Informe fisica. medir una Magnitud física

I.         OBJETIVOS:

1.1. Reconocer los instrumentos de medida e identificar su lectura mínima.

       1.2. Familiarizarnos en la utilización de instrumentos de medida como el Vernier, micrómetro y cronometro; utilizados en el proceso de la comparación ya sea en medidas directas o indirectas.

       1.3. Aplicar una técnica que permita cuantificar el grado de precisión en los procesos de medición.

       1.4. Aplicar las teorías elementales de errores en las mediciones de diversas Magnitudes Físicas realizadas en el laboratorio.

II. MATERIAL A UTILIZAR: 

2.1. Una regla graduada en milímetros.

       2.2. Un Vernier (pie de rey) de sensibilidad 0.05mm.

2.3. Un micrómetro de sensibilidad 0.01mm.

2.4. Un cronometro.

2.5. Una mayólica

2.6. Un cilindro sólido.

2.7. Un paralelepípedo.

2.8. Un equipo de péndulo simple.

2.9. Una balanza de sensibilidad 0.10g.

• Descripción de los Instrumentos usados en el Laboratorio:

• Vernier.- Llamado también pie de rey, debido a su forma. Es un instrumento de medida de mucha precisión y fácil aplicación, con el se pueden calcular diferentes medidas de diferentes cuerpos o formas; por ejemplo la medida del diámetro de un cilindro, la medida del diámetro como también la altura de un circulo interno a un cuerpo, etc.
• Micrómetro.- Este instrumento es utilizado en la medición de diámetros de esferas con gran preescisión.
• Cronometro.- Es un instrumento de medida que sirve para calcular intervalos de tiempo.
• Balanza.- Que es un instrumento que sirve para hallar el peso de los cuerpos
• Equipo de Péndulo Simple.- Que consta de un soporte, una pinza y una barra metálica.

• Definición de Presión, Exactitud y sensibilidad de un instrumento.

• Precisión.- Se dice que una medida es mucho más precisa cuando más pequeños son los errores casuales que se presentan.
• Exactitud.- Se dice que una medida es más exacta cuantos más pequeños son los errores sistemáticos que se cometan.
• Sensibilidad.- Se puede decir que es la destreza o habilidad que posee un instrumento de medida para detectar las mínimas variaciones de la magnitud a medir.

III. MARCO TEÓRICO Y CONCEPTUAL.

      Cuando un observador desea medir una Magnitud física con precisión, comienza a enfrentarse con la posibilidad de cometer una serie de errores debido a la observación y a la experimentación, errores que no permitirán determinar el valor exacto de la magnitud medida. Esto se debe:

1. A que la agudeza de los sentidos humanos tiene un límite.
2. A que toda medida está sujeta a influencias involuntarias no controlables y que varían con el tiempo.

Por lo tanto, es tarea fundamental del observador seleccionar una técnica apropiada para realizar una medición, reduciendo al mínimo los errores.

Las magnitudes físicas son determinadas experimentalmente por medidas o combinaciones de medidas y estas medidas tienen una inseguridad intrínseca derivada de las características de los aparatos que son usados en su determinación.

3.1. MEDICIÓN.

      En toda la física prevalece el concepto de la medición; que es posible obtener valores cuantitativos, congruentes, determinados en forma experimental, de ciertas propiedades de sistemas físicos. Por lo general, esto se hace comparando la cantidad por medir con algún patrón o estándar definido arbitrariamente y que se considera la unidad de esa cantidad particular. Es también el proceso de cuantificar nuestra experiencia del mundo exterior, y trae consigo la comparación de alguna cantidad de referencia (unidad de medida).

3.2         TIPOS DE MEDIDAS

3.2.1Medidas Directas.

      Se asume como unidad de medida una unidad “patrón”.La medida directa se efectúa por comparación con el patrón escogido como unidad de medida. Este proceso se conoce como método de

       medida relativa por que los números que nos dan la medida de la

magnitud dependen de la unidad de medida selecciona y puede ser fijada en manera del todo arbitraria. Generalmente se realiza la  ayuda de instrumentos.

