PRÁCTICA I Conceptos de metrología

MATERIA: FÍSICA
PRÁCTICA I
Conceptos de metrología
OBJETIVO.
Que los alumnos aprendan a establecer las fuentes de error originales en las
mediciones y los procesos, para que diferencien y aprendan a usar los
diferentes tipos de instrumentos de medición.
NORMAS DE SEGURIDAD:
 Trabajar dentro de la línea de seguridad
EQUIPO DE SEGURIDAD:
 Bata abotonada
 Zapatos cerrados
INVESTIGACIÓN PREVIA:
1) Explicar que es la metrología.
2) Describe el funcionamiento de los instrumentos de medición: calibrador o
Vernier y el Micrómetro.
3) Explica ¿qué es el análisis dimensional?
4) Investiga qué es exactitud y qué es precisión en un instrumento de medición
¿cuál es la diferencia?
EQUIPO:
1 Regla de un metro, con módulos en centímetros
1 Flexómetro
1 Vernier
1 Micrómetro
Proporcionados por el alumno:
1 carrito “hot-wheels”
1 Tapa de plástico
15 “fichas o tapas de agua” de diferentes marcas
MARCO TEÓRICO:
Medir las dimensiones de los objetos es una actividad que se realiza con gran
frecuencia casi en todos los aspectos, por lo cual es necesario estudiar este
tipo de mediciones analizando los instrumentos y dispositivos dedicados a
medir longitudes.
Actualmente se aceptan internacionalmente las unidades definidas por el
Sistema Internacional, mismo que para mediciones de longitud, establece al
metro como unidad base, sin embargo en éste ámbito se encuentra
ampliamente difundido el Sistema Inglés, que utiliza al pie y la pulgada como
unidades para medir dimensiones.
Los instrumentos básicos para medir longitudes son: reglas graduadas, barras
y cintas metálicas. También se utilizan calibradores de tipo pie de rey con
Vernier o con carátula circular y diferentes tipos de micrómetros.
CONCEPTOS BASICOS
Valor Verdadero.- Es un valor teórico que solo podrá obtenerse usando
instrumentos perfectos, muestras invariables (No afectadas por el medio
ambiente) y técnicas de medición perfectas. Sabemos que este valor existe
pero nos podremos acercar a este mediante el uso de instrumentos más
precisos.
Error.- Es la diferencia entre el valor obtenido y el valor verdadero de la
cantidad que se mide.
Errores Sistemáticos.- Son aquellos que, en principio, pueden evitarse o
corregirse. Dentro de estos podemos tener a los accidentales, que son los que
resultan de la ejecución defectuosa, como la colocación de posición del
instrumento, lecturas equivocadas de las escalas o errores al leer las divisiones
más pequeñas (mala técnica de medida y hábitos del observador). Estos
pueden corregirse mediante el entrenamiento y trabajo cuidadoso.
También están los debidos a una causa permanente debido a una imperfección
en la fabricación (defectos del instrumento), o la calibración defectuosa del
instrumento.
Se reduce este tipo de errores adquiriendo instrumentos de fábricas
acreditadas y verificando periódicamente con la oficina de Pesas y Medidas,
así como controlar que las condiciones del medio ambiente estén acordes con
las instrucciones que acompañan a todo instrumento de medición.
Errores Residuales.- Son aquellos que inevitablemente permanecen aunque
se eliminen todos los sistemáticos. Estos errores incontrolables no se pueden
evitar en ninguna medida y con frecuencia producen extrañas fluctuaciones que
no siguen regla alguna. Frecuentemente están producidos por la combinación
errática de gran número de pequeños defectos, algunos de los cuales tienen
causas conocidas y otras no.
Límite de un instrumento.- Es la división mínima de la escala y a este límite
también se le denomina límite de resolución del instrumento.
Incertidumbre de un instrumento
La incertidumbre de una medición es la división más pequeña del instrumento y
proviene de la necesidad de estimar el último dígito de la medición. Cuando
realizamos una serie de mediciones, la incertidumbre es el rango de valores
entre del valor medio más el error medio y el valor medio menos el error
medio.
A continuación se desarrolla un método para reducir los errores:
1. - Obtener el valor más aproximado al valor verdadero que se llama valor
medio
Valor medio = Suma de Valores medidos / Número de mediciones
Por ejemplo: Al efectuar una medición tres personas, tenemos los siguientes
valores: 18.14, 18.17, 18.15 cm, substituyendo:
Valor medio =
18.14  18.17  18.15 54.46
=
3
3
Valor medio = 18.15 cm
Teniendo el valor medio y cada una de las mediciones determinaremos el valor
absoluto de cada una de ellas aplicando:
Error absoluto = Valor medido – valor medio
18.14 - 18.153 = 0.013
18.17 - 18.153 = 0.017
18.15 - 18.153 = 0.003
Como siguiente paso determinará el error medio aplicando sin considerar los
signos:
E m = E absoluto / No de mediciones
Error medio =
0.013  0.17  0.003
0.033
=
= 0.011 cm
3
3
Teniendo el error medio determinaremos el intervalo de incertidumbre del valor
verdadero aplicando la siguiente expresión:
Intervalo de incertidumbre = Valor medio  Error medio
Intervalo de incertidumbre = 18.153  0.01 1 cm
En los experimentos siempre efectuaremos un mínimo de cinco mediciones
para cada cantidad física a medir. En caso de que solamente se efectúe una
sola medición el error medio se establecerá con la mitad de un módulo de la
escala. Por ejemplo si sólo se hubiere efectuando la primera medición con una
regla graduada en módulos de un milímetro obtendríamos:
Intervalo de incertidumbre = 18.14  0.005 cm
PREPARACIÓN DE LA PRÁCTICA:
DESARROLLO:
1.- Mide las 15 fichas o tapas con el Vernier y micrómetro.
