mediciones e incertidumbre

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MEDICIONES E INCERTIDUMBRE García 1 Y; Herrera D 1 ; Medina L 1 ; Melo E 2 (1) Estudiantes de física I de la Universidad de Cartagena (2) Profesor de Laboratorio Física I RESUMEN La práctica del laboratorio número 1 se realizó con la finalidad de comprender aspectos básicos en la incertidumbre de medidas y el tratamiento de datos obtenidos. La incertidumbre se estudió a través de varias mediciones de ciertos objetos realizadas mediante los implementos conocidos como pie de rey, tonillo micrométrico y balanza. Para cada dato obtenido se realizaba su respectivo error relativo y absoluto. Además se calculó las magnitudes tales como: el volumen, masa y densidad. Los instrumentos utilizados varían en el rango de la medición y la escala del objeto de estudio, es por eso que se debe tener en cuenta las características del objeto y de la misma manera la calibración del equipo. ABSTRACT Laboratory practice No. 1 was performed in order to understand basic aspects of the uncertainty of measurements and data processing.

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Page 1: Mediciones e Incertidumbre

MEDICIONES E INCERTIDUMBRE

García1 Y; Herrera D1; Medina L1; Melo E2

(1) Estudiantes de física I de la Universidad de Cartagena

(2) Profesor de Laboratorio Física I

RESUMEN

La práctica del laboratorio número 1 se realizó con la finalidad de comprender aspectos básicos en

la incertidumbre de medidas y el tratamiento de datos obtenidos.

La incertidumbre se estudió a través de varias mediciones de ciertos objetos realizadas mediante

los implementos conocidos como pie de rey, tonillo micrométrico y balanza. Para cada dato

obtenido se realizaba su respectivo error relativo y absoluto.

Además se calculó las magnitudes tales como: el volumen, masa y densidad.

Los instrumentos utilizados varían en el rango de la medición y la escala del objeto de estudio, es

por eso que se debe tener en cuenta las características del objeto y de la misma manera la

calibración del equipo.

ABSTRACT

Laboratory practice No. 1 was performed in order to understand basic aspects of the uncertainty

of measurements and data processing.

The uncertainty was studied through various measurements made by certain objects implements

known as caliper, micrometer and balance twang. For each data obtained their respective absolute

and relative error was made.

Volume, mass and density: Besides such magnitudes as calculated.

Page 2: Mediciones e Incertidumbre

The instruments vary in the range of measurement and scale of the object of study, that is why

you must take into account the characteristics of the object in the same way and equipment

calibration.

INTRODUCCION

Para comenzar con nuestras prácticas de laboratorio, se ha trabajado con incertidumbre de las

medidas y tratamientos de datos, siendo estas siempre de un valor cercano a un rango de valores

los cuales se van acortando de acuerdo a la precisión o no de los instrumentos.

Se presentan condiciones en las cuales se realizan la medición, que pueden alterar los datos que

se van a registrar, esto ha creado una gran variedad de conceptos y técnicas las cuales se van

estructurando y conforman lo que ahora entendemos tanto por teoría de errores y técnicas de

medición.

Es importante aclarar que esta gama de conceptos sustentan todos los casos que se han registrado

tanto para la obtención de valores a partir de datos suministrados como la invención de

instrumentos para poder desarrollar y optimizar cada vez más los resultados esperados, marcando

así como objetivo la medición de magnitudes físicas teniendo en cuenta los márgenes de error.

MARCO TEORICO

Medir es comparar una magnitud desconocida con otra llamada patrón.

TIPOS DE MEDICIÓN

Las mediciones pueden obtenerse de dos formas:

Mediciones Directas: Son el resultado de comparar directamente una magnitud

desconocida con un instrumento de medida calibrado según un patrón establecido

previamente.

Mediciones Indirectas: Se obtienen a través de una operación entre dos o más mediciones

directas o a través de una función de las cantidades medida.

