FISICA LABORATORIO

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OBJETIVOS Conocer los diversos instrumentos de medición así como también saber interpretar la medida obtenida Identificar los diferentes tipos de errores en las mediciones Comprender las diferencias entre una medición directa de una indirecta. Comprender los conceptos de calibración y su respectiva importancia para sí disminuir los posibles errores. Finalmente asegurar la calidad en los procesos tratando de disminuir el margen de error. UNIVERSIDAD NACIONAL MAYOR DE SAN MARCOS Página 1
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    11-Dec-2015
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INFORME DEL LABORATORIO DE FISICA I DE LA UNIVERSIDAD NACIONAL MAYOR DE SAN MARCOS DEL TEMA 1 DE MEDIDAS

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OBJETIVOS

Conocer los diversos instrumentos de medicin as como tambin saber interpretar la medida obtenida

Identificar los diferentes tipos de errores en las mediciones

Comprender las diferencias entre una medicin directa de una indirecta.

Comprender los conceptos de calibracin y su respectiva importancia para s disminuir los posibles errores.

Finalmente asegurar la calidad en los procesos tratando de disminuir el margen de error.

INTRODUCCIN

En primer lugar daremos una introduccin a las todas las ciencias en particular a las ciencias fsicas y mencionaremos que las ciencias estudian las leyes del desarrollo del mundo material, pero cada una de ellas abarca un determinado campo de la realidad. El primer campo lo constituye la naturaleza, formada por los objetos inanimados y los organismos vivos cuyas leyes y fenmenos son estudiado por las ciencias naturales, como la Fsica, la Qumica, la Biologa, la Geologa, la Astronoma, etc. Estas ciencias son experimentales y estn relacionadas con la tecnologa y la produccin material contribuyendo tanto al progreso como el desarrollo del hombre. El segundo campo de la realidad lo constituyen los objetos y sistemas de la sociedad humana, formado por las personas con todos los productos de su actividad laboral; las leyes y fenmenos que en ella se presentan son estudiados son estudiados por las ciencias sociales, que se caracterizan por no ser experimentales y son histricamente muy importantes para entender la sociedad en la que nos desenvolvemos.Por ltimo, las ciencias del pensamiento tratan de explicar como la inteligencia le permite al hombre aprender e interpretar la realidad y a la vez plantear alternativas para transformarla; se caracterizan por ser tericas y no experimentales. Estos tres campos de la realidad estn estrechamente ligados entre si, y en su conjunto constituye la ciencia.Siempre es importante medir pues siempre se busca conocer las dimensiones de objetos y entre objetos para el estudio de muchas reas de aplicacin .en esta sesin se tratara el tema de mediciones en el cual se trata el tema de errores el cual ayuda a conocer el error que existe cuando se est efectuando unamedicina un determinado objeto para esto el estudiante aplicara formulas para hallar este error de medicin, en las cuales se utilizaran una serie deregistrosde mediciones.

FUNDAMENTOS TERICOS

Medicin:Es comparar la cantidad desconocida que queremos determinar y una cantidad conocida de la misma magnitud, que elegimos como unidad.Al resultado de medir lo llamamos Medida. Cuando medimos algo se debe hacer con gran cuidado, para evitar alterar el sistema que observamos. Por otro lado, no hemos de perder de vista que las medidas se realizan con algn tipo de error, debido a imperfecciones del instrumental o a limitaciones del medidor, errores experimentales, por eso, se ha de realizar la medida de forma que la alteracin producida sea mucho menor que el error experimental que se pueda cometer.La medida o medicin diremos que es directa, cuando disponemos de un instrumento de medida que la obtiene, as si deseamos medir la distancia de un punto a un punto b, y disponemos del instrumento que nos permite realizar la medicin, esta es directa.Unidades de medidaAl patrn de medir le llamamos tambin Unidad de medida.Debe cumplir estas condiciones:1 Ser inalterable, esto es, no ha de cambiar con el tiempo ni en funcin de quin realice la medida.2 Ser universal, es decir utilizada por todos los pases.3 Ha de ser fcilmente reproducible.Reuniendo las unidades patrn que los cientficos han estimado ms convenientes, se han creado los denominados Sistemas de Unidades.

Sistema Internacional(S.I.)

