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Pensemos entonces, que, después de tomarte el café, vas a hacer una excursión a la montaña. En la base, miras la montaña y aproximas que debe medir \(800-1000\,\mathrm{m}\) respecto el nivel del mar. De nuevo, eso está genial para después contárselo a los amigos y la familia; pero, si hubiera que construir un edificio, necesitarímos saber las medidas exactas de todo, para que no haya ningún tipo de problema.
Es por ello que las mediciones en física son muy importantes y tenemos que saber realizarlas; así como saber medir los errores. ¡Vamos a aprender más acerca de las mediciones!
¿Qué son las mediciones, en física?
Medir es comparar la magnitud de una propiedad física de un objeto o un sistema con un patrón o estándar que nos indique su valor.
Las mediciones en la vida cotidiana incluyen:
- Medir el viento y las condiciones meteorológicas, para que los aviones puedan volar.
- Medir la demanda de energía de una región, para que la red eléctrica funcione sin fallos.
- Medir la demanda de productos en un supermercado.
- Medir las condiciones de las olas y el viento, para que los surfistas y navegantes puedan salir con seguridad.
- Medir el consumo de energía en casa, para que la compañía energética sepa la cantidad que se debe pagar.
- Medir la temperatura de una persona, para comprobar si está sana.
Fig. 1: La propiedad física longitud se mide y, luego, se traduce en unidades, mediante una norma.
¿Cómo se relacionan las medidas con las unidades y las magnitudes físicas?
Las unidades nos indican el valor de la cantidad física que estamos midiendo.
La actividad de medir se realiza a un objeto para conocer sus propiedades (o magnitud física); luego se compara con una norma aceptada para obtener un valor (la unidad).
Veámoslo en el siguiente ejemplo:
Quieres saber el peso de un paquete que te acaba de llegar. El peso es una magnitud física del paquete. Por tanto, hay que compararlo con una unidad de medida, para conocer su valor. La unidad varía en función del sistema de unidades que se utilice.
Por tanto, el paquete podría pesar \(2\,\mathrm{kg}\) o \(4,41\,\mathrm{lb}\). Realmente es lo mismo, solo varía que para una medición se utilizan los kilogramos (Sistema internacional de unidades) y para la otra, libras (Sistema anglosajón de unidades).
Reglas de medición
En general, existen dos métodos de medición: uno es por referencia, mientras que el otro utiliza unidades formales.
Medición por referencia
En la medición por referencia se toma un objeto y se emplea como referencia para medir una cantidad.
Veamos un ejemplo de medición por referencia.
Un ejemplo cotidiano es utilizar una cuchara para medir el azúcar del café, que es algo muy típico en las recetas. Sin embargo, el problema es que las cucharas son de diferentes tamaños. Por tanto, dependiendo de cuánto se llene la cuchara, se puede añadir más o menos azúcar.
Por eso empleamos la medición por referencia cuando la exactitud no es imprescindible.
Medición utilizando unidades formales
La medición utilizando unidades consiste en valerse de un estándar para poder reproducir una medida exacta cada vez que la necesites.
Veamos un ejemplo:
Imagina que estás haciendo otra receta. Digamos que en esta se indica que necesitas \(10\) gramos de azúcar. Para poder medir exactamente \(10\) gramos de azúcar cada vez, necesitarás un instrumento, como una báscula. Así, puedes añadir y quitar azúcar para obtener la medida correcta y reproducirla siempre que quieras hacer esta receta.
La capacidad de reproducir valores usando un instrumento como referencia es la razón por la que los sistemas de unidades son importantes en la medición.
Precisión en las mediciones
La precisión es fundamental a la hora de realizar mediciones. Para conseguirla, debes seguir estas instrucciones:
- Pon tus instrumentos a cero. Por ejemplo, tara la báscula que emplees, o escoge bien el punto de referencia donde empieces a medir.
- Si tienes instrumentos que utilizan marcas para leer los resultados, lee siempre el valor con los ojos directamente sobre los valores, no hacia un lado. Si no tienes cuidado al leer los valores, pueden producirse errores de paralaje.
- Repite tus mediciones: muchos errores provienen de mediciones que contienen errores menores. Puedes reducir algunos errores midiendo varias veces y, luego, promediando los resultados.
Fig. 2. Cuando utilices instrumentos con marcas, asegúrate de que tus ojos están directamente sobre la marca, para evitar errores de paralaje.
Cuando midas el tiempo que tarda un péndulo en hacer una oscilación completa, si utilizas un cronómetro, el tiempo medido dependerá de tu tiempo de reacción. En este caso, son necesarias varias mediciones para poder calcular un valor medio más preciso.
