spessore_252B,
spessore_48B,
uspessore_252B,
uspessore_48B,
):
data48Bm1 = Data(m1_48B.copy())
data48Bm1.analisi_stat = m1_48B.copy()
data48Bm1.analisi_stat["up"] = 0.1
data48Bm1.analisi_stat["uq"] = 1 #Potevamo muovere lo schermo di ... e non notavamo differenze
data48Bm1.analisi_stat["s"] = spessore_48B
data48Bm1.analisi_stat["us"] = uspessore_48B
data252Bm1 = Data(m1_252B.copy())
data252Bm1.analisi_stat = m1_252B.copy()
data252Bm1.analisi_stat["up"] = 1 #Potevamo muovere lo schermo di ... e non notavamo differenze
data252Bm1.analisi_stat["uq"] = 1 #Potevamo muovere lo schermo di ... e non notavamo differenze
data252Bm1.analisi_stat["s"] = spessore_252B
data252Bm1.analisi_stat["us"] = uspessore_252B
data48Bm1.analisi_stat, data252Bm1.analisi_stat
return data252Bm1, data48Bm1
@app.cell
def _(sp):
p, q, s = sp.symbols("p q s", positive=True)
peff, qeff = sp.symbols("peff qeff", positive=True)
peff = p - (s/2)
qeff = q + (s/2)
return peff, qeff
@app.cell
def _(data252Bm1, data48Bm1, peff, qeff):
f1 = peff * qeff / (peff + qeff)
data48Bm1.calc_var(peff, "peff")
data252Bm1.calc_var(peff, "peff")
data48Bm1.calc_var(qeff, "qeff")
data252Bm1.calc_var(qeff, "qeff")
data48Bm1.calc_var(f1, "f1")
data252Bm1.calc_var(f1, "f1")
risultato48Bm1 = data48Bm1.analisi_stat[["peff", "upeff", "qeff", "uqeff", "f1", "uf1"]]
risultato252Bm1 = data252Bm1.analisi_stat[["peff", "upeff", "qeff", "uqeff", "f1", "uf1"]]
return risultato252Bm1, risultato48Bm1
@app.cell(hide_code=True)
def _(mo):
mo.md(r"""
## Metodo 1: punti coniugati
`p` e `q` sono in cm, quindi anche `f1` è in cm.
""")
return
@app.cell
def _(risultato252Bm1, risultato48Bm1):
risultato48Bm1, risultato252Bm1
return
@app.cell
def _(
Data,
freccia,
m2_252B,
m2_48B,
spessore_252B,
spessore_48B,
ufreccia,
uspessore_252B,
uspessore_48B,
):
data48Bm2 = Data(m2_48B.copy())
data48Bm2.analisi_stat = m2_48B.copy()
data48Bm2.analisi_stat["uq"] = 1 #La freccia era sempre a fuoco per ogni q
data48Bm2.analisi_stat["h"] /= 10
data48Bm2.analisi_stat["uh"] = 0.1 #No guide fisse e calibro nell'vuoto siderale
data48Bm2.analisi_stat["L"] = freccia
data48Bm2.analisi_stat["uL"] = ufreccia
data48Bm2.analisi_stat["s"] = spessore_48B
data48Bm2.analisi_stat["us"] = uspessore_48B
data252Bm2 = Data(m2_252B.copy())
data252Bm2.analisi_stat = m2_252B.copy()
data252Bm2.analisi_stat["uq"] = 0.1
data252Bm2.analisi_stat["h"] /= 10
data252Bm2.analisi_stat["uh"] = 0.02
data252Bm2.analisi_stat["L"] = freccia
data252Bm2.analisi_stat["uL"] = ufreccia
data252Bm2.analisi_stat["s"] = spessore_252B
data252Bm2.analisi_stat["us"] = uspessore_252B
return data252Bm2, data48Bm2
@app.cell
def _(data252Bm2, data48Bm2, np, qeff, sp):
h, L, theta= sp.symbols("h L theta", positive=True)