Este nombre se adopt en el ao 1960 en la XI Conferencia General de Pesos y Medidas, celebrada en Pars buscando en l un sistema universal, unificado y coherente que toma como Magnitudes fundamentales: Longitud, Masa, Tiempo, Intensidad de corriente elctrica, Temperatura termodinmica, Cantidad de sustancia, Intensidad luminosa. Toma adems como magnitudes complementarias: ngulo plano y ngulo slido.

Tipos de medicin

a) Medicin directa

La medida o medicin directa, se obtiene con uninstrumento de medidaque compara la variable a medir con un patrn. As, si deseamos medir la longitud de un objeto, se puede usar un calibrador.

Obsrvese que se compara la longitud del objeto con la longitud del patrn marcado en el calibrador, hacindose la comparacin distancia-distancia. Tambin, se da el caso con la medicin de la frecuencia de un ventilador con un estroboscopio, la medicin es frecuencia del ventilador (n de vueltas por tiempo) frente a la frecuencia del estroboscopio (n de destellos por tiempo).

b) Medicin indirecta

No siempre es posible realizar una medida directa, porque existen variables que no se pueden medir por comparacin directa, es por lo tanto con patrones de la misma naturaleza, o porque el valor a medir es muy grande o muy pequeo y depende de obstculos de otra naturaleza, etc.

Medicin indirecta es aquella en la que una magnitud buscada se estima midiendo una o ms magnitudes diferentes, y se calcula la magnitud buscada mediante clculo a partir de la magnitud o magnitudes directamente medidas.

Ejemplo 1: Se quiere medir latemperaturade un litro de agua, pero no existe un medidor de comparacin directa para ello. As que se usa unatermopar, la cual, al ingresar los alambres de metal al agua, se dilatan y dichadilatacinse convierte en una diferencia devoltajegracias a untransductor, que es funcin de la diferencia de temperatura.

Medidas reproducibles

Una medida reproducible es aquella que puede ser repetida y corroborada por diferentes experimentadores. Una medida reproducible por tanto requiere un proceso de medida o unensayo no destructivo. Ejemplo: Si se mide cualquier nmero de veces un lado de un escritorio, siempre se obtiene el mismo resultado.

TIPOS DE ERRORES

El origen de los errores de medicin es muy diverso, pero pueden distinguirse los siguientes tipos. Respecto a la ocurrencia de dichos errores se tiene: Error sistemtico Error aleatorioRespecto a la cuantificacin de los errores se tiene: Error absoluto Error relativo

Errores sistemticos

Loserrores sistemticosson aquellos errores que se repiten de manera conocidaen varias realizaciones de una medida. Esta caracterstica de este tipo de error permiten corregirlos a posteriori.Un ejemplo de error sistemtico es elerror del cero, en una bscula, que a pesar de estar en vaco, seala una masa no nula. Otro error que aparece en los sistemas GPS es el error debido a ladilatacin del tiempoque, de acuerdo con lateora de la relatividad generalsufren los relojes sobre la superficie de la tierra en relacin a los relojes de los satlites.

Errores aleatoriosLoserrores aleatoriosse producen de modo no regular, sin un patrn predefinido, variando en magnitud y sentido de forma aleatoria, son difciles de prever, y dan lugar a la falta de calidad de la medicin. Si bien no es posible corregir estos errores en los valores obtenidos, que muchas veces es una distribucin normal, y estimar el efecto probable del mismo, esto permite establecer elmargen de errordebido a errores no sistemticos.Error absoluto

Es la diferencia entre el valor de la medida y el valor tomado como exacto. Puede ser positivo o negativo, segn si la medida es superior al valor real o inferior (la resta sale positiva o negativa). Tiene unidades, las mismas que las de la medida.

Error relativoEs el cociente de la divisin entre el error absoluto y el valor exacto. Si se multiplica por 100 se obtiene el tanto por ciento (%) de error. Al igual que el error absoluto, ste puede ser positivo o negativo (segn lo sea el error absoluto) porque puede ser por exceso o por defecto, no tiene unidades.

Error de medida

Es la diferencia entre el valor obtenido, al utilizar un equipo, y el valor verdadero de la magnitud medida.

Valor verdadero

Valor Medio o Valor promedio

Como su nombre indica es un promedio aritmtico, o media aritmtica, de un conjunto de medidas realizadas a una determinada magnitudfsica.

