Guía de trabajo No 1 Medidas

Guía de trabajo No 1 Medidas
OBJETIVOS [1.1]
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Realizar la identificación correcta de la medida tomada.
Tomar conciencia de la variabilidad en la medida experimental.
Usar las convenciones dadas por el S.I.
Valorar la eficacia del método experimental.
MARCO TEÓRICO [1.2]
Medida de longitudes con valores inferiores al milímetro.
Para medir longitudes con valores inferiores al milímetro, es necesario usar instrumentos
diferentes a la regla ó metro común, tales como el Calibrador Vernier ó calibrador Pie de Rey y
Tornillo micrométrico ó micrómetro Palmer.
Calibrador: El calibrador es un instrumento que permite medir décimas de milímetro con la
ayuda del nonio que ubicado en la parte inferior del cursor (Ver Fig.1).
El nonio es un ingenioso dispositivo que aumenta en “un orden de magnitud” la precisión de la
escala. El nonio es la escala pequeña que puede desplazarse a los largo de la escala original y
cuyas 10 divisiones equivalen a 9 divisiones de la escala original (Ver Fig.2). Por lo tanto al
tomar una medida el cero del nonio indicará el número entero de milímetros y la división del
nonio que coincida con una división de la graduación principal, indicará las décimas del
milímetro original, en el caso de la pulgada = 25mm + 0,40 = 25.40mm.
Algunos calibradores presentan mayor número de divisiones en el nonio, lo que aumenta la
precisión de la medida. Esto puede notarse cuando se tiene un calibrador con un nonio de 20
divisiones, lo que equivale que cada división indique 1/20mm es decir 0.05mm. Por lo general
esta precisión esta marcada en el calibrador.
El Tornillo Micrométrico: El micrómetro es un aparato usado para medir pequeñas longitudes
pero con alta precisión, alcanzando lecturas de centésimas o milésimas de milímetro. Estas
longitudes están limitadas por el cuerpo (normalmente en C ó herradura, y en caso de
micrómetros especializados tiene otras formas) y por el tornillo de medición. En la fig.3 se puede
observar las principales partes del micrómetro como son; el embrague ó trinquete (con el que se
da la justa torsión al tornillo de medida), el tambor graduado, escala ó tuerca fija graduada, el
seguro ó palanca de fijación, el cuerpo (el cual cambia su forma dependiendo de su aplicación),
los palpadores ó husillo y yunque (donde se coloca el elemento a medir).
El micrómetro usa el principio mecánico del tornillo para asegurarse de obtener 100 divisiones
(una por cada vuelta) por cada milímetro, ó 50 divisiones por cada medio milímetro, logrando
así alta resolución en la medida. Esta medida (las centésimas de milímetro) es tomada en las
divisiones mostradas por el tambor. La cantidad de milímetros es presentada en la graduación
sobre la tuerca fija, la que generalmente también presenta subdivisiones de 0.5mm en la misma
escala.
Una variante en el micrómetro que da una mayor sofisticación en la medida es agregar un nonio
frente a la escala del tambor, lo que aumenta la precisión en 1/10 de la escala del tambor. En la
siguiente figura se puede observar una medida de 4.99mm.
Sumando A + B + C = 4.99mm
EQUIPOS Y MATERIALES [1.3]
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Regla graduada en milímetros.
Un calibrador ó Pie de Rey
Tornillo micrométrico.
Arandelas, balines, monedas
PROCEDIMIENTO [1.4]
1.5.1 Toma de Datos para diferentes muestras (Lean todas las instrucciones antes de iniciar):
o
Completar las columnas de la tabla 1 mostrada, de acuerdo con lo indicado en los
siguientes numerales. (Como son varios instrumentos de medida, distribuir las labores entre
todos los miembros del grupo para cumplir con lo solicitado)
Tabla
Datos
1
Diámetro con el Calibrador
Moneda
Arandela
Espesor con el Micrómetro
Moneda
Arandela
2
3
4
5
Valor
medido
Verdadero
Usando el calibrador ó pie de rey mida el diámetro de una moneda y el diámetro de la arandela.
Anotarlo el valor hallado en la fila 1 de la Tabla 1, en la 2ª y 3ª columna. Luego permitir que los otros
compañeros del grupo tomen la misma medida y lo anoten el las siguientes filas. Nota: Todos los
miembros del grupo deben hacer mediciones y se debe realizar un total de cinco mediciones por cada
magnitud.
Mientras los compañeros están midiendo el diámetro, aprovechar el tiempo y medir el espesor de la
moneda y la arandela y anotarlo en las columnas correspondientes. Asegurarse que los compañeros
también tomen estas medidas y lo anoten el valor medido en las filas siguientes.
Como se tienen 5 medidas del mismo atributo ó característica, determinar (de acuerdo a criterios
propios) el valor que consideran mas ajustado al valor real y anotarlo en la última fila. (Por ningún
motivo modificar los valores ya medidos.)
Luego de determinar el valor medido para cada magnitud, atienda las consideraciones de su
profesor antes de continuar con el procedimiento.
¿Por qué hay variabilidad en las medidas? ¿Qué podría causarlo?
MARCO TEÓRICO [1.5]
Magnitud y Medida
Magnitud: Se entiende como magnitud al atributo ó característica de una sustancia, material ó
fenómeno físico que se distingue cualitativamente y puede ser determinado cuantitativamente.
Ejemplo: La longitud es una magnitud en sentido general la cual puede ser observada de forma
particular en la longitud de una varilla, el ancho de una mesa, la distancia recorrida por una
partícula en estudio (persona, vehículo, animal, electrón, etc.), ó incluso la longitud de onda, la
cual esta íntimamente ligada con la velocidad de propagación de la misma. Por lo tanto, este
término puede ser referido a una magnitud en sentido general (longitud, tiempo, masa,
temperatura, etc.) o a una magnitud particular como los casos ya mostrados.