Tipos de escalas de medición
Existen varios sistemas de unidades diferentes. El sistema de unidades más universalmente aceptado es el Sistema Internacional de Unidades (SI). Otros sistemas de unidades son el Sistema Consuetudinario de Estados Unidos y el Sistema Imperial o Sistema anglosajón de unidades.
Las mediciones que utilizan sistemas diferentes pueden dar lugar a valores distintos, ya que miden las mismas magnitudes físicas utilizando unidades diferentes.
Un ejemplo de ello es la definición de temperatura para el sistema imperial, que utiliza Fahrenheit:
La temperatura de congelación del agua es de \(273,15\,\mathrm{K}\) en el SI y de \(32^{\circ}\,\mathrm{F}\) en el sistema imperial.
Errores de medición
Cuando realizamos mediciones experimentales, tenemos que considerar los errores causados por: los instrumentos de medición, situaciones accidentales o aleatorias, los métodos numéricos, etc. Como ves, existen muchas causas de error, por lo que es importante saber estimar cada tipo.
En física, un error se define como la diferencia entre el valor verdadero y el obtenido experimentalmente.
Además, los errores se pueden clasificar, no únicamente por su procedencia, sino también por aquello que quieren indicar. En este artículo vamos a distinguir entre la estimación del error absoluto, el error relativo y el error porcentual.
Error absoluto
Para estimar el error absoluto, tenemos que calcular la diferencia entre el valor medido \(x_0\) y el valor esperado o estándar \(x_{ref}\):
\[\text{Error absoluto}=|x_0-x_{ref}|\]
Imagina que calculas la longitud de un trozo de madera. Sabes que mide \(2 \,\,\mathrm{m}\), con una precisión muy alta de \(\pm 0,00001\,\,\mathrm{m}\).
La precisión de la longitud es tan alta, que se toma como \(2\,\,\mathrm{m}\). Si el instrumento lee \(2,003\,\,\mathrm{m}\), el error absoluto es \(|2,003\mathrm{m}-2\,\,\mathrm{m}|\) o \(0,003\,\,\mathrm{m}\).
Error relativo
Para estimar el error relativo, tenemos que calcular la diferencia entre el valor medido \(x_0\) y el valor estándar \(x_{ref}\) y dividirla por la magnitud total del valor estándar \(x_{ref}\):
\[\text{Error relativo}=\dfrac{|x_0-x_{ref}|}{|x_{ref}|}\]
Utilizando las cifras del ejemplo anterior, el error relativo de las mediciones es:
\[\dfrac{| 2,003\,\,\mathrm{m}-2\,\,\mathrm{m} |}{| 2 \, \, \mathrm{m} |}=0,0015\]
Como puedes ver, el error relativo es muy pequeño y no tiene unidades.
Error porcentual
Para estimar el porcentaje de error, tenemos que calcular el error relativo y multiplicarlo por cien. El error porcentual se expresa como valor de error \(\%\) y nos indica el porcentaje de desviación causado por el error:
\[\text{Error porcentual}=\dfrac{|x_0-x_{ref}|}{|x_{ref}|}\cdot 100 \%\]
Utilizando las cifras del ejemplo anterior, el porcentaje de error es del \(0,15\%\).
Mediciones - Puntos clave
- Las mediciones comparan la magnitud o el valor de una cantidad física con un patrón o unidad de medida.
- Las mediciones son importantes, ya que nos permiten conocer los valores de las variables que utilizamos en la vida cotidiana.
- Podemos medir por referencia o empleando un sistema de unidades formal.
- Las mediciones que utilizan un sistema de unidades con valores estándar (como el SI) permiten reproducir los valores medidos.
- En física, un error se define como la diferencia entre el valor verdadero y el valor obtenido experimentalmente.
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Preguntas frecuentes sobre Mediciones
¿Qué son las mediciones, en física?
Las mediciones en física son procesos de caracterización de las magnitudes de objetos o fenómenos físicos, mediante cantidades numéricas en ciertas escalas.
¿Cómo hacer una medición en física?
Las mediciones en física se hacen de diversas formas. Habitualmente, se utilizan dispositivos calibrados, que miden propiedades de forma indirecta o directa por comparación con referencias para medir.
¿Qué es una medición ideal?
Una medición ideal es la caracterización numérica de una propiedad física que no tiene ningún error asociado.
¿Qué es la exactitud de un instrumento de medida?
La exactitud de un instrumento de medida, mejor conocida como precisión, es la cantidad más pequeña de la magnitud de medición que puede resolver un instrumento de medición.
¿Qué es un error de medición y cuáles son sus tipos?
En física, un error de medición se define como la diferencia entre el valor verdadero y el obtenido experimentalmente.
Existen tres tipos de errores: absoluto, relativo y porcentual.
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