VERSIÓN BORRADOR Guia de Prácticas de Laboratorio de Física
Práctica No.1
Para Uso Exclusivo de los alumnos de la asignatura Laboratorio de Física Grupo 15 Semestre 2014-1
PRACTICA No. 1 Medidas Directas OBJETIVOS:
Conocer diferentes instrumentos de medición y sus reglas de uso Comprender la importancia del vocabulario metrológico y de las unidades del SI Reforzar los conocimientos sobre magnitudes, cifras significativas y redondeo Asimilación del concepto medidas directas Introducción del concepto “ errores en mediciones ” y su manejo
RESUMEN Esta práctica tiene como objetivo fundamental conocer el buen y correcto uso de instrumentos, aprender las defin iciones y normas básicas de metrología; utilizar el método científico en la resolución de problemas relacionados con ciencias básicas o aplicadas. Se ha visto que el método científico proporciona ciertas reglas generales para atacar un problema experimental científico, además de la curiosidad e intuición innatas presentes en el experimentador. En general, general, cuando se ha definido un problema y se ha planeado el experimento para resolverlo, se debe tomar en cuenta: ¿ qué medir, cómo medir, con qué equipo, cuándo y dónde hacerlo? Además verificar si los datos fueron correctos y si hay equivocación (aún sin percibirlo) conocer si existe alguna forma de evaluar
ese error y cuantificarlo.
INTRODUCCIÓN Toda actividad experimental tiene por objetivo mostrar aspectos relevantes del acto de medir y la representación de los resultados de las mediciones. Por ello es importante diferenciar algunos conceptos que serán de utilidad en la primera parte del curso.
MAGNITUD FÍSICA: Todo objeto o sistema físico tiene asociado una o más características medibles que se denominan magnitudes físicas. Para la medición de magnitudes físicas básicas se ha definido patrones primarios estándares. En el sistema internacional (SI) éstos son:
Mensurando: Magnitud particular sometida a medición. La definición del mensurando puede necesitar indicaciones relativas a magnitudes tales como el tiempo, la temperatura y la presión. Para medir una cantidad física se puede proceder realizando una:
Medida directa: Cuando para medir se emplea el patrón en forma directa, por ejemplo: medición de la estatura de una persona usando un metro.
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Para determinar este error hay que considerar el tipo de instrumento si es digital o analógico. Los instrumentos se pueden clasificar de acuerdo al tipo de lectura; en instrumentos directos o indirectos, éstos a su vez pueden clasificarse en: Instrumentos analógicos: son aquellos que tienen una escala definida y se lee directamente del instrumento, puede tener escala lineal o angular y pueden tener una escala adicional o auxiliar. Depende de la interpretación del operador. Lineal. Por ejemplo un regla. En este caso el error instrumental. Incertidumbre= resolución/ 2. Angular. Por ejemplo un transportador, un reloj. En este caso el error instrumental. Incertidumbre= resolución/ 2. Adicional o Auxiliar: El error asociado estará dado por el último dígito que el instrumento puede resolver. Instrumentos digitales: son aquellos cuyas mediciones se representan en una pantalla. En este caso el error instrumental estará dado por el último dígito que el instrumento puede resolver. Incertidumbre = último dígito que puede dar el instrumento.
Errores Sistemáticos (ES) : Son aquellos que se repiten constantemente en el transcurso del experimento y afectan el resultado de la misma forma, pueden producirse al utilizar un instrumento mal calibrado o al emplear técnicas imperfectas, ecuaciones incorrectas, etc. Realmente, este es un error en el sentido de equivocación y no de incerteza, sin embargo, en un buen trabajo de medición deben ser considerados. En los experimentos se deben identificar los errores y minimizarlos para que no afecten las mediciones.
medida se toma en cuenta el tratamiento estadístico de datos.
¿CUÁL DEBE SER EL NÚMERO DE MEDIDAS QUE HAY QUE REALIZAR? Si al repetir una medida y se obtienen valores diferentes, en principio deben realizarse tres medidas. Como valor verdadero de la magnitud medida se toma la media aritmética ( x ) de las tres y se halla el valor de dispersión (D) de esas medidas. Para hallar la dispersión (D) de las medidas restamos la menor de ellas de la mayor y obtenemos el valor "D". Hallamos el % de dispersión, %D: Si en la medida será:
x
, hay una dispersión D, el % de dispersión % D
100D
x
Si el % de dispersión (%D) es menor que el 5% es suficiente realizar tres medidas. En caso contrario realizaremos de 6 a 10. Si el %D > 8 debemos realizar al menos 15 medidas .