3.2.2Medidas Indirectas.

      Una cantidad como la densidad de un cuerpo, agua por ejemplo,  puede ser medida conociendo la masa y el volumen de la misma; la densidad, entonces, es una función de dos magnitudes ρ = ρ (M, V). La medida de ρ es una medida indirecta y resulta ser una medida absoluta ya que es necesario prefijar un patrón de medida de la magnitud, siendo la unidad de medida de esta, función de las unidades de medidas de las otras magnitudes gramo para la masa y cm3 para el volumen.    

3.2.3Medida con aparatos calibrados.-

      Los muchos inconvenientes que los métodos anteriores presentan, son prácticamente eliminados efectuando las medidas con aparatos que una buena casa constructora prepara para el mercado. Estas casas disponen de patrones de medidas excelentes y calibran los instrumentos de manera tal que la medida se reduce a una simple lectura de la posición de índices sobre escalas graduales. Son aparatos calibrados: las balanzas, los relojes, los termómetros, los amperímetros, los voltímetros, etc.

3.3. ERROR EN UNA MEDICIÓN.

      Es la diferencia que se obtiene de una medición en el valor verdadero. El error estimado de un valor medido o calculado, la que puede ser expresada mediante la  desviación estándar.

3.4. CLASIFICACIÓN DE LOS ERRORES.

        Dada la naturaleza de los errores variada e impredecible, es muy oportuno hacer un análisis de carácter general y clasificarlos de acuerdo a las características especificas de ellos.

Fundamentalmente los errores se dividen en dos grandes clases:

3.4.1Error Sistemático.  

      Cuando determinados errores se repiten constantemente en el transcurso de un experimento o bien durante una particular serie de medidas, se dice que los errores están presentes en manera sistemática afectando así los resultados finales siempre en un mismo sentido. Pueden ser:

• Debido a la mala calibración de los instrumentos de medida.
• Debido a las condiciones experimentales no adecuadas.
• Debido al uso de técnicas imperfectas.
• Debido al uso de formulas incorrectas.
• Debido al uso de teorías incorrectas.

3.4.2Error Casual.

       Como la misma palabra lo dice, no es posible determinar la causa de estos errores. Siempre están presentes en la medida de cualquier cantidad física y es a priori impredecible. Pueden ser:        

• De apreciación o juicio.
• De condiciones de trabajo.
• De factor de definición.

3.5. CALCULO DE ERRORES PARA MEDIDAS DIRECTAS.

3.5.1 Tratamiento Estadístico.

      En la medición de una magnitud física “a”, supongamos lo siguiente:

1. Se ha tenido cuidado en eliminar los errores sistemáticos, es decir, las medidas son exactas.
2. Solo existen errores aleatorios o casuales de modo que las medidas son precisas.
3. Las medidas se repiten n ≥10 veces, siguiendo el mismo proceso, con los mismos instrumentos, obteniéndose distintas lecturas.

ai = a1;  a2 ; . . . ; an

1. Para determinar el valor verdadero de la magnitud “a”  a partir de las lecturas, se toma como el mejor valor de la magnitud a su valor promedio “ ā ” , dado por:

ā = (a1 + a2 + . . . + an) / n  =  (Σ ai) / n        (1)

1. El error cuadrático medio, de una serie de medidas de la magnitud “a” se obtiene mediante la ecuación:

μ = ± {Σ (ai – ā)2 / (n – 1)}½         (2)

1. El error estándar, de una serie de medidas de magnitud “a” se obtiene mediante la ecuación:

σ = ± μ / (n) ½  = ± {Σ (ai – ā)2 / n(n-1)}½   (3)

1. La Magnitud Física verdadera se expresa:

a = ā  ±  3σ            (4)

3.5.2 Tratamiento No Estadístico.

      Llámese proceso no estadístico a aquel en el que el número de mediciones “n” es menor que 10, entonces existen dos posibilidades:

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