ERRORES EXPERIMENTALES

Page 3: Mediciones e Incertidumbre

Todo procedimiento de medición tiene imperfecciones que dan lugar a un error en el resultado de

la medición, lo que hace que el resultado sea sólo una aproximación del valor real de la magnitud

medida. De acuerdo a la naturaleza de los errores experimentales, se acostumbra a dividirlos en

dos clases: Errores Sistemáticos y Errores Aleatorios:

1. Errores Sistemáticos

Se deben a diversas causas y se repiten constantemente cuando las mediciones se realizan en las

mismas condiciones. Los resultados se ven afectados en el mismo sentido. Estos errores se pueden

detectar fácilmente y se pueden eliminar si se conoce la causa. Algunas fuentes de error

sistemático son:

a) Errores de calibración de los instrumentos de medida.

b) Condiciones de trabajo no apropiadas

c) Técnicas imperfectas

d) Fórmulas incorrectas.

2. Errores Aleatorios

Se deben a perturbaciones pequeñas o fluctuaciones y no es posible detectar la causa que los

produce. Se puede dar una idea de cómo se presentan estos errores:

a. Errores de apreciación

b. Condiciones de trabajo.

c. Falta de definición de la cantidad a medir.

Según el tipo de error, las mediciones se pueden clasificar en:

Precisas.- Son aquellas mediciones que tienen errores aleatorios pequeños.

Exactas.- Son aquellas mediciones que tienen errores sistemáticos pequeños.

CÁLCULO DE ERRORES

Error Absoluto

E = |VR – VO|

Error relativo y porcentaje de error

Page 4: Mediciones e Incertidumbre

METODO EXPERIMETAL

Para llevar a cabo nuestra primera práctica de laboratorio:

1. Se determinó la resolución de cada uno de los instrumentos de medición. (Balanza, tornillo

micrométrico y pie de rey.)

2. Con ayuda de la balanza de brazos y el tornillo milimétrico, se midió varias veces (5) la

masa (M) y las dimensiones (a, b, a…) para determinar su volumen.

3. Se repitió el proceso anterior pero utilizando la balanza digital y el pie de rey.

4. Se calculó el error cuadrático de cada una de las medidas realizadas y se registraron los

datos en una tabla.

5. Se comparó la sensibilidad de cada uno de los instrumentos utilizados con el respectivo

error cuadrático y se registró la medida final de las magnitudes sobre el bloque con su

respectiva incertidumbre Δ, en una tabla.

6. Se calculó el volumen del bloque de madera con su respectiva incertidumbre.

7. Se calculó la densidad del material utilizado para construir el sólido con su respectiva

incertidumbre, dichos resultados serán apreciados en una tabla.

8. Se calculó la precisión en la medida realizada de la densidad.

9. Se consultó la densidad del material utilizado y se calculó la exactitud porcentual en la

medida realizada de la densidad.

10. Se repitió el procedimiento anterior para calcular la densidad de la masa, pero ahora

utilizando la balanza y el tornillo micrométrico.

11. Se comparó la incertidumbre, la precisión y la exactitud en la medida de la densidad de

masa del material calculada por los dos procedimientos.

RESULTADOS Y DISCUCIONES

La sensibilidad de los aparatos son:

Instrumento Sensibilida

Page 5: Mediciones e Incertidumbre

d

Pie de rey 0,01

Tornillo

milimétrico

0.05

Peso 0.1

Luego tomamos las medidas de todos los objetos, sacamos el promedio de los valores tomados y

sacamos el error cuadrático que también es conocido como la desviación estándar que está

definido por la ecuación: error cuadratico=√ d11+d 22+d 32+…+dn2

n−1 , siendo d los datos

tomados. Luego registramos la medida final de las magnitudes con sus respectivas incertidumbre

Arandela volumen

N° masa (g) ancho (mm) diámetro mayor (mm) diámetro menor (mm)

1 11,1 0,21 3,56 1,42

2 11 0,2 3,5 1,41

3 10,9 0,21 3,49 1,39

4 1,38

5

Promedio 11 0,2 3,51 1,4

error cuadrático 13,47 0,25 4,3 1,61

x¯ ± ∆x 11,1 0,25 3,56 1,45

Cilindro volumen

N° masa (g) diámetro (mm) altura (mm)

1 6,8 12,66 12,86

2 6,7 12,67 12,88

3 6,6 12,67 12,86

4 12,63 12,88

5 12,63 12,89

Page 6: Mediciones e Incertidumbre

6 18,1 20

7 18 20

8 17,9 20

9

10

Promedio 6,7 14,43 15,54

error cuadrático 8,2 15,91 17,023

x¯ ± ∆x 6,8 14,48 15,59

x¯ ± ∆x 6,8 14,44 15,55

Cilindro ancho volumen

N° masa (g) diámetro (mm) altura (mm)

