LABORATORIO Medidas Directas e Indirecta

 

INFORME PRÁCTICA DE LABORATORIO Universidad de San Buenaventura Cundinamarca, Bogotá, Colombia  JAVIER IVÁN BORNACELLY LÓPEZ NATALIA ORJUELA ARAQUE

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 Abstract —  

Este primer laboratorio referente al estudio de las mediciones en Física, tiene como objetivo principal familiarizarnos con el uso adecuado instrumentos de medida comúnmente utilizados, mediante la realización práctica de mediciones, así

como correctamente los los resultados de las de medidas cálculos;expresar en utilizar adecuadamente instrumentos medida,y eligiendo el que nos permita obtener mayor precisión y exactitud y reconociendo las diferencias y características de cada uno de los instrumentos utilizados en la recolección de información que se desarrolla en el laboratorio de física. conoceremos la diferencia entre la medición directa e indirecta y analizaremos el porcentaje porcenta je de error obtenido por medio de los diferentes métodos de medición y la propagación del mismo a través de las mediciones indirectas, para valorar el procedimiento adecuado que se debe utilizar en cada proceso de medición. En este laboratorio se presentan los resultados experimentales obtenidos al someter someter diferentes objetos al calibrador, balanza, tornillo micrométrico y cinta métrica Para este ejercicio experimental se utilizaron los siguientes objetos: 5 esferas de madera de diferentes tamaños y 3 balines de diferentes tamaños Con

I. 

MARCO TEORICO

Una medida directa corresponde a una medida tomada directamente directamen te con un determinado instrumento de medida. Una medida indirecta corresponde aa partir un valor experimental calculado con (generalmente una expresión matemática, de otros valores experimentales medidas directas). Existen en la literatura, dos criterios similares para definir el erro instrumental. En primer lugar, se puede definir como la resolución o mínimo valor posible de medida del instrumento. En segundo lugar, se puede definir como la mitad de dicho lugar. •

  Balanza: Medición de masa La balanza de triple brazo,

como su nombre lo indica, posee tres brazos b razos o reglillas de diferente apreciación. El brazo mayor permite medir masas en múltiplos enteros de 100 g, con una lectura máxima de 500 g; el brazo medio permite p ermite medir masas en múltiplos enteros de 10 g, con una lectura máxima de 100 g y el brazo menor permite medir masas en múltiplos enteros de 0.1 g, con una lectura máxima de 10g.

este se buscaba realizar calcular perímetro, diámetro , masa decon las esferas y medidas directas e indirectas expresando el resultando el número correcto de cifras significativas. Además, calcular el error absoluto, relativo y porcentual de una serie de medidas y calcular la  propagación del error en medidas indirectas.

Palabras claves:  medidas directas e indirectas, apreciación, exactitud, precisión, error absoluto y relativo, clases de error en la medición, cifras significativas.

Figura No 1. Medición de tiempo

INTRODUCCIÓN En este laboratorio medidas directas se pretende analizar cada una de las distintas medidas que nos mostraron los instrumentos de medición, de esta manera realizaremos algunas tablas para reportar cada uno de los resultados obtenidos, para cada una de estas medidas tenderemos en cuenta la incertidumbre y las respectivas unidades. También describiremos los procesos que realizaremos para medición, mediante un análisis unas observaciones y algunas conclusiones.

Un intervalo de tiempo es la duración entre dos eventos conocidos, innumerables procesos industriales dependen  principalmente del tiempo; el tiempo es el qu quee determina directamente la eficiencia. El cronómetro es un instrumento muy utilizado en la medición de fracciones de tiempo, normalmente cortos y con gran precisión de segundos o milésimas de segundo.

 

Teoría de errores  La medición de un cuerpo no nos dará un valor exacto, debido a que toda medida se ve afectada de manera involuntaria y generalmente no controlada, que puede variar con el tiempo y con la percepción inter-observador. Es por ello que se hace imprescindible en las técnicas de medición, reducir la influencia de las perturbaciones.

