Medición Indirecta

Medición Indirecta
Ya hemos trabajado en la sesión anterior con mediciones directas de
“dimensiones lineales”. Hemos usado patrones naturales como “la cuarta”,
patrones arbitrarios como el “revolvedor” y patrones estandares internacionales
como el metro “m” y sus submúltiplos como son el “cm” o sea “(1/100) m ” y el
“mm” o sea “(1/1000)m”.
De manera de poder comparar las medidas se ha adoptado una serie de
“patrones” que permiten hacer dichas comparaciones y mejorar cada vez más
las medidas.
Se han adoptado patrones de “distancia”, “tiempo”, “masa” entre otros.
No obstante, la medición directa está circunscrita a que se pueda comparar la
dimensión a medir con el patrón. Algo que uno debe saber en medición es que
por el mismo proceso, uno tendrá siempre una cierta “incertidumbre” en esa
comparación. A veces uno tiende a dividir el patrón “mentalmente” para
aumentar la precisión. Pero ese proceso tiene cierta limitación o incertidumbre
siempre. Recuerden que adoptamos leer hasta la última división más pequeña.
Ese fue un compromiso, para ir más allá debemos “dividir mentalmente” esa
unidad más pequeña. Vimos también que las medidas leyendo hasta el “mm”
más cercano, tenían más cifras, ( cifras que reciben el nombre de “cifras
significativas”) que las otras medidas. Así, en distancias, entre más pequeña sea
la unidad utilizada, más cifras tendrá la medida directa.
Medimos también las áreas directamente, habiendo elegido el “cm2” y el “mm2
de las hojas milimetradas, como patrones de “superficie” o área. Medimos el
área de la “mano dibujada sobre la hoja de papel milimetrado” y nuevamente
aquí, entre más chico es el patrón de medida usado, más cifras va a tener la
medida.
Nueva Experiencia
Materiales: reglas graduadas en mm
Lámparas de mano
Papel milimetrado
Papel blanco
Cinta adhesiva o masking tape
Calculadora científica
Hoy vamos a proponernos avanzar un poco en ese proceso de medición. Vamos
a tratar de medir “indirectamente” cierta cantidad física:
a) midiendo el espesor de una hoja con la regla graduada en “mm”
Aquí, aunque el “mm” es un patrón (sub.-múltiplo del metro) muy pequeño,
el espesor de una hoja común, lo es más. Si asumimos una incertidumbre de
medio milímetro, esa incertidumbre es del orden del espesor de la hoja y la
medida directa, tendría una incertidumbre muy grande si se compara con la
misma medida. En medición se aconseja que la medida sea mucho mayor que
la incertidumbre. Se aconseja entonces cambiar de aparato, o de método.
Podría usarse u tornillo micrométrico que tenga un patrón “1/100” mm y
claro se medirá mejor el espesor de la hoja.
Pero puedo “cambiar de método” por ejemplo y medir el espesor de una
“resma” de hojas y “suponer” que ellas todas tienen el mismo espesor
(Hipótesis de trabajo) y ahora puedo usar la regla graduada en “mm” pues la
misma medida del espesor de la resma es mucho mayor que el patrón a usar
y la incertidumbre de esa medida, sería razonable. Por supuesto que debo
conocer el número de hojas, que puedo contar sin error.
Haga su medida del espesor de una hoja con éste método.
b) Aunque no hemos usado aún la medición directa del volumen, use el
método de a) para medir por ejemplo el volumen de una gota gota de
agua que sale de la jeringa, graduada en “cm3”. No olvide hacer sus
hipótesis simplificadoras y anotarlas.
c) Ahora vamos a usar una “definición operacional” en una medición. Se
trata de medir la intensidad luminosa “I” a una distancia “d” del foco de
una linterna de mano.
Foto 1. Círculo de luz producido por una linterna de mano sobre una pared
Definiremos la Intensidad de dicha luz a una distancia “d” medida desde el
foco de la linterna de la manera siguiente:
Intensidad media del haz de luz: “I” = Potencia eléctrica de la linterna /
área del círculo
Llamaremos a la potencia eléctrica de la linterna “P” y al área del círculo
mayor “A” entonces:
I
= P/A
(1)
(1) es una Definición operacional !!!!!!
La potencia media P de la linterna es de unos 2,1 watts o sea 2,1
Joules/segundo
Entonces usaremos :
P= 2,1 watts (2)
Nota : cuando divida P entre A deje tantas cifras como la medida que menos
cifras tiene.
Nota: midiendo la corriente y el voltaje en el circuito de la linterna podemos
calcular su potencia ( P = VI), la misma la asumiremos constante (una
hipótesis de trabajo). Aquí no necesita medirla, pues la hemos dado.
Nos hace falta el área “A” del círculo. Para ello basta con poner una regla
como en la figura y medir el diámetro del círculo y usar el “modelo” de un
círculo para “calcular” el área del mismo cuando uno ha “medido
directamente” su diámetro “D” o su radio “r”.
De los conocimientos de Geometría, el área de un círculo es :
Area de un círculo =  D2/4 =  r2
(3)
Siendo  = 3,1416 una constante (4)
Consejo: cuando haga el cálculo de D2 o r2 ( habiendo medido el diámetro o
el radio del círculo) , deje tantas cifras en ese cálculo como cifras tenga la
medida.
Lea “D” hasta el “mm” más cercano
Usted también puede medir directamente el área usando el patrón “mm2”
como hizo en el caso del área de la mano.
Preguntas de calentamiento!!!!!
1.Acaso la Intensidad “I” es la misma para las distintas distancias “d”.
Explique
2. ¿De qué variables cree usted va a depender la intensidad “I”?
3. ¿De qué manera varía la intensidad luminosa con la distancia?
Discuta sobre el método de “control de variables” con el Instructor (muy
importante ¡!!!). O LEA AQUÍ
Use el método del “control de variables” para :
4. Hacer una tabla de valores de I vs d
5. Hacer un gráfico de I vs d en papel milimetrado.
6. Volver a contestar a sus preguntas 1, 2 y 3
Compare sus respuestas en un caso y otro (antes y después de la experiencia).
Yendo más allá ¡!!!!!!!!!: Sensores de Intensidad de Luz
El ojo es un sensor de luz. La parte efectiva en el ojo es muy pequeña y muy
sensible a los cambios de intensidad de la luz. Pero no nos da una cantidad
numérica, sólo es cualitativa la información. Eso sí, es tan fino que puede
apreciar diferencias muy sutiles y eso nos da los diferentes colores que
podemos apreciar del mundo a nuestro alrededor. Pero, el ojo es sensible a
luz que llamamos visible. El arco iris presenta la gama de colores en ese
“espectro visible”. Y fantástico, el “campo eléctrico” que es parte de los
componentes de esa luz (el otro componente es el campo magnético) está
relacionado con la intensidad luminosa. “El campo eléctrico” de la luz se
comporta “de la misma manera que la raíz cuadrada de la intensidad de luz”.
Es decir para “ver “ el comportamiento de un campo eléctrico, podemos
“ver” con nuestros ojos o con fotómetros, la intensidad luminosa de la luz
En la siguiente parte discutiremos sobre “ construcción de fotómetros
prácticos” para medición de luz construidos con material existente en nuestro
medio.. (por supuesto que los construiremos!!!!)
a) el fotómetro con papel AQUÍ
b) el fotómetro con una LDR o FOTORRESISTENCIA AQUÍ