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La Medida
A: Manuela Arce Nieto, B: Angie Carolina Aguirre, C: Carlos Alberto Arias Bernal y D: María del Mar López Londoño C. A* Universidad del Quindío manuela.arcen@uqvirtual.edu.co Carrera 15 #12N, Armenia, Quindío 3127507318 B* Universidad del Quindío angiec.aguirreg@uqvirtual.edu.co C* Universidad del Quindío carlosa.ariasb@uqvirtual.edu.co D* Universidad del Quindío mariad.lopezl@uqvirtual.edu.co
RESUMEN
En las ciencias básicas, es de suma importancia conocer la medición de distintas variables, para esto, en este laboratorio se dieron a conocer diferentes instrumentos de medida como fue el pie de rey y el tornillo micrométrico, además de comprender sobre cómo conociendo las medidas de ciertas áreas de nuestro cuerpo podemos conocer la medida de objetos sin necesidad de los instrumentos físicos. Cada medición se realizó 10 veces por estudiante, cada uno con objetos diferentes y a partir de los datos obtenidos se construyó tablas con los cálculos correspondientes a la medida, como el promedio, desviación estándar, incertidumbre, entre otras. Esto ayuda a comprender de manera más concisa los términos de exactitud, precisión y resolución.
PALABRAS CLAVE
Error, incertidumbre, medida, pie de rey, tornillo micrométrico.
1. INTRODUCCIÓN
Al momento de realizar mediciones, lo que realmente se ejecuta es comparar la medida tomada con un patrón de referencia, por este motivo, cada medida obtenida representará un margen de error, el cual dependerá normalmente de diversos factores, los cuales se pueden clasificar como errores sistemáticos; que ocurren debido a problemas generados en el funcionamiento de los aparatos de medida utilizados, y también se pueden clasificar como errores accidentales, los cuales comúnmente tienen lugar debido a causas aleatorias que afectan la medida. [1] Este tipo de factores al tomar medidas, se pudieron observar en el laboratorio realizado, ya que, en él, se realizaron diferentes mediciones; buscando así, medir pequeñas longitudes empleando dos aparatos de medida; uno de ellos fue el pie de rey, que también es conocido como calibrador o calibre con escala vernier, siendo este un instrumento de medida de precisión [2]. Este instrumento incluye dos juegos de pinzas que sirven para medir exteriores e interiores. Además, gracias a la sonda de profundidad, el calibre tipo pie de rey también se puede usar para medir el fondo de un orificio ciego, o ranuras. Además del pie de rey, también se utilizó el tornillo micrométrico, el cual se basa de un simple tornillo que posee una rosca muy fina y tiene en su exterior, una escala numérica para realizar mediciones con altas precisiones [3]. Al utilizar estos dos instrumentos, se pudo observar cuál de ellos es más viable dependiendo del tipo de medición a realizar según el objeto a medir. Al realizar el laboratorio, se puede observar la importancia de comprender que cada medición puede tener un error, y por ello, es necesario que cada vez que se deba obtener una medida, se brinde utilizando factores que muestren que dicha medida presenta un error, como lo es la incertidumbre, para así entender la probabilidad de existencia de estos errores que pueden ser de diferente clasificación. Además, es muy importante aprender a manejar los instrumentos de medición, porque si no se mide de manera adecuada, ocurrirá un error sistemático dando resultados erróneos sin exactitud, perjudicando todas las mediciones obtenidas por el operario y a todas aquellas personas que tomarán estos valores como medidas de referencia.
