ARTICULO 1 FISICA CASI

MEDIDA E INCERTEZA Kelly Mejía, Regina Velasco, Elena Masferrer, Uri López, Carlos Martínez Universidad Centroamericana “José Simeón Cañas” Física I, Laboratorio #1, Mesa #1 [email protected], [email protected] , [email protected], [email protected] , [email protected] COORDINADOR Humberto Molina [email protected] INSTRUCTORES Gerardo Montalvo, Ileana Aguirre, Alfonso Mojica [email protected], [email protected], [email protected] Resumen -La práctica de laboratorio llevada a cabo en esta ocasión tiene como objetivo que los estudiantes de Física I aprendan a usar correctamente los instrumentos de medición, potenciando así el desarrollo de habilidades analíticas y experimentales. Por otro lado, mediante el uso de las bases teóricas se reafirma la veracidad de los conocimientos existentes. Es su fin último el que los estudiantes aprendan el manejo de datos y la extracción de conclusiones con análisis crítico para poder transmitirlas a los demás. Descriptores: medición, incerteza  Introducción teórica Dentro de la física existe una rama conocida como ciencia de las mediciones y su magnitud y esta es conocida como metrología (Marban, Pallecer, 2002); la medición siempre ha jugado un papel fundamental debido a que ha ayudado a suplir las necesidades de la persona. Dentro del proceso de medición intervienen diversos factores tales como el instrumento de medición, un sistema objeto de medición, el sistema de comparación (es decir, las unidades empleadas) y el operador. Quiérase o no, a lo largo del día siempre se realizan mediciones, desde calcular cuánto tiempo nos tomará el llegar a un lugar hasta cuánto tiempo cocinamos nuestros alimentos y así en diversas de nuestras actividades cotidianas sin embargo, según M. Suarzo (2010) la medición es el proceso mediante el cual cuantificamos nuestra experiencia del mundo exterior, pero esto no es tan sencillo como parece puesto que no puede pasar desapercibido el establecimiento de medidas estándares para magnitudes especificas es por eso que se utiliza como base de cada medición un patrón que, según Tippens (2011), es un registro físico permanente, o fácil de determinar, de la cantidad que implica una unidad de medición determinada; su importancia radica en disminuir las medidas físicas a un número pequeño de cantidades con unidades básicas comunes para evitar confusiones en su aplicación. La existencia de incertezas a la hora de tomar una medición se deben a factores Ambientales, de instrumento, así como también metodológicos. Al calcular la medida de un objeto, un líquido, etc. Siempre se presentarán márgenes de error puesto que la mayoría de veces los instrumentos que se emplean no están debidamente calibrados, o el individuo que hace uso de ellos no lo hace de la manera apropiada. Por la fuente de error existente en las mediciones estos se pueden clasificarse en: errores experimentales, error de exactitud, y error de precisión. También es preciso establecer la diferencia entre precisión y exactitud. El VIM, en su tercera edición (2007), define el concepto precisión de medida como la proximidad existente entre las indicaciones o los valores medidos obtenidos en mediciones repetidas de un mismo objeto, o de objetos similares, bajo condiciones específicas. Estas condiciones se denominan principalmente condiciones de reproducibilidad. Las condiciones de reproducibilidad de una medición incluyen (ISO, 2007) el mismo procedimiento de medida, los mismos operadores, el mismo sistema de medida, las mismas condiciones de operación y el mismo lugar, así como mediciones repetidas en un corto período de tiempo. Una importante distinción entre exactitud y precisión es que la exactitud puede determinarse con una sola medida, mientras que para evaluar la precisión se necesitan varias medidas (reproducibilidad), no pudiéndose hablar de precisión para una sola medida. Materiales y métodos. Los materiales que se utilizaron para la realización de las diversas pruebas de medición fueron en su conjunto: 1 regla graduada hasta los cm 1 regla graduada hasta lo dm 1 probeta graduada de 500 ml 1 muestra metálica 1 pesa metálica de 200 g 1 Vernier Izquierda: Balanza de triple brazo; Derecha: Muestra metálica de 200 g. 1 balanza de triple brazo Experimento 1: Al inicio de este experimento el instructor encargado asignó la medición de una longitud específica a cada mesa, posteriormente con la ayuda de una regla graduada en centímetros cada miembro del equipo procedió a tomar la medida de la longitud asignada, se registran los datos y se repite el experimento, pero en esta ocasión, utilizando una regla graduada en decímetros. Con las mediciones obtenidas en el experimento anterior se procede a encontrar las incertezas. Reglas graduadas en centímetros y decímetros Experimento 2: Como primer paso se tomó el peso de la muestra metálica en la balanza de triple brazo, dicha muestra ya poseía grabado su peso (200 g) En el segundo paso se vertió agua en la probeta de 500 ml hasta llegar a la medida de 300 ml. Se sumergió la muestra metálica registrando así el dato de las mediciones para posteriormente