Unidad: Cuando una magnitud es discriminada de un fenómeno físico, se hace necesario
cuantificar la cualidad como tal, y para ello se requiere compararlo con otra magnitud
particular de la misma naturaleza ( llamada patrón), para expresar tal magnitud como un valor
proporcional de la magnitud patrón (instrumento de medida). En otras palabras, la unidad de
medida es “una magnitud particular, definida y adoptada por convención, con la cual se
comparan las otras magnitudes de la misma naturaleza, para expresar cuantitativamente su
relación con esta magnitud”. Ejemplo: al medir una longitud se compara con otra longitud
definida por convención la cual es representada en un instrumento de medida llamada regla, ó
flexómetro ó decámetro, etc. Las unidades representadas en estos instrumentos de medida
pueden ser metros, centímetros, yardas, pulgadas, milímetros ó la combinación de ellos.
Valor verdadero:
Valor Convencionalmente Verdadero:
Valor numérico: es el valor de una magnitud el cual expresa el número de veces de una unidad
de medida. Es decir, cuando se muestra 5,35m se esta indicando que el mensurado (valor
medido) tiene 5 metros y un valor parcial de 0,35 partes de un metro.
Aclarar Terminos: Medición: , Metrología: , Trazabilidad: , Exactitud: , Precisión y
repetibilidad: , Reproducibilidad: , Error de Medición , Incertidumbre , Calibración , Ajuste
,Resolución del instrumento de medida
PROCEDIMIENTO [1.6]
1.7.1 Reconsideración en la toma de datos:
1. Calcular el valor de la mínima división, tanto para el calibrador, como para el tornillo
2.
3.
4.
5.
6.
7.
micrométrico.
Recordar hacer los ajustes de cero en los instrumentos de medida antes indicado,
anotando los valores a ajustar y teniendo en cuenta en indicar como positivo el valor que
se deba adicionar al indicado en la escala graduada ó negativo si se le debe restar.
Medir de nuevo las magnitudes solicitadas en la Tabla 2, teniendo en cuenta el ajuste de
cero, las cifras significativas, y corrigiendo las posibles causas de error discutidas con el
profesor.
Para tomar las magnitudes especificadas, tener presente en medir los diámetros
(columnas 2 y3) con el calibrador y el espesor (columnas 4 y5) con el tornillo
micrométrico. En la columna 6 tome el diámetro de la moneda con el micrómetro.
Adicionalmente a lo anterior, tome el calibrador y medir el diámetro interno de la
arandela. Para hallar el valor convencionalmente verdadero, tomar 5 medidas.
Los otros compañeros, y mientras se toman los datos anteriores, usar el micrómetro para
medir el diámetro del balín (tomar 5 muestras) y luego lo midir con el calibrador.
Tomar un cabello y usar el tornillo micrométrico para determinar el espesor del mismo.
Tomar 10 medidas para determinar el valor convencionalmente verdadero. Comparar este
resultado con el de los otros grupos de trabajo.
Tabla No2
Datos
1
2
3
4
5
Valor medio
Incertidumbre
debida
al
instrumento
Medida
Experimental xxx
±x.xx [m]
Desviación
estándar.
Diámet
ro con
Calibra
Moned
Arandel
Espesor
con
Micrómetr
Moneda
Espes
or
Micró
Arande
Diam.
Con
Micrómetr
Moneda
Diámetro
int
Calibrad
Arandela
Diamet.
Con
Micrómetr
Balín
Diamet.
Con
micrómetro
Cabello
ANÁLISIS DE DATOS [1.7]
1. Determinar los valores verdaderos para cada una de las magnitudes medidas,
2.
3.
4.
5.
6.
7.
8.
correspondientes a cada uno de los instrumentos de medida. (Usar la formula vista
en clase)
Calcular el error (incertidumbre) debida al instrumento de medida en la fila
indicada
Anotar en la ultima fila de la tabla 2 la medida experimental, asegurándose de
presentar este valor con el error (incertidumbre) conocido.
Comparar los diámetros medidos con el calibrador vs. el micrómetro. Hay alguna
variación. ¿Es lógico el resultado? Justificar su respuesta.
Comparar el espesor medido con el de los otros compañeros. ¿Es lógico el
resultado? Justificar su respuesta.
Cuantas cifras decimales (significativas) le entrega el calibrador y el tornillo
micrométrico.
Calcular el área de la moneda, arandela y volumen del balín.
Teniendo en cuenta la variabilidad de las medidas tomadas, calcular para cada
magnitud la desviación estándar correspondiente. Tener en cuenta que el número
de datos es menor de 30.
PREGUNTAS [1.8]
1. Determinar ¿que es medición directa, medición indirecta, variable dependiente,
2.
3.
4.
5.
variable asociada y variable independiente?. De acuerdo con lo hallado, concluir
que tipo de variable es usada en el proceso de medición directa; y como se usan
las variables ya definidas en el proceso de medición indirecta.
¿Cual de los instrumentos le ofrece mayor variabilidad, y cual mayor precisión?
¿Cómo afecta la resolución (precisión) del instrumento la variabilidad de la
magnitud medida? Justifique su respuesta en base a los datos experimentales
obtenidos.
¿A que se debe la variación en las medidas tomadas a la misma magnitud?
¿Cual de las medidas hechas tiene mayor variabilidad?
¿Es posible obtener la variabilidad de la medida? ¿Que nombre recibe?