2. METODOLOGÍA
El laboratorio realizado se llevó a cabo en la universidad del Quindío en el laboratorio de mecánica y este consistió en realizar distintos tipos de mediciones de diferentes objetos y variables utilizando dos instrumentos de medida; el pie de rey y el tornillo micrométrico. Primero, se empleó un pie de rey para medir el diámetro externo, interno y la profundidad de una tapa de agua, y un cilindro contenido en una báscula, este objeto se midió diez veces, esto con el objetivo de obtener diferentes datos y observar la precisión y exactitud de dichas medidas. Además, se midió el largo y la profundidad de dos diferentes cajas, una de ellas contenía un par de audífonos y en la otra se guardaba en tornillo micrométrico, cada una de estas variables fue medida diez veces con el objetivo de obtener distintos y observar el error de las mediciones. Figura 1. Pie de Rey Fuente. (Industrias Asociadas 2022) Después de esto, se midió el diámetro y el espesor de cuatro diferentes monedas, cada una de ellas se midió diez veces, esto con el fin de aprender a utilizar el tornillo micrométrico y entender qué instrumento se debe adecuar dependiendo del objeto a medir. Finalmente, con cada medida, se realizaron distintos cálculos y estos fueron el promedio, la desviación estándar, la incertidumbre estándar, y la incertidumbre total de la medida, además de la propagación del error, que se midió gracias a los datos obtenidos para calcular el volumen y el área de los cilindros. Figura 2. Tornillo micrométrico Fuente. (Ingeniería Mecafenix 2018)
3. RESULTADOS
Medidas obtenidas con el pie de rey: Tabla 1. Resultados del diámetro de diferentes objetos U= mm Caja Tapa agua Caja audífonos Pesa de báscula Promedio (^) 54.74 2 5.47 46.21 25. D. Estándar 0.22^ 0.04^ 0.^13 0.0^6 I. Estándar 0.07^ 0.01^ 0.04^ 0. I.Medida (^) 0.03 0.03 0. 03 0. I. Total 0.07 0.03 0.05 0. Fuente. Propia D: desviación; I: incertidumbre; V: vieja; N: nueva; U: unidades Tabla 2. Resultados del espesor de diferentes objetos Fuente. Propia En la tabla 1 y 2 , se muestra que en general la incertidumbre total de la medida es baja por lo que se concluye que el pie de rey es ideal para realizar medidas con precisión y de manera sencilla, además de que su resolución permite tener un valor más exacto que con una regla o metro. También se muestra que en la caja hay una mayor incertidumbre que en los demás, así que se debe tener en cuenta la manera de cómo el lector interpreta los datos ya que esto también afecta el resultado final. Tabla 3. Resultados del espesor de monedas U= mm (^) Moneda 1 Moneda 2 Moneda 3 Moneda 4 Promedio 2.66 1. 96 2.23 2. Espesor Caja Tapa de agua Caja de audífonos Pesa de báscula Promedio 9,43 6,7 4 15,1 5 14, D. Estándar 0,15 0,13 0,0 7 0,0 6 I. Estándar 0,0 5 0,0 4 0,0 2 0,0 2 I.Medida 0,0 3 0,0 5 0,0 3 0,0 3 I. Total 0,0 5 0,0 5 0,0 3 0,0 3
mejor manera el análisis. Según la teoría del error, los datos resultantes de las mediciones son las siguientes:
Celular 1: 15.21 + 0.018 cm; esfero: 13.47 + 0.038 cm;
lápiz: 13.87 + 0.04 6 ; celular 2: 15.51 + 0.018 cm.
Las anteriores medidas se realizaron a partir de una regla, cuya resolución es del 0.01 cm, donde el mayor porcentaje de error se presentó en los datos resultantes de la medición del lápiz y el menor presentado en la medida de ambos celulares. Además, cabe recalcar que son pocas las variaciones presentadas en los datos, con una diferencia máxima de 1 cm, lo que puede estar indicando que la regla es un instrumento de medida con precisión y exactitud.
