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Introducción a la Experimentación
Introducción a la Experimentación
Profesor: Antonio Guerrero y Elena Mas
Octubre 2018
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Registro de datos
• Monitorización de la temperatura de un horno
Fluctuación de las medidas
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Variables aleatorias
• Dos variables aleatorias con valor cuadrático medio distinto
temps (s)
0 20 40 60 80 100
x1
0
5
10
15
20
25
30
0 20 40 60 80 100
x2
0
5
10
15
20
25
30
temps (s)
= 3
= 1
T
TT
dttxT
x )(2
1lim
T
TT
x dtxtxT
22))((
2
1lim
Definición de Error:
Incertidumbre que surge al realizar una medida en el laboratorio
Introducción a la Experimentación
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Medida y Concepto de error ERROR: Incertidumbre que surge al realizar una medida en el laboratorio
Una medida se expresa mediante 3 elementos:
El error absoluto proporciona los límites del intervalo centrado en el valor
aceptado, VA, entre los cuales existe gran probabilidad de que se encuentre el
valor verdadero, VV
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Error relativo
El error relativo es un indicador de error muy útil porque expresa
directamente la calidad de la medida, por lo cual indica cual es su precisión.
Una manera corriente de expresar el error de una medida es usar el error relativo en tanto por cien, %, y en partes por cien (o mil, diez mil, etc...) Así si = 0,004, el error de la medida es de 4 por mil (4 ppm).
Ejemplo
Supongamos que medimos con una regla que marca hasta los milímetros, dos longitudes y obtenemos:
x = 1000,0 0,1 cm
y = 10,0 0,1 cm
¿Cual de las dos medidas es más precisa?
A
A
Vr
r
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Fuentes de error
Escala (εesc): Debido al equipo que usamos
Sistemáticos (εsis): defectos del método o del aparato de medida.
Se pueden evitar
Accidentales (εacc): no se pueden evitar ni controlar y proceden
de una multitud de causas
Introducció a l’Experimentació
P. ej. Cronómetro (0.01 s) vs reloj (1 s)
P. ej. Termómetro mal calibrado
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1-¿Cuál de las siguientes cantidades es más precisa? 2-¿Cuál de las siguientes cantidades es más fácil de leer? 3-¿Hay mucha diferencia de precisión entre una y otra?
Escritura de las cantidades medidas
V = (80421.03145 ± 41.01235) m3 V = (80420± 40) m3
VA
VV
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Escritura de las cantidades medidas
Introducción a la Experimentación
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Ejemplo: Suponemos que hemos determinado el volumen V = 80423,67 m3, con un error (V) = 37,26 m3.
• Primero redondeamos el error para dejarlo con una cifra significativa porque el primer número es grande: (V) = 40 m3.
• Como por debajo de las decenas las cifras no son significativas (menor que el error) redondeamos el valor aceptado hasta las decenas: V = 80420 m3.
Finalmente damos la cantidad con su error y sus unidades
V = (80420± 40) m3
Escritura de las cantidades medidas
Introducción a la Experimentación
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Escritura de cantidades medidas
Ejercicio: Expresa correctamente con todas las cifras significativas y la notación científica que corresponda las siguientes cantidades:
1. 17,923 ± 1,691;
2. 543,9876 ± 3,68
3. 9789,82 ± 11,3;
4. 3,3923 ± 0,1240;
5. (22,34 10-6) ± (5,12 10-7);
6. 235,113 ± 1,02;
7. 5398342,32 ± 824,54.
Introducció a l’Experimentació
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Tipos de Errores 1. Errores sistemáticos: produce de igual modo en todas las
mediciones que se realizan de una magnitud debido al método
empleado.
P. ej. Un horno tubular con un termopar que no está en el lugar preciso
donde queremos realizar una medida.
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Tipos de Errores 2. Errores accidentales: Debido a variabilidad de parámetros que no
podemos controlar. P. ej. Medir cuanto tarda una pluma en caer desde lo
alto de un edificio, dependerá de cuanto sople el viento
3. De escala: Originados por el propio equipamiento científico que
usamos, más o menos preciso:
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Cálculo de Errores
• Errores medidas directas
– Errores de Escala: intrínseco del aparato de medida
– Errores de realizar n medidas: debido a la variabilidad de la
medida debido a fenómenos que no podemos controlar
• Errores medidas indirectas :
– Método de las derivadas parciales
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Cálculo de Errores
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Ejemplo: Polímetro
Promax ® leemos R =
47,37 k, ¿error?
