Mediciones
- 1. MEDICIONES Una magnitud física es un atributo de un cuerpo, un fenómeno o una sustancia, que puede determinarse cuantitativamente; es decir, es un atributo susceptible de ser medido. Ejemplos de magnitudes son la longitud, la masa, la potencia, la velocidad, etc. ¿Qué es medir? Medir es comparar con un instrumento de medición. Existen ocasiones en nuestra vida diaria que es necesario medir algunas cosas como la longitud de un mueble, la superficie de una pared, o pesar los ingredientes para elaborar un pastel. Siempre que se mide “algo”, lo que en realidad se hace es comparar la magnitud del mismo con un patrón aceptado como unidad de medición; este patrón de medición puede incluirse en reglas, relojes, balanzas, etc., según sea el caso y dicha comparación implica contar cuántas unidades del patrón de medición caben en nuestro objeto o variable a medir. Medir implica comparar y leer en una escala. Tipos de medidas: 1. Medidas directas: Son las que resultan de la comparación con un patrón de medición. Ejemplo: al medir el tiempo que dura un evento con un cronómetro, al medir el ancho de una mesa con una cinta métrica, etc. 2. Medidas indirectas: son las que se obtienen a través de una fórmula matemática, utilizando para ello valores de medidas directas. Por ejemplo: densidad = masa / volumen (d = m/v), el área de un círculo A = r2 (r es el radio del círculo), etc.
- 2. MEDIDAS, RESULTADOS Y ERRORES Fuentes de error Los resultados de las medidas nunca se corresponden con los valores reales de las magnitudes a medir, sino que, en mayor o menor extensión, son defectuosos, es decir, están afectados de error. Las causas que motivan tales desviaciones pueden ser debidas al observador, al aparato o incluso a las propias características del proceso de medida. Un ejemplo de error debido al observador es el llamado error de paralaje que se presenta cuando la medida se efectúa mediante la lectura sobre una escala graduada. La situación del observador respecto de dicha escala influye en la posición de la aguja indicadora según sea vista por el observador. Por ello para evitar este tipo de error es preciso situarse en línea con la aguja, pero perpendicularmente al plano de la escala. Otros errores debidos al observador pueden introducirse por descuido de éste, por defectos visuales, etc. Son, asimismo, frecuentes los errores debidos al aparato de medida. Tal es el caso del llamado error del cero. El uso sucesivo de un aparato tan sencillo como una báscula de baño hace que al cabo de un cierto tiempo en ausencia de peso alguno la aguja no señale el cero de la escala. Para evitar este tipo de error los fabricantes incluyen un tornillo o rueda que permite corregirlo al iniciar cada medida. Variaciones en las condiciones de medida debidas a alteraciones ambientales, como pueden ser cambios de presión o de temperatura o a las propias características del proceso de medida constituyen otras posibles fuentes de error. La interacción entre el sistema físico y el aparato de medida constituye la base del proceso de medida; pero dicha interacción perturba en cierto grado las condiciones en las que se encontraba el sistema antes de la medida. Así, cuando se desea medir la tensión eléctrica existente entre dos puntos de un circuito con un voltímetro, una parte de la corriente se desvía por el aparato de medida, con lo que el sistema a medir queda ligeramente perturbado. De igual modo, al medir una temperatura con un termómetro se está provocando una cesión o absorción de calor entre termómetro y sistema hasta que se alcanza el equilibrio térmico entre ambos. En un cierto grado, el valor de la temperatura a medir se ha visto modificado al hacer intervenir el aparato de medida. En el ámbito de la física macroscópica tal perturbación, cuando existe, es controlable y puede reducirse hasta
- 3. considerarse despreciable mediante un diseño adecuado del aparato de medida. Tipos de errores en la medición: 1. Error Sistemático: es aquel que es constante a través de un conjunto de lecturas de una medida. Estos errores se pueden corregir. Ejemplos: medir el tiempo con un reloj que marcha lento (o rápido), utilizar una balanza que no esté calibrada, una persona que siempre cometa error de paralaje al realizar una medida, etc. 2. Error aleatorio: son aquellos que varían y siempre están presente en una experiencia. No se pueden eliminar, pero se pueden disminuir haciendo varias mediciones para calcular un promedio. Ejemplos: al medir el período de un péndulo con un cronómetro, los errores al hacer andar y parar el reloj, leer la escala de divisiones, y las pequeñas irregularidades en el movimiento del péndulo causan variaciones en los resultados de las mediciones; la variación de la temperatura ambiental en experiencias donde se requiere de una temperatura determinada, afecta los resultados finales, etc. Al medir leemos en una escala. Una medida es el resultado de una operación humana de observación y por lo tanto no es una verdad absoluta, sino que contiene cierto grado de incertidumbre. Por ejemplo, en el siguiente diagrama presentamos una regla graduada en centímetros con la cual medimos la longitud del objeto. cm 0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 Alguien podría decir que la longitud del objeto es de 6,3 cm. Otra persona diría que mide 6,2 cm y, por qué no, otra persona diría que mide 6,4 cm. Puedes ver que la medida es una apreciación de carácter personal. Existe incertidumbre en cuanto al valor de la última cifra, esto es, en las décimas de centímetro.
- 4. La incertidumbre en la medida anterior se debe, nada más y nada menos, a la desviación del instrumento utilizado, en este caso una regla calibrada en centímetros. La desviación es un número cuyo valor se busca dividiendo visualmente el espacio entre una rayita y otra de la escala. En la regla calibrada en centímetros del diagrama, podemos hacer diez divisiones visuales y el valor de cada una de estas es de 0,1 cm. Luego, la desviación de este instrumento es 0,1 cm. Si finalmente se fija la media en 6,3 cm, se deberá escribir correctamente así: (6,3 0,1) cm O sea, (medida desviación) unidad. Esta es la forma correcta de escribir una medida. Realiza, a manera de práctica, las siguientes medidas: ml 80 ºC 5 70 60 4 50 3 40 2 30 1 20 0 10 0 _______________ _________________
- 5. Medidas Precisas y Medidas Exactas Exactitud: Es el grado en el que el valor de una medida corresponde con el valor aceptado para una cantidad. Por ejemplo el valor aceptado de para seis cifras es de 3,14159. Suponga que Usted determina que el valor de es 3,14176. Sólo los cuatro primeros dígitos de este valor corresponden con el valor aceptado. Así su valor es exacto sólo en cuatro cifras. Precisión: Es el grado de exactitud con el que se mide algo. El valor de que Usted determinó es tan preciso como el valor aceptado, porque ambos valores poseen seis dígitos. La precisión de un aparato de medida está limitada por la división más pequeña de su escala.