Desviacin estndar o Error cuntico medio

Error sistemtico

Es el error que posee todo instrumento, debido a que tiene unalecturamnima.

Error estadstico

Este error es el que se genera al realizar dos o ms mediciones de una magnitud fsica. El Error estadstico se puede calcular al igual que la desviacin estndar.

Combinacin de errores sistemtico y estadstico o Error efectivo

Este error representa una combinacin de los errores principales de medicin, el sistemtico y estadstico.

Error relativo

Este error resulta del cociente entre el error efectivo y el valor medio.

Error relativo porcentual

Este error es definido para otorgar un mejor significado al error relativo. Por tal motivo es el error relativo expresado en porcentaje.

Propagacin de errores

Hay magnitudes que no se miden directamente, sino que se derivan de otras que s son medidas en forma directa.

Por ejemplo, para conocer el rea de un rectngulo se miden las longitudes de sus lados, o para determinar el volumen de una esfera se tiene que medir el dimetro. Para un caso general, supongamos que V es unafuncinde los parmetros, x, y, z, etc.

PROCEDIMIENTO

Observe detenidamente cada instrumento. Determine la lectura mnima de la escala de cada uno de ellos. Verifique si los valores estn desviados del cero.

1) Con el calibrador vernier proceda a medir el cilindro de metal con orificio cilndrico hueco y una ranura que es casi paraleleppeda, realice como mnimo 5 mediciones de cada longitud.

- Mida el dimetro D y altura H.

- Mida el dimetro d0 y la profundidad h0 del orificio cilndrico.

- Mida las dimensiones de la ranura paraleleppeda que posee el cilindro metlico.

CUADRO N1

CILINDROCilindro CompletoOrificio CilndricoRanura Paraleleppedo

MedidaD(mm)H(mm)d0(mm)h0(mm)l(mm)a(mm)hp(mm)

140,4411,463,5211,4618,461,611,46

240,3811,243,5411,2418,421,6211,24

340,0811,683,0811,6818,51,6611,68

440,511,623,711,6218,41,2611,62

540,3411,483,5811,4818,381,5211,48

Ei=Elm40.3511,53,4811,518,431,5311,5

0,140,150,210,150,040,140,15

Ea0,210,230,320,230,060,210,23

X0,210,230,320,230,060,210,23

Medida _ xx40,350,2111,50,233,480,3211,50,2318,430,061,530,2111,50,23

Volumen (Vc) (cm3) Volumen (V0) (cm3) Volumen (Vp) (cm3)

Medida _ zz14,70,170,110,020,320,05

Masa(g) _ mmm1 m2 m3m4 _ m5 m m

Volumenrealcilindro 14.17Densidadexperim.Cilindro

2) Mida la masa y las dimensiones del tarugo y la esfera, utilizando instrumentos de medida apropiados. Realice como mnimo 5 mediciones de cada magnitud.CUADRO N2TARUGO-ESFERA TARUGO ESFERA

Medidadt(mm)H(mm)mt(g)de(mm)me(g)

113,799,6617,615,10,5

213,5699,5817,815,090,52

313,1899,6217,915,080,53

413,3699,6417,715,420,55

513,699,5217,415,070,51

Es=Elm13,4899,617,6815,150,52

0,190,050,170,170,02

Ea0,290,080,260,260,03

x0,290,080,260,260,03

Medida _ xx (mm)13,480,2999,60,0817,680,2615,150,260,520,03

Volumen Vt(cm3)Masamt(g)Volumenn(cm3)me(g)

Medida _ zz14,210,6117,681,820,090,52

Medida _ (g/cm3)

3) En el cuadro N1 calcule el volumen de la parte real (parte maciza del cilindro). Halle la densidad del cilindro con la formula:

=m/V

V=14,17

=100/14.17

=7,06

4) Halle el volumen de cada uno de los slidos del cuadro N2 y sus respectivas densidades.

TARUGO:

V=14,21

=17,68/14,21

=1,24

ESFERA:

V=1,82

=0,52/1,82

=0.29CUESTIONARIO

1. Coloque el error absoluto y halle el error relativo y el error porcentual cometido en la medida del volumen del cilindro

ZErE%

13681.4987.78 mm36.4210-30.642%

2. Coloque el error absoluto y encuentre el error relativo y el error porcentual que ha resultado al obtener la medida del volumen de la placa de vidrio y/o metal y tarugo.