Los objetos deben medirse siempre del mismo lado, tomando como referencia
alguna figura o marca.
Reportarás las mediciones en: milímetros (mm.)
Instrumento
Vernier
Micrómetro
PIEZA
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
11
12
13
14
15
Límite del instrumento
Décimas de milímetro (0.0)
Centésimas de milímetro (0.00)
VERNIER
DIÁMETRO ESPESOR
MICRÓMETRO
DIÁMETRO ESPESOR
Nota: En caso de los instrumentos con los que realices la práctica usen
unidades en el Sistema Inglés (pulgadas o milésimas de pulgada), tendrás que
realizar las conversiones al Sistema Internacional (milímetros).
2.- Determinar mínimo tres veces y con personas diferentes del equipo, el
diámetro exterior, diámetro interior y profundidad de la tapa de plástico o de la
ficha, utilizando el Vernier.
ALUMNO
Instrumento
Límite del instrumento
Vernier
Décimas de milímetro
DIÁMETRO
EXTERIOR
DIÁMETRO
INTERIOR
PROFUNDIDAD
1
1
1
2
2
2
3
3
3
4
4
4
Nota: En caso de los instrumentos con los que realices la práctica usen
unidades en el Sistema Inglés (pulgadas o milésimas de pulgada), tendrás que
realizar las conversiones al Sistema Internacional (milímetros).
3.- Con el micrómetro y el Vernier determina las siguientes especificaciones
para el carrito “hot-wheels”:
-
diámetro de las llantas
ancho de las llantas
largo del carrito
ancho del carrito
altura del carrito (con llantas)
distancia entre ejes
tamaño de las ventanas
tamaño del cofre
Cálculos
1- Calcula el valor medio de los resultados obtenidos en los puntos anteriores
de acuerdo con la fórmula siguiente:
Valor medio = Suma de valores medidos / Número de mediciones.
2- A partir del valor medio de cada una de las mediciones determine el error
absoluto aplicando la siguiente formula:
Error absoluto = Valor Medido – Valor Medio
3- Los signos positivos y negativos sólo los tomaremos como indicación cuando
la medición se encuentra a la derecha o a la izquierda del valor medio. Como
siguiente paso determinará el error medio sin considerar los signos.
Error medio = Suma de errores absolutos / Número de mediciones
4- Determinará el intervalo de incertidumbre de acuerdo a la siguiente fórmula:
Intervalo de incertidumbre = Valor medio  Error medio
La precisión es la capacidad del instrumento de repetir una misma lectura con
una exactitud dada, pudiendo ser expresada por un porcentaje.
% P = ( L - Lx / L ) 100
%P = Por ciento de precisión
L = Valor medio del conjunto de lecturas
Lx = Valor más alejado del conjunto de lecturas
ANÁLISIS DE RESULTADOS:
Los alumnos deberán hacer una comparación de las diferentes mediciones
realizadas, con los diferentes instrumentos con que se midieron, es decir por
ejemplo, comparar las tablas y los resultados de medir con la regla y con el
flexómetro y sacar las conclusiones correspondientes con respecto:
a) La precisión y el tipo de instrumento usado (cada uno con su tabla)
b) Los tipos de errores encontrados así como corregirlos.
c) Además se deberá definir si los instrumentos son precisos o exactos, o
ambos.
d) El mismo tipo de análisis se hará para las monedas que se midieron con
el Vernier y con el micrómetro.
e) La presentación de resultados se deberá de presentar en unidades del
Sistema Internacional.
f) Conclusiones generales
NOTAS PARA LOS ALUMNOS:
1) Lo resultados se deberán de presentar en unidades del Sistema
Internacional.
2) El reporte final de la práctica deberá ser entregado a máquina de escribir o
en procesador de textos (PC) sin excepción.
3) Las prácticas impresas sólo sirven de guía y referencia.
4) No aceptan copias fotostáticas en el reporte final.
5) La entrega del reporte de práctica es por equipo
RECURSOS BIBLIOGRÁFICOS:
-
RESNICK, ROBERT. DAVID HALLIDAY, KENNETH. Física. 4ª ed. CECSA, México
D.F. 2002.
DAVID HALLIDAY, ROBERT RESNICK. Fundamentos de física: volumen 1. 3ª. Ed.
CECSA, México, D.F. 2001.
TIPPENS, PAUL E.
Física: conceptos y aplicaciones. 6ª ed. McGraw Hill /
Interamericana, México, D.F. 2001.
TIPLER, PAUL ALLEN. Física para la ciencia y la tecnología. Reverté, Barcelona,
España. 2000.
SERWAY, RAYMOND A. Física para ciencias e ingeniería. 5ª ed. McGraw Hill /
Interamericana, México D.F. 2002.
http://depa.fquim.unam.mx/~lfe/
http://tecnocervanties3.blogspot.com/2008/11/metrologa-calibre-y-micrmetro.html