Cálculo de Errores
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• Histograma de un medida múltiple
longitud (cm)
12.10 12.20 12.30 12.40 12.50 12.60
no
mb
re d
e m
es
ure
s
0
1
2
3
4
5
6
30 mesures
60 mesures
Distribución gaussiana, definida por m i
m
x - m
-4 -3 -2 -1 0 1 2 3 4
Dis
trib
ució
gaussia
na
0.0
0.1
0.2
0.3
0.4
0.5
m
2
2
1 exp
2
1);;(
m
m
xxPG
Error de una magnitud medida directamente al realizar un número n de medidas
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• Aplicación de la distribución gaussiana en una medidas múltiple
x
105 110 115 120 125 130 135 140
fracció
de m
esu
res
0
2
4
6
8
10
12
14
16
18
20
Introducció a l’Experimentació
Parámetros:
im xn
x1
22
11
1min xx
n
nxm
2)(
Media Desviación estándar Error de la media
Error de una magnitud medida directamente al realizar un número n de medidas
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Ejemplo: Error número n de medidas
im xn
x1
22
11
1min xx
n
051.09
006.022)(
nxm
R= 5.62 ± 0.05
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Cálculo de Errores
• Errores medidas directas
– Errores de Escala
– Errores de realizar n medidas
El error que usaremos será el que sea mayor de los dos
P. ej. En la práctica del muelle 1-Cronómetro (± 0.01 s) Error n medidas > error escala
2-Contador (± 1 s) Error escala > Error n medidas
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Error de una medida indirecta
Método de las derivadas parciales: Si calculamos una magnitud R a partir de las variables medidas x, y…,
Se puede obtener el error de R con la siguiente expresión
,...),( yxfR
...
yxR
y
f
x
f
Medida indirecta: magnitud física que no se determina directamente con una medida sino a través de una fórmula
Ejemplo: área de un rectángulo
S = a· b
El valor verdadero de S estará entre los valores
(a + εa) (b + εb) = a b + (b εa + a εb)
(a − εa) (b − εb) = a b − (b εa + a εb)
Los errores siempre son aditivos!
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Propagación de errores
Ejercicio
A la hora de medir la potencia P que una fuente de tensión continua ( una pila o una batería , por ejemplo) suministra a una carga resistiva , tenemos P=I V
donde V e I representan el voltaje aplicado y la corriente que circula, respectivamente. Si hemos obtenido los siguientes valores
I = 1.53 ± 0.05 A
V= 4.21 ± 0.01 V
¿ Cuál es el valor de la potencia, con su error?
Introducció a l’Experimentació
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Regresión lineal
T (oC)
-50 0 50 100 150 200 250
L (
cm
)
100.15
100.20
100.25
100.30
100.35
100.40
100.45 )1(0 TLL
aTbL
Dilatación térmica de una varilla
Ley de la dilatación en la longitud con respecto a la temperatura
Siendo el coeficiente de dilatación es lineal. Es una constante propia del material
Recta de regresión
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Introducció a l’Experimentació
Regresión lineal
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Regresión lineal
• Parámetros de la regresión
T (oC)
-50 0 50 100 150 200 250
L (
cm
)
100.15
100.20
100.25
100.30
100.35
100.40
100.45
)1(0 TLL
aTbL
baxy
2/122
yyxx
yyxxr
ii
ii
)(arccos tan 2
rn
aa
21
iab xn
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Introducció a l’Experimentació
Se aplica un voltage en un circuito electrico y se obtienen los siguientes valores de corriente:
a= 0.94 V/A, b= 0.65V y = 0.94x+0.65
Regresión lineal
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Tablas
Magnitud y unidades
Error
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• Incluye los ejes con divisiones y un título en cada eje en el que se expresa la magnitud y unidades
• Ajusta los ejes para que no quede espacio vacío.
• Identifica las curvas que sean como conjuntos de puntos
Introducció a l’Experimentació
Representación de gráficas
Sin títulos en los ejes no se sabe lo que se ha medido en la gráfica
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Representación de gráficas
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Cuaderno 1. Autores 2. Titulo práctica 3 Introducción: Descripción del marco teórico en el que se engloba la práctica. Debe contener todas las ecuaciones esenciales para realizar los cálculos y las explicaciones que establece las relaciones entre ellas. 4. Metodología: descripción del material empleado y cómo se han realizado las medidas. Por ejemplo, montajes de laboratorio necesarios, etc... 5. Resultados y Discusión: En esta sección se presentarán todos los datos generados en forma de tablas y gráficos tal y como se explica en el guión se prácticas. Las tablas y gráficos deben ser producidos en Word y Excel, impresas y pegadas en el cuaderno. 6. Conclusiones: En las conclusiones se responderá a todas las cuestiones adicionales que se plantean en el guión de prácticas.