práctica de laboratorio medidas de precisiÓn; mediciones y errores

Universidad del Tolima

Licenciatura en Educación Básica con énfasis en Ciencias Naturales y Educación Ambiental Laboratorio de Fuerza - Práctica de Laboratorio

Jorge Enrique Pinzón Quintero

Titulo MEDIDAS DE PRECISIÓN; MEDICIONES Y ERRORES

Objetivo Diferenciar los aparatos de medición, su utilización y forma de uso.

Aprender a manejar los aparatos de precisión que se utiliza en el laboratorio

Establecer en los aparatos de precisión el error instrumental

Aplicar la metodología del método científico en la práctica de laboratorio.

Establecer en el instrumento de precisión el error a cero.

Familiarizarse con la técnica del error.

Adquirir destrezas en el manejo de los aparatos matemáticos, estadístico para el cálculo del error experimental.

Aprender a establecer correctamente el error instrumental

Analizar los diferentes porcentajes de error que se obtiene por la estadística elemental.

Materiales

Calibrador o Pie de Rey.

Tornillo Micrométrico o Palmer.

Esferómetro.

Lamina.

Esfera o Casquete Esférico.

Cilindro.

Guías de trabajo

Porta Material.

Calculadora.

Diseño o Montaje del Experimento

Grafica del experimento


Fig. 1.




Tornillo Micrométrico o Palmer.

Esferómetro.

Explicación del montaje

En numerosas ocasiones, la medida de una magnitud física implica la medida de una longitud. La operaciones de medir longitudes consiste en compáralas con otras que se toma como unidad, de modo que el número que resulta de la medida (entero o fraccionario) nos indica cuantas veces la unidad adoptada esta contenida en aquella; para ello debemos identificar los aparatos de medición y sus partes.

En el calibrador podemos observar sus reglas y reglilla, la superficie para medir superficies interiores, las superficies para medir superficies exteriores.

En el tornillo micrométrico o palmer podemos identificar dos escalas o reglillas una la regla fija o reglillas y la otra la regla móvil ubicada en un tambor con unas serie de medidas, para realizar algunas medidas tienes que el objeto en estudio estar en contacto con la superficie de contacto o yunque

El esferómetro muy utilizado en la de medición del espesor de las esferas o casquetes esféricos y la determinación de los radios de la superficie; esta constituido por un soporte en forma de trípode, una escala vertical y una circular o comúnmente denominada limbo con una serie de divisiones en cada una de ellas.

Fig. 2

Fig. 3





El calibrador o pie de rey es uno de los instrumentos mecánicos para medición lineal de exteriores, medición de interiores y de profundidades más ampliamente utilizados.

El calibrador o pié de rey se fundamenta en el nonius. Se construye generalmente de acero y tiene la forma indicada en la (Fig. 4.1.1) Es especialmente adecuado para medir espesores de

piezas, dimensiones internas de una cavidad y profundidades. El utilizado en este laboratorio, tiene un nonius que abarca 39 divisiones de la regla fija y está dividido en 40 partes, pero como se ha suprimido una de cada dos divisiones, tiene finalmente una sensibilidad de (1/20) mm. Otro, también utilizado, tiene el nonius dividido en 10 partes que abarcan 9 de la escala fija, por tanto tiene sensibilidad de (1/10) mm.

La lectura viene dada por L = (R + k * s) unidades de la escala fija, siendo R el número del milímetro inmediatamente a la izquierda del cero del nonius y k la división del mismo que coincida exactamente con una división de la escala fija.

Las principales aplicaciones de un calibrador o pie de rey son comúnmente: medición de exteriores, de interiores, de profundidades y en algunos calibradores dependiendo del diseño

medición de escalonamiento.

La exactitud de un calibrador se debe principalmente a la exactitud de la graduación de sus escalas, el diseño de las guías del cursor, el paralelismo y perpendicularidad de sus palpadores, la mano de obra y la tecnología en su proceso de fabricación.

Tornillo Micrométrico o Palmer

El palmer dispone de un tornillo micrométrico que avanza por una tuerca fija en forma de herradura. La tuerca dispone de una escala para apreciar el número de vueltas completas que da el tornillo, mientras que el tornillo dispone de un tambor circular o limbo graduado que permite apreciar fracciones de vuelta como se puede observar en la (Fig. 4.1.2). El paso de rosca h del palmer es rigurosamente constante de modo que si se le da una vuelta completa al

tornillo, éste avanza con respecto a la tuerca fija una distancia igual a su paso de rosca. El paso de rosca del palmer que se utiliza en esta experiencia es h = 0.5 mm, de modo que cuando el

limbo graduado da una vuelta completa el tornillo avanza 0.5 mm.

