Mediciones laboratorio de fisica

MEDICIONES Y ERRORES

J. Arrieta, G. Argumedo, G. Peláez, J. Cañavera y D. Castillo

Departamento de Física y Electrónica

Universidad de Córdoba, Montería

Resumen

En este informe se realizó el estudio de las mediciones y los errores frecuentes al momento de medir, ya que es de gran necesidad obtener medidas para encontrar áreas de superficies, volumen, duración de un procedimiento de forma exacta. Utilizándose para ello una cinta métrica, un cronometro,  un nonio o calibrador, balanza de platillo, monedas, una regla, cilindro de aluminio y un balín. Para el experimento se tomó el material de medición indicado para cada proceso de medida, copilando en una tabla datos obtenidos al momento de medir, es claro recalcar que para cada procedimiento se tuvo en cuenta la mayor precisión posible para evitar un error grave.

1. TEORÍA RELACIONADA

La medición es la técnica por medio de la cual asignamos un número a una propiedad física, como resultado de una comparación de dicha propiedad con otra similar tomada como patrón, la cual se ha adoptado como unidad.

Existen tres cantidades fundamentales en la medición las cuales son:

Longitud: En el sistema internacional (SI) el metro es la longitud de trayecto recorrido en el vacío por la luz durante un tiempo de 1/299 792 458 de segundo.

Masa: La unidad fundamental de la masa del SI, el kilogramo, se define como la masa de un cilindro determinado de aleación de platino-iridio que se conserva en el laboratorio internacional de pesa  y medidas, en Sèvres Francia.

Tiempo: La unidad fundamental es el segundo (s) se redefinió en 1967 para aprovechar la ventaja de la alta precisión que podía obtenerse en un dispositivo conocido como el reloj atómico. En este dispositivo las frecuencias asociadas con ciertas transiciones atómicas pueden medirse  hasta una precisión de una parte en 1012 [1]

A partir de las mediciones, podemos establecer también relaciones entre las diferentes variables presentes en un hecho o evento determinado y por lo tanto sacar conclusiones o generalizaciones sobre él.

De acuerdo con la forma como son tomadas estas medidas pueden ser las directas o indirectas:

Medidas directas: Son las obtenidas directamente de las lecturas en los instrumentos de medida.

Medidas indirectas: Son obtenidas por medio de cálculos a partir de medidas directas y constantes.

Cualquiera que sea el medio por el cual se tome una medida directa q de una variable física Q, no es posible dar el resultado como un valor  único, se debe hablar de un intervalo dentro del cual se halla el valor a asignar a la variable, entonces se dice que hay una incertidumbre en las medidas. Esta incertidumbre es una insuficiencia que ocurre naturalmente en el proceso de medición debido a la resolución de los instrumentos de medida y tiene su origen en errores de tipo aleatorio [2].

2. MONTAJE Y PROCEDIMIENTO

Para el primer procedimiento se utilizó como el cronometro, se midió la reacción que tiene un estudiante al iniciar y detener el cronometro en el menor tiempo posible, en un grupo de tres estudiantes donde cada uno obtuvo sus datos, ver tabla 1  [pic 1]

 Figura 1. Cronometro.

En el siguiente procedimiento se realizó la toma de medidas del largo y ancho de la mesa de trabajo, utilizando la cinta métrica se midió obteniendo los datos.

Luego del procedimiento anterior se midió con la ayuda de un nonio o calibrador la profundidad de un cilindro de aluminio, con la espiga metálica que tiene esta herramienta  teniendo el mayor cuidado posible al utilizarla, se midió la profundidad, además se midió el diámetro interno con la misma herramienta utilizándose las puntas para interiores,  puesto que es la que más mide con precisión, y utilizándose la balanza se midió su masa.

Se procedió después a medir el diámetro de un balín, utilizándose el calibrador ubicando el balín en la mordaza para medidas externas.

 Luego se tomó la medida del espesor de las monedas de $100, $200 y $500, con la ayuda del calibrador, además con la misma herramienta se midió el diámetro de cada una de las monedas, luego se midió la masa de cada una de ellas, en una balanza calibrada miligramicamente  obteniéndose datos,  teniendo muy en cuenta la precisión.

[pic 2][pic 3] [pic 4]

Figura 2.  Monedas en peso colombiano.

Y por último con el calibrador se tomó la medida  de la altura y el diámetro exterior del cilindro de aluminio, de igual manera se midió con la cinta métrica, obteniéndose diferencias en algunas medidas, ver tabla 1.6.

[pic 5] [pic 6]

Figura 3. Nomio – Cilindro.

EVALUACIÓN

1. Por medio de métodos estadísticos determinar el tiempo de reacción de su compañero, esto es el promedio más o menos la desviación estándar.

2. ¿Qué características deben tener los patrones de medida de tiempo y longitud?

3. Qué instrumento de medida de longitud utilizo en cada uno de los casos del procedimiento ¿Por qué?

4. Decir Cuales de las medidas que se realizaron en el laboratorio son directas y cuales indirectas. [3].

Errores

1. Para cada uno de los instrumentos determine el valor y la incertidumbre absoluta del diámetro y la altura.
2. El constructor de los cuerpos cilíndricos afirma que estos tienen un volumen de 41708,40 . Encuentre el volumen del cilindro con los datos tomados y calcule el error relativo respecto al dato del fabricante. Utilizando el dato del fabricante y los resultados obtenidos para el diámetro y la altura, determine el valor de πy sus incertidumbres absoluta y relativa. Realice este procedimiento con ambos instrumentos.[pic 7]
3. De las siguientes medidas, indique cuales son directas y cuales son indirectas: a) una de las medidas de altura  tomadas con el nonio o la cinta métrica, b) una de la medidas del diámetro tomadas con el nonio o la cinta métrica, c) la medidas de diámetro o altura determinados estadísticamente, d) el valor de π hallado según se indica en la pregunta 2.
4. ¿Con cuál de la series de medidas obtuvo un resultado π más preciso? Explique su respuesta.
5. Halle los errores absolutos y relativos para π. Tome como valor real π = 3,141592

Figura 4.  Montaje realizado.

3. RESULTADOS

Parte 1.

Esta es la tabla que representa los tiempos de reacción del estudiante que la realizo:

Tabla 1.1, tiempo de reacción.

Parte 2.

1. Ancho y largo de la mesa de trabajo.

A= 85.3cm      

L= 179.3cm

1. Profundidad del cilindro de aluminio.

P= 58.8mm

1. Diámetro del balín.

D= 32mm

1. Espesor de las monedas.

Tabla 2.1

1. Área de la mesa de trabajo.

Para calcular el área de la mesa de trabajo recurrimos a la fórmula del rectángulo:

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