calcular el volumen desplazado. Probeta graduada de 500 ml. Experimento 3: Como tercer experimento se hizo uso de un Nonio, pie de rey o Vernier, para tomar la medida de un cilindro metálico el cual se encontraba en el laboratorio. Con las hojas para medidas externas se calculó la altura y el diámetro de la base de dicho cilindro Hojas para medidas externas Vernier o pie de Rey Pieza metálica . Resultados y discusión Experimento 1 Tabla I TABLA DE MEDIDAS DE LA LÍNEA A Medición Medida en cm Medida en dm X1 12.6 cm 1.2 dm X2 12.8 cm 1.3 dm X3 12.8 cm 1.3 dm X4 12.7 cm 1.3 dm X5 12.8 cm 1.2 dm Cálculo de la media: A partir de la fórmula para la media aritmética: Siendo n: numero de mediciones realizadas; obtenemos como resultados promedio: 12.74 cm ; 1.26 dm Cálculo de la desviación típica para encontrar la incerteza: Considerando la fórmula: Siendo, de la misma manera, n: numero de mediciones realizadas. Al hacer uso de la formula planteada anteriormente se obtiene que la desviación típica para ambos experimentos es: 0.08 cm; 0.05 dm respectivamente. Experimento 2: Cálculo del volumen de la muestra metálica: Al pesar dicha muestra registró un peso de 200.18 g, y al sumergirlo en la probeta llena de agua hasta los 300 ml, se registró que el liquido se desalojó hasta llegar a 325 ml. El volumen desplazado es de 2 ml, se puede decir que este es el volumen de la muestra de metal. Se calculó la densidad del objeto empleando la fórmula , siendo m= masa, V= volumen. Antes de insertar los datos en la fórmula cabe mencionar que el volumen de la muestra metálica es de 25 ml3, que es el mismo volumen de líquido desplazado. Se obtuvo el valor de , dando el valor de: 8.0072x10-3 Kg/ml3 Experimento 3: Dimensiones del cilindro metálico Diámetro: 14 mm → 0.014 m Altura: 22.28 mm → 0.022 m Radio: 7 mm → 0.007 m A partir de la fórmula para el área del cilindro obtenemos que el área de la pieza metálica es igual a: m2 Con la fórmula de volumen de un cilindro, , obtenemos que el volumen de la pieza metálica es igual a: m2 Causas de error El margen de error obtenido en el experimento 1 pudo ser debido a que las reglas no se encontraban graduadas correctamente, por otro lado, cada integrante del grupo cortó individualmente sus reglas, por lo tanto estas pudieron estar cortadas por encima del borde o caso contrario dejando sobrante de papel entre el corte y la línea de impresión. En el segundo experimento, se hizo un mal uso de la balanza de triple brazo, por lo cual la toma del masa de la primera muestra metálica no fue la más precisa. La probeta no se encontraba llena hasta los 300 ml exactos, registrando una variación de 0.01 ml, dicha situación pudo contribuir a la aparición de una incerteza. Al realizar el tercer experimento, todos los integrantes del equipo presentaban inseguridad el utilizar el vernier, pues era la primera vez que se empleaba dicho instrumento para la medición. Conclusiones: El uso de equipo de medición del laboratorio debe ser empleado por personas capacitadas para obtener menos margen de error al tomar el valor de cada medición, realizar experimentos con materiales nunca antes usados y sin poseer ninguna capacitación previa y adecuada da cavidad a la toma de cálculos erróneos y a la aparición de incertezas con tasas elevadas. Al hacer mediciones en los experimentos respectivos es importante mantener coherencia con el sistema de medidas que se utilizará y hacer las conversiones pertinentes para que los valores obtenidos no se vean alterados y difieran demasiado con el valor real, disminuyendo así el margen de error. En el proceso de experimentación estamos obligados de manera indirecta a realizar cualquier tipo de medición, ya sea de área, peso o volumen, y dentro de estas mediciones implícitamente existirá un margen y esto es muchas veces debido a los instrumentos pues las medidas difieren a razón de la exactitud con la cuál estén calibrados, y al hablar de precisión se puede decir que en dos de los experimentos realizados no se obtuvo precisión en las mediciones, es decir, la toma de medidas no fue reproducida y no se pudo estimar que tanto los valores siguientes se acercaban al tomado por primera vez La práctica de laboratorio contribuyó al conocimiento de nuevos métodos de medición que estaban lejos del campo de experimentación de cada uno de los integrantes. Dichos métodos podrán ser utilizados a lo largo de la carrera que cada uno cursa, garantizando una medición más confiable, puesto que eso juega un papel fundamental dentro de la vida cotidiana y profesional. Referencias: [1] International Vocabulary of Metrology – Basic and General Concepts and Associated Terms. 3rd ed. (Geneva: ISO). [2] P. E Tippens “Física, conceptos y aplicaciones” , sétima edición revisada, pp. 35-38, 2011 [3] R. Marbán, A, Pellecer, “Metrología para no-metrológos”, Organización de los Estados Américano (OEA), segunda edición 2002. [4] Suazo, M. (2010). Mediciones e incertidumbres. Honduras. Disponible en: https://actualidadunah.files.wordpress.com/2010/07/mediciones-e-incertidumbres.pdf Medida e Incerteza Miércoles 06 de septiembre del 2017