El limbo graduado está dividido en n partes iguales de manera que es posible apreciar hasta 1/n partes de vuelta. La sensibilidad p del palmer es el cociente entre el paso de rosca h y el número de partes n que tiene el limbo graduado, es decir, p = h/n. Para el palmer que se utiliza en esta experiencia el limbo graduado está dividido en n = 50 partes iguales y su sensibilidad será el cociente de h = 0.5 mm entre n = 50 divisiones, es decir, p = 0.01 mm, sensibilidad que

viene indicada en el propio aparato.

Un aspecto importante a tener en cuenta cuando se lleva a cabo una medida con el palmer es lo que se conoce como error de cero, que es la medida que marca el palmer cuando en

ausencia de objeto a medir se gira el tornillo hasta que su extremo presiona suavemente sobre el tope. En teoría en este caso la medida del palmer debería ser cero, sin embargo en la práctica esto no suele suceder. Por ejemplo, si en vez de marcar cero señala una división por debajo de cero, es decir, 0.01 mm por debajo de cero, entonces el error de cero es + 0.01 mm por lo que a las medidas efectuadas con este palmer habría que sumarles 0.01 mm para que sean correctas.

El tornillo micrométrico se usa para longitudes menores a las que puede medir el calibrador El tornillo micrométrico consta de una escala fija y una móvil que se desplaza por rotación. La distancia que avanza el tornillo al dar una vuelta completa se denomina paso de rosca.

Esferómetro

El esferómetro es un aparato que sirve para la medición de espesores de placas y de radios de curvatura de superficies esféricas, lentes y similares. Consiste de una armadura de tres pies con puntas de acero que forman un triángulo equilátero, por el centro de la armadura pasa un tornillo micrométrico, con punta de acero




El esferómetro se basa en el tornillo micrométrico permite determinar espesores pero su principal aplicación es la de determinar el radio de curvatura de una superficie esférica, como indica su nombre. El tornillo avanza sobre una tuerca en forma de trípode, de modo que sus patas determinan un triángulo equilátero de lado a, (Fig. 4.1.3). Solidaria a la tuerca lleva una

escala vertical, que permite determinar el número de vueltas completas que da el tornillo. El limbo graduado va solidario a la cabeza del tornillo y permite calcular las fracciones de vuelta. Si el paso de rosca es h y n son las divisiones del limbo graduado, la sensibilidad del esferómetro viene dada por la expresión

S = h / n unidades del paso de rosca

Para determinar el espesor de una lámina, se coloca el esferómetro sobre una superficie perfectamente lisa (lámina de vidrio o metal pulido) y se levanta el tornillo hasta una altura suficiente para permitir situar el objeto. La lectura viene dada por L = (R + k s) unidades de la escala, donde R es el número de la división entera en la escala, por encima del tambor, k es la división del tambor que coincide con la escala y s es la sensibilidad del aparato.

Procedimiento Experimental

Una de las labores más importantes en el laboratorio es la medición, el ser precisos al momento de expresar el tamaño de un objeto puede ser la diferencia entre el éxito o el fracaso de un experimento. Con mucha frecuencia es necesario expresar longitudes en términos de unidades que contienen decimales, y estos están dados por los decimales que contiene la regla usada para medir, sin embargo a veces es necesaria una medición más precisa.

Primero realizamos la lectura de las guías de trabajo tanto del primer laboratorio titulado “MEDIDAS DE PRECISIÓN” y “MEDICIONES Y ERRORES”; en el segundo; en la primera

sesión de laboratorio realizamos un acercamiento y reconocimiento de los aparatos de medición, como distinguir en cada uno de ellos la regla y reglilla respectivamente en cada uno de ellos, aprendimos ha determinar la precisión del aparato de medida y el error a cero.

Para el éxito de la practica debemos habernos familiarizados con los instrumento de trabajo haber calculado u observado la precisión del aparato que viene inscrita en el, seguidamente determinamos el error ha cero en cada uno de los materiales activos, verificando así su precisión posteriormente registramos cinco medidas o cinco datos de los materiales pasivo registrándolo o apuntándolos en tres tablas respectivamente de cada uno de ellos.

Para el caso del Calibrador tómanos la medida ya sea de la longitud, o el espesor de la lámina, para tomar esta medida debemos tener en cuenta que la tomamos con las superficie de medida externa o exteriores de la lamina en estudio, primero miramos la medida de la reglas seguidamente observamos la medida de la reglillas en milímetros y lo multiplicamos por el valor de la precisión para obtener la medida real de la lamina en estudio ya sea la longitud o el espesor.