data48Bm2.calc_var(qeff, "qeff")
data252Bm2.calc_var(qeff, "qeff")
data48Bm2.analisi_stat["theta"] = np.radians(15)
data48Bm2.analisi_stat["utheta"] = (np.radians(15) - np.radians(5)) / 2 # data48Bm2.analisi_stat["theta"] / (2* np.sqrt(3))
data252Bm2.analisi_stat["theta"] = np.radians(15)
data252Bm2.analisi_stat["utheta"] = (np.radians(15) - np.radians(5)) / 2
f2bCorretto = qeff / (1 + h * sp.cos(theta) / L) # / 1.0353 # [1; 1.0353]
f2b = qeff / (1 + h / L) #Senza correzione si theta per vedere come è
data48Bm2.calc_var(f2b, "f2b_senza")
data252Bm2.calc_var(f2b, "f2b_senza")
data48Bm2.calc_var(f2bCorretto, "f2b")
data252Bm2.calc_var(f2bCorretto, "f2b")
risultato48Bm2 = data48Bm2.analisi_stat[["qeff", "uqeff", "h", "uh", "f2b", "uf2b"]]
risultato252Bm2 = data252Bm2.analisi_stat[["qeff", "uqeff", "h", "uh", "f2b", "uf2b"]]
risultato48Bm2_senza = data48Bm2.analisi_stat[["qeff", "uqeff", "h", "uh", "f2b_senza", "uf2b_senza"]]
risultato252Bm2_senza = data252Bm2.analisi_stat[["qeff", "uqeff", "h", "uh", "f2b_senza", "uf2b_senza"]]
data48Bm2.analisi_stat, data252Bm2.analisi_stat,
return (
risultato252Bm2,
risultato252Bm2_senza,
risultato48Bm2,
risultato48Bm2_senza,
)
@app.cell(hide_code=True)
def _(mo):
mo.md(r"""
## Metodo 2: $q$ e ingrandimento
`q` e `L` sono in cm e `h` è in mm. Il rapporto `h/L` è adimensionale,
perché confronta la dimensione dell'immagine con quella dell'oggetto.
Il risultato `f2b` è in cm.
""")
return
@app.cell
def _(risultato252Bm2, risultato48Bm2):
risultato48Bm2, risultato252Bm2
return
@app.cell
def _(Data, m3_252B, m3_48B):
data48Bm3 = Data(m3_48B.copy())
data48Bm3.analisi_stat = m3_48B.copy()
data48Bm3.analisi_stat["ua"] = 0.3
data48Bm3.analisi_stat["ud1"] = 0.1 # Non notavamo differenze in 0.3 cm
data48Bm3.analisi_stat["ud2"] = 0.1
data252Bm3 = Data(m3_252B.copy())
data252Bm3.analisi_stat = m3_252B.copy()
data252Bm3.analisi_stat["ua"] = 0.3
data252Bm3.analisi_stat["ud1"] = 1 # No differenze notate in 1 cm
data252Bm3.analisi_stat["ud2"] = 1
return data252Bm3, data48Bm3
@app.cell
def _(data252Bm3, data48Bm3, sp):
a, d1, d2 = sp.symbols("a d1 d2", positive=True, real=True)
delta = d1 - d2
data48Bm3.calc_var(delta, "delta")
data252Bm3.calc_var(delta, "delta")
f3 = (a**2 - delta**2) / (4*a)
data48Bm3.calc_var(f3, "f3")
data252Bm3.calc_var(f3, "f3")
risultato48Bm3 = data48Bm3.analisi_stat[["a", "ua", "d1", "ud1", "d2", "ud2", "f3", "uf3"]]
risultato252Bm3 = data252Bm3.analisi_stat[["a", "ua", "d1", "ud1", "d2", "ud2", "f3", "uf3"]]
data48Bm3.analisi_stat
return risultato252Bm3, risultato48Bm3
@app.cell(hide_code=True)
def _(mo):
mo.md(r"""
## Metodo 3: Bessel
`a`, `d1` e `d2` sono in cm. Si usa direttamente
""")
return
@app.cell