4. Consulta Bibliográfica
¿Qué es un viscosímetro y cómo funciona? Los viscosímetros son instrumentos diseñados y especializados para realizar la medición del nivel de viscosidad de fluidos. También permiten medir otros parámetros de flujo de los fluidos. Por lo común, los viscosímetros tienen la apariencia de tubos capilares calibrados. Su forma general de funcionamiento es hacer que un fluido pase a través de los tubos manteniendo una temperatura controlada, durante un tiempo específico. Lo que resulta de este procedimiento es la medición de la cantidad de fluido que recorre una distancia determinada en un tiempo determinado. Esto permite establecer el nivel de viscosidad de un fluido. ¿Qué es un densímetro y cómo funciona? El densímetro es un instrumento fundamental en la física ya que permite conocer la densidad relativa de sustancias líquidas, se define como la relación entre el peso específico del cuerpo y el peso específico tomados como referencia. Este funciona entonces a manera de flotador, este es un tubo de vidrio hueco y cilíndrico con un bulbo en mercurio que se mantiene dentro de la sustancia y permite que flote erguido. El otro extremo del cilindro indica la densidad de la sustancia y está graduado para esto. ¿Qué es un Peachímetro y cómo funciona? El phmetro es un medidor de ph, pero su funcionamiento dista de los otros tipos de medidores de pH un tanto más sencillos. El phmetro funciona midiendo el voltaje entre dos electrodos; siendo el electrodo un conductor eléctrico para partes no metálicas. Luego procede a mostrar el valor del voltaje transformado en niveles de pH. Este procedimiento lo realiza gracias a su composición que consta de dos varillas con electrodos, uno hecho de calomel y otro de vidrio. El vidrio usado para hacer el sensor, es decir el electrodo, es uno polarizable para ser sensible a la concentración de iones de hidrógeno. De esta forma un electrodo funciona de referencia mientras el otro cambia la carga de los iones que están en el sensor a positivo. Esto genera una diferencia de potencial entre ambos electrodos que es lo que posibilita la medición del pH. Ten presentes que el pH es el potencial de hidrógeno de una sustancia; por ello la concentración de iones de hidrógenos en un sensor y la diferencia de potencial que se crea a raíz de esta permite hacer determinaciones bastante exactas de los niveles de pH.
¿Cómo se mide el radio de un átomo?
El radio atómico se mide en función de la distancia entre los núcleos de dos átomos que apenas se tocan, lo que significa que las capas de electrones de los dos átomos simplemente se tocan entre sí. Este diámetro entre los átomos se divide por dos para obtener el radio. ¿Cómo se calcula experimentalmente el número de Avogadro? Por medio de un experimento, se mide el flujo de electrones (amperaje o corriente) y el tiempo para obtener el número de electrones que pasan a través de la celda electroquímica. El número de átomos en una muestra pesada está relacionado con el flujo de electrones para calcular el número de Avogadro. En esta celda electrolítica, ambos electrodos son de cobre y el electrolito es 0.5 MH 2 SO 4. Durante la electrólisis, el electrodo de cobre ( ánodo ) conectado al pin positivo de la fuente de alimentación pierde masa a medida que los átomos de cobre se convierten en iones de cobre. La pérdida de masa puede ser visible como picaduras en la superficie del electrodo metálico. Además, los iones de cobre pasan a la solución de agua y la tiñen de azul. En el otro electrodo ( cátodo ), se libera gas hidrógeno en la superficie a través de la reducción de iones de hidrógeno en la solución acuosa de ácido sulfúrico. La reacción es: 2 H + (aq) + 2 electrones - > H 2 (g) Este experimento se basa en la pérdida de masa del ánodo de cobre, pero también es posible recolectar el gas hidrógeno que se desprende y usarlo para calcular el número de Avogadro [ 7 ]. ¿Cuáles son las funciones de la Superintendencia de Industria y comercio en lo que concierne a la metrología legal en Colombia? La Metrología se define como la ciencia de las mediciones y sus aplicaciones. Existen tres ramas de la Metrología: científica, industrial y legal. Esta última se relaciona con las actividades que se derivan de los
requisitos legales que se aplican a la medición, las unidades de medida, los instrumentos de medida y los métodos de medida que se llevan a cabo por los organismos competentes [ 8 ]. Le corresponde al Estado organizar una infraestructura de metrología legal, con la cual se alcancen los siguientes objetivos:
- Obtener un nivel adecuado de protección de los consumidores en aspectos relacionados con la salud, seguridad, medio ambiente e intereses económicos.