CUERPOZErE%

Tarugo31268.31237.62 mm37.610-30.76%

3. Halle el erro relativo y el error porcentual de la densidad del cilindro y de la esfera metalica. Exprese la medida con estos errores.

CUERPOErE%

Cilindro

Esfera0.2860.013 g/cm34.510-24.5

4. Con la ayuda de tablas de densidades, identifique los materiales de los cuerpos medidos en el experimento. Dichas tablas se encuentran en textos, o en Handbooks de Fsica.CUERPOexpteoClase de sustancia que se identifica

Cilindro metlico

Tarugo562.87 kg/m3565 kg/m3Cedrillo

Esfera0.286 g/cm32.5 g/cm3Vidrio

5. Considere los valores de las tablas como valores tericos. Halle el error experimental porcentual de las densidades

CilindroTarugoEsfera

Error experimental porcentual0.377%14.4%

6. Qu medida es mejor, la de un tendero que toma 1Kg de azcar con la precisin de un gramo, o la de un fsico que toma 10cg de una sustancia en polvo con una balanza que aprecia miligramos?

Para fundamentar mejor su respuesta anterior, conteste si es ms significativo recurrir al erro absoluto o al error relativo.

La medida mejor ser de la persona que tenga un menor error relativo, ya que expresa la relacin entre la medida y su variacin, en cambio un error relativo solo da informacin de la incertidumbre de la medicin. Por ejemplo, el tendero toma 1Kg de azcar con error absoluto = 10.1 Kg y el fsico toma 10cg de la sustancia con error absoluto = 102cg, el error relativo del tendero seria 0.1/1 = 0.1 y el del fsico 2/10 = 0.2. Por lo tanto, la primera medida es mejor, a pesar de que el error de la segunda medida es menor.

7. Conociendo la estatua de una persona y el largo de la sombra que proyecta, como tambin el largo de la sombra que proyecta un rbol

Puede determinarse la altura del rbol? Afecta a los resultados la posicin del sol?

Si afecta a los resultados la posicin del sol, si puede determinarse la altura del rbol.

8. De las figuras que lecturas se observan, tanto del vernier como del micrmetro.a) 1.10b) 9.6c) 8.12d) 5.33

9. Un extremo de una regla de longitud L se apoya sobre una mesa horizontal y el otro extremo un taco de madera de altura H.

Si se mide el valor a desde el extremo de la regla hasta el punto de contacto con la esfera, Cunto mide el radio de la esfera?Sea r: radio de la esfera y : ngulo que forman la regla con el piso, trazando el radio y uniendo el centro hasta el vrtice de , se ve que : . (1)

Y . (2)

Adems: .. (3)

Reemplazando (1) y (2) en (3), y despejando r se tiene que:

RECOMENDACIONES

Para reducir los problemas de errores siempre se debe de verificar la precisin y calibracin del instrumento antes de proceder con la respectiva medicin ya que as nos evitaremos los errores del instrumento de medicin.

En toda medicin se debe tener en cuenta los diferentes tipos de errores ya que nunca vamos a obtener una medida exacta siempre habr mrgenes de error, pero lo que se procura es minimizarlos.

BIBIOGRAFA

Fsica para ciencias e ingeniera (primera edicin)Tipo: libroAutores:Howard GrotchJhon p. Mcelvey

Introduccin a la fsica mecnica.Tipo: libroAutores:Jos Enrique Barradas GuevaraMiguel ngel Soriano Jimnez

Fisica Universitaria (novena edicin)Tipo: libro Autores:Francis w.SearHugh d.YoungMark w .ZemanskyRoger A. FreedmanWEBGRAFA http://jogomez.webs.upv.es/material/errores.htm http://www.textoscientificos.com/fisica/errores/accidentales-lectura https://www.uclm.es/profesorado/jmcolino/Docencia_archivos/Apuntes%20de%20C%C3%A1lculo%20de%20Errores.pdf

ANEXOS

VERNIER

MICRMETRO

BALANZA GRANATARIA

UNIVERSIDAD NACIONAL MAYOR DE SAN MARCOS