def _(risultato252Bm3, risultato48Bm3):
risultato48Bm3, risultato252Bm3
return
@app.cell
def _(
rimuovi_outlier,
risultato252Bm1,
risultato252Bm2,
risultato252Bm3,
risultato48Bm1,
risultato48Bm2,
risultato48Bm3,
):
f48B_m1_puliti, out48B_m1 = rimuovi_outlier(
risultato48Bm1["f1"].to_numpy(), risultato48Bm1["uf1"].mean()
)
f48B_m2_puliti, out48B_m2 = rimuovi_outlier(
risultato48Bm2["f2b"].to_numpy(), risultato48Bm2["uf2b"].mean()
)
f48B_m3_puliti, out48B_m3 = rimuovi_outlier(
risultato48Bm3["f3"].to_numpy(), risultato48Bm3["uf3"].mean()
)
f252B_m1_puliti, out252B_m1 = rimuovi_outlier(
risultato252Bm1["f1"].to_numpy(), risultato252Bm1["uf1"].mean()
)
f252B_m2_puliti, out252B_m2 = rimuovi_outlier(
risultato252Bm2["f2b"].to_numpy(), risultato252Bm2["uf2b"].mean()
)
f252B_m3_puliti, out252B_m3 = rimuovi_outlier(
risultato252Bm3["f3"].to_numpy(), risultato252Bm3["uf3"].mean()
)
outlier_fuochi = {
"48B m1": out48B_m1,
"48B m2": out48B_m2,
"48B m3": out48B_m3,
"252B m1": out252B_m1,
"252B m2": out252B_m2,
"252B m3": out252B_m3,
}
return (
f252B_m1_puliti,
f252B_m2_puliti,
f252B_m3_puliti,
f48B_m1_puliti,
f48B_m2_puliti,
f48B_m3_puliti,
outlier_fuochi,
)
@app.cell(hide_code=True)
def _(mo, outlier_fuochi):
mo.md("## Outlier dei fuochi")
outlier_fuochi
return
@app.cell
def _(
f252B_m1_puliti,
f252B_m2_puliti,
f252B_m3_puliti,
f48B_m1_puliti,
f48B_m2_puliti,
f48B_m3_puliti,
media_pesata,
np,
pd,
risultato252Bm1,
risultato252Bm2,
risultato252Bm3,
risultato48Bm1,
risultato48Bm2,
risultato48Bm3,
):
f48B_m1, u48B_m1, chi2_48B_m1, dof_48B_m1, P_48B_m1 = media_pesata(
f48B_m1_puliti, risultato48Bm1["uf1"].loc[risultato48Bm1["f1"].isin(f48B_m1_puliti)]
)
f48B_m2, u48B_m2, chi2_48B_m2, dof_48B_m2, P_48B_m2 = media_pesata(
f48B_m2_puliti, risultato48Bm2["uf2b"].loc[risultato48Bm2["f2b"].isin(f48B_m2_puliti)]
)
f48B_m3, u48B_m3, chi2_48B_m3, dof_48B_m3, P_48B_m3 = media_pesata(
f48B_m3_puliti, risultato48Bm3["uf3"].loc[risultato48Bm3["f3"].isin(f48B_m3_puliti)]
)
f252B_m1, u252B_m1, chi2_252B_m1, dof_252B_m1, P_252B_m1 = media_pesata(
f252B_m1_puliti, risultato252Bm1["uf1"].loc[risultato252Bm1["f1"].isin(f252B_m1_puliti)]
)
f252B_m2, u252B_m2, chi2_252B_m2, dof_252B_m2, P_252B_m2 = media_pesata(
f252B_m2_puliti, risultato252Bm2["uf2b"].loc[risultato252Bm2["f2b"].isin(f252B_m2_puliti)]
)
f252B_m3, u252B_m3, chi2_252B_m3, dof_252B_m3, P_252B_m3 = media_pesata(
f252B_m3_puliti, risultato252Bm3["uf3"].loc[risultato252Bm3["f3"].isin(f252B_m3_puliti)]
)
risultati_finali = pd.DataFrame({
"48B - m1": [f48B_m1, u48B_m1, chi2_48B_m1, dof_48B_m1, P_48B_m1],
"48B - m2": [f48B_m2, u48B_m2, chi2_48B_m2, dof_48B_m2, P_48B_m2],
"48B - m3": [f48B_m3, u48B_m3, chi2_48B_m3, dof_48B_m3, P_48B_m3],