Clasificación de errores En forma general los errores se pueden clasificar en dos tipos: sistemáticos y aleatorios. Los primeros son aquellos que sistemáticamente corren las   medidas en una misma dirección del valor verdadero, tienen siempre el mismo signo, es  decir la  observación siempre es inferior o superior a la medida; estos pueden ser causados por: defectos o inexactitudes del instrumento, errores debidos al observador, errores externos sobre las cuales el observador no tiene control. Los errores casuales o aleatorios son aquellos de tipo probabilístico, son igualmente probable valores positivos y negativos, puede ser consecuencia de múltiples fluctuaciones incontrolables e independientes de los factores que intervienen en la realización de la medición, son errores que en una medida pueden ocurrir y en otra no. •

 

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Calibrador: Es un instrumento para medir dimensión de objetos relativamente pequeños, desde centímetros hasta fracciones de 1 1 milímetros 10  de milímetro, 20  de milímetro.  Un instrumento que proporciona mayor precisión y versatilidad de medida es el calibrador, pie de rey o vernier. La figura 2 muestra el vernier y el objeto cuya longitud se desea conocer; se han señalado las dos partes más importantes del vernier: la regla fija y la regla móvil, también llamada “nonio”. 

Figura No 3.

La apreciación del vernier   está dada por: •

 

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donde   es la apreciación de la regla fija y non es el número de divisiones del nonio. Es claro que la apreciación del vernier de la figura 2 es 1/20 de d e milímetro, es decir,  = 0,05 mm. El vernier se utiliza de la siguiente manera: se coloca el objeto entre “los dientes” del calibrador, este tra e dos escalas, una en la regla fija y otra en la móvil, hacemos la  primera parte de la lectura en la regla fija contando el número de milímetros que existen en esta hasta el inmediatamente anterior al cero de la regla móvil y la segunda lectura la realizamos con la línea de la regla móvil que más coincida con otra línea de la regla fija contando aquí las décimas de milímetro.

Tornillo micrométrico: se usa para longitudes menores a las que puede medir el calibrador. El tornillo micrométrico consta de una escala fija y una un a móvil que se desplaza por rotación la distancia que alcanza el tornillo al dar una vuelta se denomina pasa de rosca. comúnmente para medir dimensiones de piezas, diámetros exteriores e interiores o volúmenes en piezas que exigen una mayor precisión en sus dimensiones es el tornillo micrométrico, un instrumento que me permite calcular distancias con una apreciación de centésimas de milímetro. Un micrómetro (figura 3) es un instrumento que se usa  para medir pequeñas distancias precisas. Consta de un tornillo que se desplaza con respecto a una armadura con dos escalas una longitudinal que marca el desplazamiento con precisión de 0.5mm que corresponde a una vuelta completa del tornillo; y otra angular que mide fracciones de 1/50 de vuelta, esto es, un centésimo de mm. Para ello cuenta con 2 puntas que se aproximan entre sí mediante un tornillo de  rosca fina, el cual tiene grabado en  su  contorno una escala. La escala puede incluir un  nonio. La  máxima longitud de medida del micrómetro de exteriores es de 25 mm, por lo que es necesario disponer de un micrómetro para cada campo de medidas que se quieran tomar (0-25 mm), (25-50 mm), (50-75 mm), etc. La distancia que avanza el tornillo al dar una vuelta completa

 

PROCEDIMIENTO:

se denomina paso de rosca. La apreciación del tornillo está dada por:

a) Tome 5 esferas de madera de diferentes tamaños y mida el  perímetro, el diámetro y la masa de las esferas. Anote sus resultados resultados en una tabla de forma ordenada.  b) Tome 3 balines de diferentes tamaños y mida el diámetro y la masa. Anote sus resultados en una tabla con la notación adecuada y de forma ordenada. c) Anote en las tablas las respectivas incertidumbres de las medidas. (Recuerde que para la regla ∆ ∆ = ±0.5 , para el calibrador ±0.1 , para el tornillo micrométrico ±0.01 , para la balanza de tres brazos ±0.1 ).

II. 

ANALISIS DE RESULTADOS  a)  Con los datos obtenidos en el paso (a) del  procedimiento, calcule la medida del perímetro de la circunferencia principal de las esferas y calcule su respectiva incertidumbre (mediante  propagación de errores). Anote sus resultados en una tabla usando unidades correctas y coherentes.