Para el caso del Palmer medimos la altura del cilindro y el diámetro del mismo para poder

determinar el volumen de la pieza en estudio, para ello llevamos a la superficie de contactos la pieza ha medir y realizamos varios giros hasta que los extremos de contacto estén reunidos con el objeto a medir seguidamente damos una o dos vueltas según sea el caso para escuchar un clic que nos indica el tornillo micrométrico no puede avanzar mas y tiene la medida exacta del objeto en estudio, ya sea que estemos midiendo el diámetros o la altura del objeto seguidamente procedemos ha leer las medida que nos proporciona la regla y la reglilla del palmer.

Por ultimo en el caso del Esferómetro al momento de determina su error ha cero realizaremos la medida en una superficie totalmente lisa, luego gire el tronillo lentamente hasta que su punta toque justamente la superficie, con la ayuda de un cabellos introdúzcalo con mucho cuidado entre las paticas y muévalo hay adentro sin ir ha mover el esferómetro, si en algún momento llegase a pasar el cabellos gire una vez mas el tornillo y realicé la lectura, haga este ejercicio en las cinco tomas de los datos con su esfera, con este tomamos la medida de casquete esférico, para luego determinar el radio de la esfera o casquete y volumen del mismo.




Seguidamente de realizar las medidas correspondientes con cada unos de los instrumentos de medidas a los objetos en estudio realizaremos unas tablas de datos en donde registraremos las medidas obtenidas en cada medición ya sea de la longitud, espesor con el calibrador, el diámetro o altura del cilindro con el palmer o tornillo micrométrico, la atura del casquete esférico o de la esfera en nuestro casos; cada tabla llevara el nombre del los datos registrados en cinco oportunidades con el instrumento de medida; luego realizaremos una tabla de las mediciones y errores de la guía numero dos en donde hallaremos por medio de unas formulas estadísticas que nos ayudaran ha determinar el error en nuestras medidas.

Además se deberá hallar el error experimental tanto del instrumento como el de muestreo, las graficas respectivamente, determinar las ecuaciones y leyes de las experiencia realizada las conclusiones y un pequeño cuestionario referente a la practica vivida.

Toma y Registro de los Datos

Registro de toma de datos con el calibrador

V.E Error a Cero Medida Tomada Medida Real

N.D

1

2

3

4

5

Registro de toma de datos con el Tornillo Micrométrico

V.E Error a Cero

h

(mm)

d

(mm)

v

(mm) N.D

1

2

3

4

5



Jorge Enrique Pinzón Quintero Registro de Datos con el Esferómetro

30.01

V.E Error a s R V

N.D Cero (mm) (mm) (mm)

1

2

3

4

5




No. Nombre Ecuación Calibrador o

Pie de Rey

Palmer

(Volumen)

Esferómetro

(radio)

8.1 Dimensión Media

8.2

Desviación

Suma de la

Desviación

8.3 Desviación

Media Absoluta

8.4 Desviación

Típica Normal

8.5

Desviación

Estándar

Poblacional

8.6 Desviación

Media Relativa

8.7 Desviación

Media Porcentual

8.8

Desviación

Normal Media

Relativa

8.9

Desviación

Normal Media

Porcentual

8.10 Coeficiente de

Variación

TABLA DE MEDICIONES Y ERRORES




Cuestionario

La escala de un calibrador esta dividida en medio milímetro y su nonius tiene 20 divisiones; ¿Cuál será la precisión de este aparato?

Con el calibrador del problema anterior, se mide una distancia de 12.5mm, la división numero 13 del nonius coincide con una división de la regla. ¿Cuál es el resultado de la medida?

Un limbo esta graduado en medio grado, y lleva acoplado un nonius circular de 30 divisiones. ¿Cuál es la precisión de este instrumento?

¿Cuál es la precisión de un Palmer que tiene un paso de rosca de 0.25mm cuyo tambor tiene 50 divisiones?

¿Con el Palmer anterior tratamos de medir el espesor de una lámina. Hay que girarlo cinco vueltas y en el tambor leemos la división 35. ¿Cuál es el espesor de la lámina?

Demuestre la pregunta 10.4

Establezca y explique el significado del los porcentajes (%) obtenidos en el proceso estadístico y que diferencia hay entre ellos.

De acuerdo a los resultados obtenidos que es el método de mínimos cuadrados.

Que significa y por que recibe el nombre de error de muestreo

De acuerdo a los datos experimentales y el error estadístico que es el error humano.

Realice las graficas estadísticas de este experimento.

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