"252B - m1": [f252B_m1, u252B_m1, chi2_252B_m1, dof_252B_m1, P_252B_m1],
"252B - m2": [f252B_m2, u252B_m2, chi2_252B_m2, dof_252B_m2, P_252B_m2],
"252B - m3": [f252B_m3, u252B_m3, chi2_252B_m3, dof_252B_m3, P_252B_m3],
}, index=["f [cm]", "u [cm]", "chi2", "dof", "P"]).T
risultati_finali["u_corr [cm]"] = risultati_finali["u [cm]"] * np.sqrt(
np.maximum(1, risultati_finali["chi2"] / risultati_finali["dof"])
)
risultati_finali
return (risultati_finali,)
@app.cell(hide_code=True)
def _(
cartella_immagini,
media_pesata,
plot_gauss,
rimuovi_outlier,
risultati_finali,
risultato252Bm2_senza,
risultato48Bm2_senza,
):
f48B_m2_senza_puliti, _ = rimuovi_outlier(
risultato48Bm2_senza["f2b_senza"].to_numpy(),
risultato48Bm2_senza["uf2b_senza"].mean(),
)
f252B_m2_senza_puliti, _ = rimuovi_outlier(
risultato252Bm2_senza["f2b_senza"].to_numpy(),
risultato252Bm2_senza["uf2b_senza"].mean(),
)
f48B_m2_senza, u48B_m2_senza, _, _, _ = media_pesata(
f48B_m2_senza_puliti,
risultato48Bm2_senza["uf2b_senza"].loc[
risultato48Bm2_senza["f2b_senza"].isin(f48B_m2_senza_puliti)
],
)
f252B_m2_senza, u252B_m2_senza, _, _, _ = media_pesata(
f252B_m2_senza_puliti,
risultato252Bm2_senza["uf2b_senza"].loc[
risultato252Bm2_senza["f2b_senza"].isin(f252B_m2_senza_puliti)
],
)
plot_gauss([
(
risultati_finali.loc["48B - m1", "f [cm]"],
risultati_finali.loc["48B - m1", "u_corr [cm]"],
0,
"48B m1",
),
(
risultati_finali.loc["48B - m2", "f [cm]"],
risultati_finali.loc["48B - m2", "u_corr [cm]"],
1,
"48B m2",
),
(
risultati_finali.loc["48B - m3", "f [cm]"],
risultati_finali.loc["48B - m3", "u_corr [cm]"],
2,
"48B m3",
)
], cartella_immagini / "1.png", "Lente 48B - correzione angolare")
plot_gauss([
(
risultati_finali.loc["252B - m1", "f [cm]"],
risultati_finali.loc["252B - m1", "u_corr [cm]"],
3,
"252B m1",
),
(
risultati_finali.loc["252B - m2", "f [cm]"],
risultati_finali.loc["252B - m2", "u_corr [cm]"],
4,
"252B m2",
),
(
risultati_finali.loc["252B - m3", "f [cm]"],
risultati_finali.loc["252B - m3", "u_corr [cm]"],
5,
"252B m3",
),
], cartella_immagini / "2.png", "Lente 252B - correzione angolare")
plot_gauss([
(
risultati_finali.loc["48B - m1", "f [cm]"],
risultati_finali.loc["48B - m1", "u_corr [cm]"],
0,
"48B m1",
),
(f48B_m2_senza, u48B_m2_senza, 1, "48B m2 senza correzione"),
(
risultati_finali.loc["48B - m3", "f [cm]"],
risultati_finali.loc["48B - m3", "u_corr [cm]"],
2,
"48B m3",
),
], cartella_immagini / "3.png", "Lente 48B - senza correzione angolare")
plot_gauss([
(
risultati_finali.loc["252B - m1", "f [cm]"],
risultati_finali.loc["252B - m1", "u_corr [cm]"],
3,
"252B m1",
),
(f252B_m2_senza, u252B_m2_senza, 4, "252B m2 senza correzione"),
(
risultati_finali.loc["252B - m3", "f [cm]"],
risultati_finali.loc["252B - m3", "u_corr [cm]"],
