Introducción al Laboratorio de Física II

Introducción al Laboratorio de Física II
Motivación y objetivos
• Conexión de las ecuaciones con la realidad
• Introducción a las técnicas experimentales
• Introducción al tratamiento y presentación de datos
Clases
• 3 prácticas, en 4 sesiones de 3,5 horas, en C-III-3ra planta
• Prácticas generales de física (no sólo de Física II)
Evaluación
• Asistencia obligatoria, informes escritos, y examen oral
• En septiembre, examen teórico-práctico (sólo si se han realizado las prácticas)
• El laboratorio es un 20% de la nota final de Física II
Página web: http://www.uam.es/jose.soler
• Calendario, horario, grupos, profesores, normas, guiones, avisos, notas, etc
Distribución de grupos
• Calendario prefijado desde el curso anterior
• Consulta inicial a los alumnos
• Redistribución por sorteo
• Cambios sólo por:
• Incompatibilidad de horarios
• Intercambio con compañera/o
Normas de seguridad
• Leer normas generales de seguridad de la UAM
• Antes de empezar, desconectar el interruptor general de la mesa
• Apagar el interruptor y todos los aparatos antes de cualquier
cambio
• Informar al profesor de cualquier deficiencia o desperfecto
• Si alguien se electrocuta, no tocarle. Apagar el interruptor
• No comer ni beber en el laboratorio
• Leer atentamente el guión (y entenderlo) antes de empezar
• No mover material entre mesas. Dejarlo ordenado
Normas del laboratorio
• Prácticas individuales o por parejas (decisión del profesor)
• Informe preliminar cada día, antes de irse
• Medidas realizadas y estimación de errores de medida
• Borrador de gráficas y cálculos preliminares
• Acuerdo o desacuerdo con los valores esperados
• Informes individuales o por parejas (decisión de los alumnos)
• Entrega de informes al comenzar la siguiente práctica (o cuando indique el
profesor de grupo)
• Sesión final de evaluación oral, sobre las prácticas realizadas
• Todas las evaluaciónes las hace el profesor de grupo
• Entrega de informe => alumno presentado
• No hay recuperación en junio
• La nota de junio se guarda hasta el siguiente curso
Toma de datos
• Resultado experimental como apuesta (como en El precio justo)
• Tratar de minimizar el error de medida
• Medir con el máximo cuidado
• Rediseñar el método de medida
• Errores sistemáticos (o constantes):
• Sensibilidad del aparato
• Estimación “a ojo”
• Errores estadísticos (o variables):
• Desviación típica del valor => desviación típica de la media
1
σ ( x) =
N
N
2
P(x)
→ σ (Xn) =
2
σ
x0
i =1
( xi − x0 ) 2
x
∆x =
P(Xn)
σ 2 ( x)
n −1
1
n(n − 1)
n
i =1
(x − x )
2
i
1
2
1
Xn =
n
n
i =1
xi
Expresión de magnitudes
• Siempre con sus unidades (omitirlas es un error muy grave)
• Atención al orden de magnitud (también muy grave)
• Error con una cifra significativa (dos cifras en resultados intermedios)
• Valor con los mismos decimales que el error (uno más en resultados interm.)
• Valores comparados con las mismas unidades y la coma en el mismo sitio
• Ejemplo correcto:
R = (1.73±0.08) ×104 Ω (valor calculado)
R = (1.5±0.3) ×104 Ω (valor medido)
• Ejemplos incorrectos:
(Redondeos: 1.50-1.54
1.5, 1.55-1.59
1.6)
R = 15430 ± 3250 Ω
R = (1.54±0.3) ×104 Ω
R = (15±3) ×104
R = 17.3±0.8 kΩ (valor calculado)
R = (1.5±0.3)
×104
V/A (valor medido)
(correcto pero incómodo)
Propagación de errores
Regla general:
∂f
∂f
∂f
∆z
∆y +
∆x +
∆f ( x, y, z ) =
∂z
∂y
∂x
f ( x, y ) = x sen( y )
∆f = sen( y ) ∆x + x cos( y ) ∆y
Recetas particulares:
• Los errores absolutos de una suma o resta se suman
f ( x, y ) = x − y
∆f = ∆x + ∆y
• Los errores relativos de un producto o cociente se suman
x2 y
f ( x, y , z ) =
z
∆f
∆x ∆y ∆z
=2
+
+
|f|
|x| | y| |z|
• El error absoluto de un logaritmo es igual al error relativo del argumento
f ( x) = ln( x)
∆f = ∆x / x
• El error relativo de una exponencial es igual al error absoluto del argumento
f ( x) = exp( x)
∆f / f = ∆x
Gráficas
100
Posición x (cm)
80
60
40
x = -8 cm + 5.6 cm/s × t
20
x(cm) = -8 + 5.6 t (s)
0
0
4
8
12
Tiempo t (s)
16
20
Errores comunes
• Ajustes claramente incorrectos (error grave)
• Puntos medidos demasiado pequeños, o unidos por líneas
• Dibujar puntos no medidos (de ajustes) en vez de líneas
• Ausencia de magnitudes en los ejes, o de sus unidades
• Ausencia de ‘tics’ o de sus valores en los ejes
• Tics en valores poco naturales (p. ej. cada 1.25)
• Dibujar o escribir las coordenadas de los puntos medidos
• Escalas inadecuadas (demasiado espacio vacío)
Ejemplos de errores comunes
93
Posición x
80
x = 7.034 + 4.516 × t
50
40
27
7
3.2
5.5
9 10.2
14.5
19.1
Informes de prácticas
Debe estar impreso a máquina y contener:
• Breve introducción (máximo media cara):
• Objetivo: qué queremos medir o qué ley queremos comprobar
• Qué fórmulas teóricas vamos a utilizar
• Toma de datos:
• Métodos de medida, especialmente si difieren de los del guión
• Valores “crudos” medidos (esencial) y estimación de sus errores
• Tratamiento de datos:
• Propagación de valores y errores
• Gráficas
• Resultados de las medidas, identificando y comparando claramente los valores
“teóricos” esperados y los medidos
• Discusión y comentarios:
• ¿Se ha obtenido un acuerdo satisfactorio? Si no es así ¿se tiene una idea de por
qué? Dificultades encontradas. Posibles mejoras, etc.