1 13,6 26,67 9,92

2 13,5 25,7 10,47

3 13,7 25,69 10,46

4 25,6 10,48

5 25,62 10,43

6 21,2 10

7 21,2 10

8 21,3 10

9

10

Promedio 13,6 24,12 10,22

error cuadrático 16,65 25,9 10,92

x¯ ± ∆x 13,7 24,17 10,27

x¯ ± ∆x 13,7 24,13 10,23

Cilindro pequeño volumen

N° masa (g) diámetro (mm) altura (mm)

1 8,1 15,84 4,85

Page 7: Mediciones e Incertidumbre

2 7,8 15,83 4,85

3 8,1 15,84 4,89

4 15,86 4,85

5 15,84 4,88

6 16 5

7 16 5

8 16 5

9

10

Promedio 8 15,9 4,915

error cuadrático 9,79 16,99 5,25

x¯ ± ∆x 8,1 15,95 4,965

x¯ ± ∆x 8,1 15,91 4,925

esfera volumen

Page 8: Mediciones e Incertidumbre

N° diámetro

1 15,66

2 15,67

3 15,65

4 15,7

5 15,64

6 11,3

7 11,2

8 11,2

9

10

Promedio 14,0025

error cuadrático 15,14

x¯ ± ∆x 14,05

x¯ ± ∆x 14,01

Page 9: Mediciones e Incertidumbre

Luego que ya se tiene el valor real de las medidas se puede proceder al cálculo de los volúmenes y

densidades de estas:

pie de rey torinillo milimétrico

Objeto Volumen

(cm)3Volumen

(cm)3

arandela 0,874

cilindro 2,56727 2,55311

cilindro ancho 4,71209 4,67821

cilintro pequeño 1,19024 0,97912

esfera 0,46225 0,45831

pie de rey torinillo milimetrico

objeto

Densidad

(g/(cm)3)

Densidad

(g/(cm)3)

arandela 12,69

cilindro 2,65 2,663

cilindro ancho 2,9 2,92

cilintro pequeño 6,8 8,35

esfera 34,63 34,78

CONCUCIONES

Luego de realizar esta práctica se puede conocer que para realizar una medición, primero es

necesario conocer que se pretende determinar al realizarla, segundo contar con las herramientas

necesarias aplicativas a las características de dicho objeto a medir, y por último se debe saber

utilizar con claridad tal herramienta a emplear para de esta manera evitar el máximo de errores ya

que tales errores en una medida directa de magnitudes pueden depender significativamente

debido a una mala calibración de la herramienta y una indebida manipulación de estas mismas

datos tornillo milimétrico

datos pie de rey

Page 10: Mediciones e Incertidumbre

(errores experimentales). En cuando a las medidas indirectas sabemos que en muchos casos, el

valor experimental de una magnitud se obtiene, de acuerdo a una determinada expresión

matemática, a partir de la medida de otras magnitudes de las que depende. Se trata de conocer el

error en la magnitud derivada a partir de los errores de las magnitudes medidas directamente.

Sabiendo todo esto, no está demás sugerir mayor concentración al momento de la toma de las

medidas sea cual sea el tipo de media que se pretenda realizar con la intención de disminuir la

variabilidad en la toma de datos para obtener resultados más exactos en comparación del uno con

el otro.

BIBLIOGRAFIA

Mediciones Y Errores, Universidad Del Atlántico.

Física universitaria, XI edición. Young Freedman.

(vía web); http://es.wikipedia.org/wiki/Medici%C3%B3n.

ANEXOS

Figura No. 1 (peso de la arandela)

Figura No. 2 (peso de cilindro achatado)

Figura No. 3 (peso de cilindro)

Figura No. 4 (peso de esfera)

Page 11: Mediciones e Incertidumbre

Figura No. 5 (cilindro)

Figura No. 6 (esfera)

Figura No. 7 (arandela)

Figura No. 8 (cilindro achatado pequeño)

Figura No. 9 (pie de rey)

Figura No. 10 (cilindro achatado)

Figura No. 12 (medición del cilindro

achatado)

Figura No. 13 (medición del cilindro)

Page 12: Mediciones e Incertidumbre

Figura No. 11 (balanza)