Informe 1 de Fisica I

UNIVERISIDAD MAYOR DE SAN MARCOS “DECANA DE AMÉRICA”

Introducción Se consideran Ciencias experimentales aquellas que por sus características y, particularmente por el tipo de problemas de los que se ocupan, pueden someter sus afirmaciones o enunciados al juicio de la experimentación. En un sentido científico la experimentación hace alusión a una observación controlada; en otros términos, experimentar es reproducir en el laboratorio el fenómeno en estudio con la posibilidad de variar a voluntad y de forma precisa las condiciones de observación. La F ísica y la Química constituyen ejemplos de Ciencias experimentales. La historia de ambas disciplinas pone de manifiesto que la experimentación ha desempeñado un doble papel en su desarrollo. Con frecuencia, los experimentos científicos sólo pueden ser entendidos en el marco de una teoría que orienta y dirige al investigador sobre qué es lo que hay que buscar y sobre qué hipótesis deberán ser contrastadas experimentalmente. Pero, en ocasiones, los resultados de los experimentos generan información que sirve de base para una elaboración teórica posterior. Este doble papel de la experimentación como juez y guía del trabajo científico se apoya en la realización de medidas que facilitan una descripción de los fenómenos en términos de cantidad. La medida constituye entonces una operación clave en las ciencias experimentales.

I. Objetivos 1

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Describir, identificar y reconocer los diversos instrumentos de medida, e interpretar sus lecturas mínimas. Describir entender y aplicar las características de las mediciones directas e indirectas. Explicar el grado de precisión y propagación de incertidumbres en los procesos de medición.

II. Materiales Balanza de tres barras Calibrador Verneir o pie de rey Micrómetro o plamer Tarugo de madera Cilindro de metal Cuadrado de plástico

III. Principios Teóricos

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La importancia de las mediciones crece permanentemente en todos los campos de la ciencia y le técnica. Medir es comparar dos cantidades de la misma magnitud, tomando arbitrariamente una de ellas como medida. La magnitud a medir se representa según la ecuación básica de mediciones: Unidad de la magnitud (SI) Magnitud a medir Valor numérico de la magnitud

La medición puede ser directa o indirecta:

Medición Directa: La medida o medición diremos que es directa, cuando disponemos de un instrumento de medida que la obtiene comparando la variable a medir con una de la misma naturaleza física. Así, si deseamos medir la longitud de un objeto, se puede usar un calibrador. Obsérvese que se compara la longitud del objeto con la longitud del patrón marcado en el calibrador, haciéndose la comparación distanciadistancia. También, se da el caso con la medición de la frecuencia de un ventilador con un estroboscopio, la medición es frecuencia del ventilador (nº de vueltas por tiempo) frente a la frecuencia del estroboscopio (nº de destellos por tiempo). Las n-mediciones directas realizadas, con n grande, se pueden tratar estadísticamente mediante la Teoría de Medición. El valor real de la medida queda expresada por:

̅

Error o incertidumbre

Valor real Medida promedio

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Medición Indirecta: No siempre es posible realizar una medida directa, porque existen variables que no se pueden medir por comparación directa, es decir, con patrones de la misma naturaleza, o porque el valor a medir es muy grande o muy pequeño y depende de obstáculos de otra naturaleza, etc. Medición indirecta es aquella que realizando la medición de una variable, podemos calcular otra distinta, por la que estamos interesados.

Errores de Medición: Atendiendo a su naturaleza los errores cometidos en una medición admiten una clasificación en dos grandes vertientes: errores aleatorios y errores sistemáticos.

Error aleatorio. No se conocen las leyes o mecanismos que lo causan por su excesiva complejidad o por su pequeña influencia en el resultado final. Para conocer este tipo de errores primero debemos de realizar un muestreo de medidas. Con los datos de las sucesivas medidas podemos calcular su media y la desviación típica muestral. Con estos parámetros se puede obtener la distribución normal característica, N [μ, s], y la podemos acotar para un nivel de confianza dado. Las medidas entran dentro de la campana con unos márgenes determinados para un nivel de confianza que suele establecerse entre el 95% y el 98%.

Error sistemático Permanecen constantes en valor absoluto y en el signo al medir una magnitud en las mismas condiciones, y se conocen las leyes que lo causan. Para determinar un error sistemático se deben de realizar una serie de medidas sobre una magnitud Xo, se debe de calcular la media aritmética de estas medidas y después hallar la diferencia entre la media y la magnitud X0. Error sistemático = | media - X0 |

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Causas de errores de medición Aunque es imposible conocer todas las causas del error es conveniente conocer todas las causas importantes y tener una idea que permita evaluar los errores mas frecuentes. Las principales causas que producen errores se pueden clasificar en:    

Error debido al instrumento de medida. Error debido al operador. Error debido a los factores ambientales. Error debido a las tolerancias geométricas de la propia pieza.