Tabla No 1:

Figura No 4. Medición de longitud Para medir longitudes se suele utilizar: una regla graduada, una cinta métrica (ver figura 5) o flexómetro; en cualquier caso, la apreciación (o

b)  Con los datos obtenidos en el paso (a) del  procedimiento, calcule la medida del volumen de las esferas y calcule su respectiva incertidumbre (mediante propagación de errores). Anote sus resultados en una tabla usando unidades correctas y coherentes.

aproximación) La medida de la longitud de un cuerpo conllevaesla1mm. comparación directa entre el mismo y la cinta métrica, en otras palabras, se debe hacer coincidir la posición de los extremos sobre las divisiones de la escala graduada. Cinta métrica utilizada para medir la longitud de un objeto ob jeto rectangular de bordes bien definidos.

Tabla No 2:

Figura No 5.

Tabla No 2.

c) 

Con los datos obtenidos en el paso (a) del  procedimiento, calcule la medida de la densidad de las esferas y calcule su respectiva incertidumbre (mediante propagación de errores). Anote sus resultados en una tabla usando unidades correctas y coherentes.

 

h)  Calcule la densidad de los balines y su incertidumbre. Anote sus resultados en una tabla con las unidades correctas.

  Tabla No 3:

d)  Determine las incertidumbres absolutas y relativas de cada magnitud en el anterior paso. Tabla No 6:

e)  Exprese el perímetro de las esferas en nm, mm, m, km y Gm.

Responda las siguientes preguntas: a)  Determine en cada paso cuáles son las medidas directas y cuáles son las medidas indirectas. Medidas directas: Diámetro. Perímetro. Masa.

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Tabla No 3: Medidas indirectas:

f)  Calcule el volumen de los balines y su incertidumbre. Anote sus resultados en una tabla con las unidades correctas.

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Volumen. Densidad. Radio.

 b)  ¿Son iguales las medidas en cada toma  para cada procedimiento? Justifique su respuesta.

Tabla No 4:

g) 

Exprese el volumen de los balines en μm3,

mm3, m3 y km3.

Tras haber procedido debidamente con cada una de las medidas establecidas, es  posible afirmar que las medidas sí son iguales para cada procedimiento, pues al ser implementadas en cada una de las formulaciones, únicamente se requiere cambiar el sistema de unidad en que se encuentra expresado. Sin embargo, este cambio no representa una variación en la medida, pues representa una equivalencia de la medida inicial, pero en otra unidad.

c)  ¿Cuáles son los factores principales que influenciaron sus errores o desviaciones?, clasifíquelos.

Tabla No 5:

Al ser la medición un proceso que resulta de la observación humana sobre un patrón de referencia es indiscutible la aparición de desviaciones y perturbaciones a la hora de precisar el valor de la medida dentro de un determinado sistema. De esta forma, es  posible justificar que la aparición de estas

 

desviaciones, se supeditan netamente a nuestra capacidad de estimar a través del medio visual, un valor próximo, pero no del todo preciso al que realmente corresponde.

soportadas por unidades más pequeñas cuya medida  debe ser precisada por uno de estos instrumentos dada la complejidad de su dimensión. h) 

d) 

¿Es posible medir con el calibrador el espesor de una hoja de cuaderno? ¿Por qué?  No, no es posible precisar el espesor de una hoja de cuaderno haciendo uso de tipologías de instrumentos como el calibrador. Pues el espesor de una hoja de  papel se encuentra expresado en centésimas de milímetro, por consiguiente, dada la escala bajo la que regula el calibrador, no es posible identificar piezas como estas que exigen una mayor precisión.

e) 

i)  ¿Es útil saber medir tiempos para alguna cosa práctica de la vida? ¿Cuál? Por supuesto, la medición del tiempo es uno de los procesos que resulta imprescindible dentro del marco de nuestra cotidianidad. De forma generalizada, la vida rige bajo el proceso de medición del tiempo, pues con ello  podemos precisar la duración de un determinado evento, o incluso podemos identificar el momento preciso en que ocurre el mismo.

¿Es posible medir profundidades con el calibrador? ¿Cómo? El calibrador nos permite realizar mediciones internas, externas, y también de . esPara conseguir que la profundidad máxima precisión imprescindible el calibre esté situado completamente recto y nivelado con la superficie a medir.