5,
"252B m3",
),
], cartella_immagini / "4.png", "Lente 252B - senza correzione angolare")
return
@app.cell
def _(compat, pd, risultati_finali):
k_48B_m1_m2, diff_48B_m1_m2 = compat(
risultati_finali.loc["48B - m1", "f [cm]"],
risultati_finali.loc["48B - m2", "f [cm]"],
risultati_finali.loc["48B - m1", "u_corr [cm]"],
risultati_finali.loc["48B - m2", "u_corr [cm]"],
)
k_48B_m1_m3, diff_48B_m1_m3 = compat(
risultati_finali.loc["48B - m1", "f [cm]"],
risultati_finali.loc["48B - m3", "f [cm]"],
risultati_finali.loc["48B - m1", "u_corr [cm]"],
risultati_finali.loc["48B - m3", "u_corr [cm]"],
)
k_48B_m2_m3, diff_48B_m2_m3 = compat(
risultati_finali.loc["48B - m2", "f [cm]"],
risultati_finali.loc["48B - m3", "f [cm]"],
risultati_finali.loc["48B - m2", "u_corr [cm]"],
risultati_finali.loc["48B - m3", "u_corr [cm]"],
)
k_252B_m1_m2, diff_252B_m1_m2 = compat(
risultati_finali.loc["252B - m1", "f [cm]"],
risultati_finali.loc["252B - m2", "f [cm]"],
risultati_finali.loc["252B - m1", "u_corr [cm]"] ,
risultati_finali.loc["252B - m2", "u_corr [cm]"] ,
)
k_252B_m1_m3, diff_252B_m1_m3 = compat(
risultati_finali.loc["252B - m1", "f [cm]"],
risultati_finali.loc["252B - m3", "f [cm]"],
risultati_finali.loc["252B - m1", "u_corr [cm]"] ,
risultati_finali.loc["252B - m3", "u_corr [cm]"] ,
)
k_252B_m2_m3, diff_252B_m2_m3 = compat(
risultati_finali.loc["252B - m2", "f [cm]"],
risultati_finali.loc["252B - m3", "f [cm]"],
risultati_finali.loc["252B - m2", "u_corr [cm]"] ,
risultati_finali.loc["252B - m3", "u_corr [cm]"] ,
)
confronti_metodi = pd.DataFrame({
"48B m1 vs m2": [k_48B_m1_m2, diff_48B_m1_m2, k_48B_m1_m2 < 2],
"48B m1 vs m3": [k_48B_m1_m3, diff_48B_m1_m3, k_48B_m1_m3 < 2],
"48B m2 vs m3": [k_48B_m2_m3, diff_48B_m2_m3, k_48B_m2_m3 < 2],
"252B m1 vs m2": [k_252B_m1_m2, diff_252B_m1_m2, k_252B_m1_m2 < 2],
"252B m1 vs m3": [k_252B_m1_m3, diff_252B_m1_m3, k_252B_m1_m3 < 2],
"252B m2 vs m3": [k_252B_m2_m3, diff_252B_m2_m3, k_252B_m2_m3 < 2],
}, index=["k", "differenza [cm]", "compatibili (k < 2)"]).T
confronti_metodi
return
@app.cell(hide_code=True)
def _(mo):
mo.md(r"""
# Parte interessante
Ora ragioniamo sul perché avvengono certi fenomeni.
Risulta facile comprendere che il metodo 2 è quello più _sballato_ perché?
Probabilmente abbiamo sofferto nel prendere h che subisce effetti di distorsione dovuti al fatto di avere lo schermo non fissato
una correzione di 15° è già sufficiente a sistemare il problema. Ovviamente oltre la correzione bisogna aggiungere degli errori su questa idea che sono $\sim$al valore stesso
Sicuramente ci sono altri errori strumentali non considerati correttamente in quanto i $\chi^2$ son completamente fuori scala
""")
return
if __name__ == "__main__":
app.run()