- Asegurar que los instrumentos de medición se ajusten a los requisitos establecidos en los reglamentos técnicos metrológicos.
- Procurar la exactitud conveniente en las transacciones comerciales.
- Facilitar el intercambio comercial nacional e internacional.
- Prevenir la ocurrencia de fraudes. ¿Qué es la calibración?, ¿cómo se calibra un equipo de medida? El término calibración se refiere a la comparación de los valores que se obtienen mediante un instrumento de medición de acuerdo a un estándar preestablecido. La calibración de un instrumento requiere tener un patrón, es decir, otro instrumento de mayor precisión. De esta manera el valor proporcionado será verificable, y se comparará con el valor indicado en el instrumento que se está calibrando. En la calibración existe un patrón principal o primario conocido como “trazabilidad”. Para calibrar un instrumento se hace una serie de comparaciones hasta llegar a este primer patrón. Investigar qué es el instituto nacional de metrología y cuáles son sus funciones. EL INM es un organismo técnico que se encarga de la Metrología científica e industrial del país. Ejecuta actividades que permitan la innovación y soporten el desarrollo econó mico, científico y tecnol ógico del paí s, mediante la investigació n, la prestació n de servicios metroló gicos, el apoyo a las actividades de control metroló gico y la diseminación de mediciones trazables al Sistema Internacional de unidades (SI) comparables con las de cualquier otro país del mundo. Así se logra confianza en las transacciones comerciales locales y de exportación.
5. CONCLUSIONES
Se concluye que el pie de rey presenta mayor incertidumbre debido a que a veces se dificulta su lectura y si este se le compara con el tornillo micrométrico, el tornillo presenta mayor resolución y precisión, y lo hace ideal para medir objetos pequeños, además de que el error que se pueda presentar en las mediciones tomadas es casi nulo. Pero, además, el pie de rey es muy útil ya que tiene muchas funciones como lo son medir diámetros externos, internos, espesor y profundidad. Gracias a el laboratorio realizado, se comprende la importancia de conocer las medidas de algunas partes de nuestro cuerpo ya que es muy útil a la hora de medir algún objeto si en ese momento no tenemos ningún instrumento de medida a la mano.
6. SUGERENCIAS Y CRÍTICAS
A la hora de medir se debe emplear el instrumento más adecuado; para ello se debe de tener en cuenta la precisión, resolución y la calibración de cada uno, además de que sea el indicado para el tipo de objeto, fluido, etc a medir. En esta práctica se utilizó el tornillo micrométrico y el pie de rey como principales instrumentos de medidas, pero a pesar de ser lo más apropiados para la realización de esta, se deben tener en cuenta los errores que se pueden generar, además de la incertidumbre presente en cada uno. Este último concepto no nos indica un error en la medición, pero sí una incertidumbre entre el valor medido y el valor estándar. Para ello, se sugiere tener en cuenta la resolución de instrumento, para así, a la hora de leer la medida se puede indicar la incertidumbre presentada en la medición. Además de lo anterior, también existen los errores sistemáticos o el error personal, por esto se sugiere que antes de manipular el instrumento se conozca cómo utilizarlo de manera apropiada, ya que de este depende la habilidad que contenga el experimentador. Una crítica dada al pie de rey se debe a que a la hora de la lectura de los decimales es el lector quien escoge el número que le parezca más proporcional a la línea del nonio de las fracciones de los milímetros, ya que algunas veces se presenta el caso donde esta línea es cercana varios números y es ahí donde se podría presentar otro error en la medida.
7. REFERENCIAS
[1] Barros Vidaurre, C., Moltó Martínez, G., & Gómez Tejedor, J. A. (2008, 5 mayo). Teoría de Errores. Laboratorio Virtual. Recuperado 14 de marzo de 2022, de http://jogomez.webs.upv.es/material/errores.htm