Investigue qué otros instrumentos son utilizados para medir tiempos.

 j) 

¿Conoce instrumentos más precisos para tomar medidas? ¿Cuáles?

Para medir  medir masa: masa:  Balanza Báscula Espectrómetro de masa Catarómetro

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Con el calibrador de profundidad se pueden medir colocando el soporte de medición sobre el objeto e introducimos en el agujero a medir la profundidad la regla graduada hasta que llegue al fondo apretando el botón de deslizamiento . f) 

Entre el calibrador y el tornillo micrométrico ¿Cuál instrumento es más  preciso en las mediciones? ¿por qué? Indiscutiblemente, a pesar de que ambos están catalogados como instrumentos de  precisión, es posible afirmar que el tornillo micrométrico denota cierto grado de superioridad a la hora de precisar medidas, pues sus apreciaciones están dadas en términos de centésimas de milímetro.

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Para medir  medir tiempo: tiempo: 

 Calendario

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  Cronómetro

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  Reloj de arena

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  Reloj

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  Reloj atómico

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  Datación radiométrica

  Línea del tiempo

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Para medir  medir longitud: longitud: 

 Regla Graduada

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 Reloj Comparador

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 Interferómetro

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g) 

¿Es útil saber medir con el calibrador y el tornillo micrométrico para alguna cosa  práctica de la vida? ¿Cuál? En efecto, la manipulación de estos instrumentos tiende a tener múltiples aplicaciones en el ámbito laboral y la vida  práctica, pues una gran parte de las superficies u objetos que constituyen el entorno en la que estamos inmersos, son

  Odómetro

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Para medir  medir ángulos: ángulos: 

 Goniómetro

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 Sextante  Transportador

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  Clinómetro

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temperatura::  Para medir  medir temperatura  Termómetro

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 Termopar

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 Pirómetro

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REFERENCIAS [1]http://www.wordreference.com/definicion/cifrassignificativas [2] es.wikipedia.org/incertidumbre [3] es.wikipedia.org/medidas directas

  Clinómetro

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presión::  Para medir  medir presión

Figuras

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 Barómetro  Manómetro

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 Tubo de Pitot

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Para medir  medir velocidad: velocidad:  • • •

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Velocímetro Anemómetro (mide la velocidad del viento) Tacómetro (mide la velocidad de giro de un eje)

[1] https://www.google.com.co/search?q=balanza&newwindow=1&so urce=lnms&tbm=isch&sa=X&ei=peaoU_HxDM_nsASg_4A4&ve d=0CAgQ_AUoAQ [2]  https://www.google.com.co/search?newwindow=1&tbm=isch&sa =1&q=dinamometro&oq=dinamometro&gs_l=img.3...17868.2273 1.0.22865.13.11.0.0.0.0.0. 0..0. 0.0...1c.1.48.img...13.0.0. IrXg12BBcfE [3]  https://www.google.com.co/search?newwindow=1&tbm=isch&sa =1&q=calibrador&oq=calibrador&gs_l=img.3.0l10.35278.38414. 0.38603.10.9.0.1.1.0.583.1179.0j1j2j51.4.0.0...1c.1.48.img...5.5.1191.7SWMZDDvToA

Se midieron y pesaron las esferas con los instrumentos

de medida indicados en el laboratorio. Observamos que con el tornillo micrométrico es más  precisa la medida.   Observamos que tanto para el tornillo micrométrico y el calibrado su incertidumbre es diferente, pero se da en milímetro.   Medimos el peso del cilindro y bloque expresando en newton

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  [4] https://www.google.com.co/search?newwindow=1&tbm=isch&sa =1&q=tornillo+micrometrico&oq=tornillo+micro&gs_l=img.3.0.0 l10.9003.11762.0.12931.14.12.0.2.2.1.268.1946.0j2j7.9.0… 0...1c. 1.48.img...4.10.1729.5lbZZweos58

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CONCLUSIONES: •

 

Tras haber concluido la presente práctica de laboratorio, se logra hacer una primera aproximación a la noción de incertidumbre aplicada a los instrumentos de medición.

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Se logra concluir que el grado de precisión de una medida, se supedita netamente a la tipología de instrumento implementado.