Errores debidos al instrumento de medida Cualquiera que sea la precisión del diseño y fabricación de un instrumento presentan siempre imperfecciones. A estas, con el paso del tiempo, les tenemos que sumar las imperfecciones por desgaste.   

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Error de alineación. Error de diseño y fabricación. Error por desgaste del instrumento. Debido a este tipo de errores se tienen que realizar verificaciones periódicas para comprobar si se mantiene dentro de unas especificaciones. Error por precisión y forma de los contactos.

Errores debidos al operador El operador influye en los resultados de una medición por la imperfección de sus sentidos así como por la habilidad que posee para efectuar las medidas. Las tendencias existentes para evitar estas causas de errores son la utilización de instrumentos de medida en los que elimina al máximo la intervención del operador. 

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Error de mal posicionamiento. Ocurre cuando no se coloca la pieza adecuadamente alineada con el instrumento de medida o cuando con pequeños instrumentos manuales se miden piezas grandes en relación de tamaño. Otro ejemplo es cuando se coloca el aparato de medida con un cierto ángulo respecto a la dimensión real que se desea medir. Error de lectura y paralelaje. Cuando los instrumentos de medida no tienen lectura digital se obtiene la medida mediante la comparación de escalas a diferentes planos. Este hecho puede inducir a lecturas con errores de apreciación, interpolación, coincidencia, etc. Por otra parte si la mirada del operador no esta situada totalmente perpendicular al plano de escala aparecen errores de paralelaje. Errores que no admiten tratamiento matemático. Error por fatiga o cansancio. 5

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Errores debidos a los factores ambientales El más destacado y estudiado es el efecto de la temperatura en los metales dado que su influencia es muy fuerte. 

Error por variación de temperatura. Los objetos metálicos se dilatan cuando aumenta la temperatura y se contraen al enfriarse. Este hecho se modeliza de la siguiente forma. Variación de longitud = Coeficiente de dilatación específico x longitud de la pieza x variación temperatura ( ΔL = α.L.ΔT )

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Otros agentes exteriores. Influyen mínimamente. Humedad, presión atmosférica, polvo y suciedad en general. También de origen mecánico, como las vibraciones.

Errores debidos a las tolerancias geométricas de la propia pieza Las superficies geométricas reales de una pieza implicadas en la medición de una cota deben presentar unas variaciones aceptables. 

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Errores de deformación. La pieza puede estar sometida a fuerzas en el momento de la medición por debajo del limite elástico tomando cierta deformación que desaparece cuando cesa la fuerza. Errores de forma. Se puede estar midiendo un cilindro cuya forma aparentemente circular en su sección presente cierta forma oval. Errores de estabilización o envejecimiento. Estas deformaciones provienen del cambio en la estructura interna del material. El temple de aceros, es decir, su enfriamiento rápido, permite que la fase austenítica se transforme a fase martensítica, estable a temperatura ambiente. Estos cambios de geometría son muy poco conocidos pero igualmente tienen un impacto importante.

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IV. Procedimiento Experimental A.-Con una balanza mida las masas del cilindro metálico, tarugo y el cuadrado de plástico.  Las masas entre si son distintas pero su diferencia es mínima es decimal.  Sí, es necesario tener mas medidas no solo una ya que siempre hay un margen de error cada vez que medimos nos saldrá una medida diferente.  La balanza utilizada es muy útil y nos ayuda a tener una presión mas exacta pero ahora ya no es tan usada ya que con la tecnología ahora para mas presión están las balanzas eléctronicas. B.- Con el calibrador veiner procedemos a medir el diámetro y altura del cilindro y del tarugo; para el cuadrado solo el lado.  Las variaciones de las medidas como en el anterior experimento es mínima.  Sí es necesario tener mas medidas ya que tenemos diferentes perspectivas cada vez que lo hagamos.  El Vernier es muy útil para medir orificios, espacios pequeños, prácticamente con el se puede medir casi todo por lo cual es muy usado para la medición. C.- Con el micrómetro medir el espesor de la lámina de plástico.  Como en los casos anteriores las medidas varían muy poco  Sí es necesario tener mas medidas porque siempre nos varia el resultado  El micrómetro es muy usado en cuanto a medir los espesores por cual nos sirve mucho.

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