INSTITUTO UNIVERSITARIO POLITÉCNICOSANTIAGO MARIÑO

EXTENSIÓN CARACASFÍSICA II

SECCIÓN 42-C NOCTURNO

MEDIDAS DE MAGNITUD FÍSICA

JUAN J. FERNÁNDEZC.I 18390908

CARACAS - JUNIO 2015

Introducción

En el ámbito de la fisica y de la ingenieria es necesario tener en cuenta la sistematización de un conjunto de habilidades asociadas al proceso de medición. Mediante estas habilidades, el ingeniero debe estar capacitado para medir con la exactitud y precisión requerida en determinado caso.

1. ¿Que son medidas de magnitud fisica?

Una magnitud física es una propiedad o cualidad medible de un sistema físico, es decir, a la que se le pueden asignar distintos valores como resultado de una medición o una relación de medidas. Las magnitudes físicas se miden usando un patrón que tenga bien definida esa magnitud, y tomando como unidad la cantidad de esa propiedad que posea el objeto patrón. Por ejemplo, se considera que el patrón principal de longitud es el metro en el Sistema Internacional de Unidades.

Las primeras magnitudes definidas estaban relacionadas con la medición de longitud, área, volúmen,

masa patrón, y la duración de periodos de tiempo.

Existen magnitudes básicas y derivadas, y constituyen ejemplos de magnitudes físicas: la masa, la

longitud, el tiempo, la carga eléctrica, la densidad, la temperatura, la velocidad, la aceleración y la energía.

En términos generales, es toda propiedad de los cuerpos o sistemas que puede ser medida.

2. Método Directo e Indirecto

Método Directo

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 distancia-distancia. 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).

Método Indirecto

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.

3. ¿Que son los errores?

El error de medición se define como la diferencia entre el valor medido y el valor verdadero. Afectan a cualquier instrumento de medición y pueden deberse a distintas causas. Las que se pueden de alguna manera prever, calcular, eliminar mediante calibraciones y compensaciones, se denominan determinísticos osistemáticos y se relacionan con la exactitud de las mediciones. Los que no se pueden prever, pues dependen de causas desconocidas, o estocásticas se denominan aleatorios y están relacionados con la precisión del instrumento.

4. Tipos de errores

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 "no" 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 |

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 más 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.

5. Ley de propagación de errores

Cuando las variables son los valores de mediciones experimentales tienen incertidumbre debido a la

medición de limitaciones (por ejemplo, instrumento de precisión), que se propagan a la combinación de

variables en la función.

La incertidumbre es normalmente definida por el error absoluto. La incertidumbre también puede ser

definida por el error relativo Δx/x, que usualmente es escrito como un porcentaje.

Más comúnmente, el error en una cantidad, , está dado por la desviación estándar, . La desviación

estándar es la raíz cuadrada positiva de la varianza, . El valor de una cantidad y su error son, a

menudo, expresados como . Si la distribución de probabilidad estadística de la variable es

conocida o puede ser asumida, es posible derivar el intervalo de confianza para describir la región dentro

de la cual el valor verdadero de la variable puede ser encontrado. Por ejemplo, el intervalo de confianza de

68% de una variable perteneciente a una distribución normal es ± una desviación estándar del valor, esto

es, existe un 68% de probabilidad que el valor verdadero se encuentre en la región . Si las

variables están correlacionadas, entonces la covarianza debe ser tomada en cuenta.

6. Distribución de Gauss

En estadística y probabilidad se llama distribución normal, distribución de Gauss o distribución gaussiana, a una de las distribuciones de probabilidad de variable continua que con más frecuencia aparece aproximada en fenómenos reales.

La gráfica de su función de densidad tiene una forma acampanada y es simétrica respecto de un

determinado parámetro estadístico. Esta curva se conoce como campana de Gauss y es el gráfico de una

función gaussiana.

La importancia de esta distribución radica en que permite modelar numerosos fenómenos naturales,

sociales y psicológicos. Mientras que los mecanismos que subyacen a gran parte de este tipo de

fenómenos son desconocidos, por la enorme cantidad de variables incontrolables que en ellos intervienen,

el uso del modelo normal puede justificarse asumiendo que cada observación se obtiene como la suma de

unas pocas causas independientes.

7. Precision y calibración de instrumentos

La calibración es el proceso de comparar los valores obtenidos por un instrumento de medición con la medida correspondiente de un patrón de referencia (o estándar). Según la Oficina Internacional de Pesas y Medidas, la calibración es "una operación que, bajo condiciones específicas, establece en una primera etapa una relación entre los valores y las incertidumbres de medida provistas por estándares e indicaciones correspondientes con las incertidumbres de medida asociadas y, en un segundo paso, usa esta información para establecer una relación para obtener un resultado de la medida a partir de una indicación".

De esta definición se puede deducir que para calibrar un instrumento o un estándar se necesita

disponer de uno de mayor precisión que proporcione el valor convencionalmente verificable que es el que

se utilizará para comprobarlo con la indicación del instrumento que está sometido a la calibración. Esto se

realiza mediante una cadena ininterrumpida y completamente documentada de comparaciones hasta

llegar al patrón primario, que constituye lo que se conoce como trazabilidad. El objetivo de la calibración es

mantener y verificar el buen funcionamiento de los equipos, responder los requisitos establecidos en las

normas de calidad y garantizar la fiabilidad y la trazabilidad de las medidas. Los instrumentos de medida

requieren ser calibrados con más frecuencia cuanto más exactas sean sus muestras o bien más pequeñas

sean sus propias tolerancias de error. En general, los intervalos de calibración dependen de factores como

los requerimientos dados por un cliente o una regulación y la estabilidad con el tiempo del instrumento a

calibrar

8. Calibre de vernier

El calibre, también denominado calibrador, cartabón de corredera, pie de rey, pie de metro, forcípula (para medir árboles) o Vernier, es un instrumento utilizado para medir dimensiones de objetos relativamente pequeños, desde centímetros hasta fracciones de milímetros (1/10 de milímetro, 1/20 de milímetro, 1/50

de milímetro). En la escala de las pulgadas tiene divisiones equivalentes a 1/16 de pulgada, y, en su nonio, de 1/128 de pulgada.

Es un instrumento sumamente delicado y debe manipularse con habilidad, cuidado, delicadeza, con

precaución de no rayarlo ni doblarlo (en especial, la colisa de profundidad). Deben evitarse especialmente

las limaduras, que pueden alojarse entre sus piezas y provocar daños.

Conclusiones

Mediante el conocimiento de las magnitudes fisicas podremos definir las propiedades y que estas sean definidas de manera universal y con las tecnicas de medicion compararlas bajo un mismo patrón. Para un buen desempeño en la ingenieria se debe tener conocimiento de las magnitudes fisicas, tomar en cuenta los diversos metodos de medicion y los errores que se podrian presentar, ademas de contar con los adecuados instrumentos de medición.

Referencias bibliograficas

http://ocw.upm.es/fisica-aplicada/tecnicas-experimentales/contenidos/LibroClase/TECap04A01.pdf

Teoria y practica de fisica 1er año, Distribuidora Escolar S.A cuarta ediciopn, caracas, 2000