Siempre debemos hacer al menos un experimento de prueba, para familiarizarse con el equipo e instrumentos, para minimizar los errores e identificar variables de dependencia fuerte que podrían afectar nuestra medida, con el resultado de estos experimentos preliminares, se pueden
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precisión en el resultado final, hasta el número y orden de las mediciones. Para diseñar el experimento elaboramos la guía metodológica en la que elegimos el procedimiento experimental sabiendo: ¿Para qué vamos a medir? ¿Qué vamos a medir? ¿Con qué vamos a medir? ¿Cuántas mediciones vamos a hacer y por qué? 1. Esto requiere determinar todas y cada una de las partes del equipo, realizando: a) la selección, puesta a cero y prueba de equipo b) el acoplamiento de partes verificando su funcionamiento previo c) un experimento de prueba d) una interpretación tentativa de sus resultados, modificando el procedimiento experimental, el equipo y/o redefiniendo el problema, en caso necesario e) la realización del experimento final, obteniendo todos los datos necesarios para su interpretación completa. 2.- Diseño de tablas y gráficas en las que se ha de depositar la información de las mediciones 3.- El análisis, el tratamiento numérico que incluye la propagación de incertidumbres y/o una gráfica de los datos. 4.- La obtención de los resultados es una etapa muy importante porque es a través de estos valores que es posible: 5.- Interpretación de resultados. 6.- Presentación de resultados y conclusiones.
3. Identificar los objetos que serán medidos. (Sugerencias: longitudes, diámetros, espesores) 4. Identificar qué instrumentos pueden ser útiles para el objeto y/o característica a medir. 5. Realizar un experimento “prueba” e identificar los errores cometidos, deberá tomar en cuenta las observaciones de sus compañeros sobre su proceder. Cada uno realizará una medida de prueba para aprender el uso del instrumento, posteriormente cada uno medirá con todos los instrumentos proporcionados el mismo mensurando. 6. Anotar en la tabla 2 los errores observados en cada miembro del equipo. 7. Llenar la información de la tabla 3. 8. Realizar tres mediciones preliminares y encontrar el valor de dispersión. 9. De acuerdo al resultado anterior realizar las mediciones necesarias para entregar un resultado confiable, escribir los resultados en la tabla 3. 10. Obtener el promedio de las mediciones realizadas 11. Medir una característica particular de solo objeto con los tres diferentes instrumentos para medir longitud. 12. Usar el cuestionario para realizar el análisis. 13. Obtener una conclusión preliminar de esta práctica, en la bitácora.
Al terminar la práctica discutir en equipo las siguientes preguntas, para realizar su conclusión preliminar. 1. ¿Qué diferencia existe entre un instrumento analógico y un digital? 2. ¿Cuál considera más confiable y por qué? 3. ¿Qué tipo de errores se cometieron en su
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Tabla 1. Características del Instrumento de medición Características del instrumento Nombre Marca y Modelo No. Inventario Magnitud que estima Capacidad Mínima Capacidad Máxima Marcas de indicación en la escala Unidades indicadas Clasificación y tipo de escala Resolución Incertidumbre * ¿En su opinión para qué es más útil?
¿ En su opinión qué limitaciones tiene?
Instrumento 1
Instrumento 2
Instrumento 3
Instrumento 4
Instrumento 5
Instrumento 6
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Tabla 2. Identificación de errores cometidos COMPAÑERO DE EQUIPO INSTRUMENTO UTILIZADO
ERRORES SISTEMÁTICOS
ERRORES ALEATORIOS
ERRORES DE OPERACIÓN
ERRORES DE PARALAJE
ERRORES DE LECTURA
OTROS
NOTAS
¿Cuáles fueron los errores más frecuentes? (discusión) ________________________________________________________________________________
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Tabla 3. Medidas de diferentes objetos
Datos
Objeto 1
Objeto 2
Objeto 3
Objeto 4
Objeto 5
Objeto 6
NOMBRE
DESCRIPCIÓN
MENSURANDO INSTRUMENTO UTILIZADO INCERTIDUMBRE INSTRUMENTO UNIDADES RESOLUCIÓN MEDIDA PRELIMINAR 1 MEDIDA PRELIMINAR 2 MEDIDA PRELIMINAR 3 MEDIA (PROMEDIO) VALOR DE DISPERSIÓN (D) EXPRESIÓN DE LA MEDIDA
±
±
±
±
±
Recuerde disminuir los errores al realizar su experimentación, cada integrante del equipo medirá el mismo objeto y la misma característica. Nota: Si el valor de dispersión es muy grande (analice el por qué), deberá realizar las medidas necesarias y registrar todos los datos.
±