Instrumentos de medida. Errores.

1. Cualidades de los instrumentos de medida.

Los instrumentos de medida sirven para realizar medidas de las distintas magnitudes físicas durante la fase de experimentación del método científico para comprobar si nuestra hipótesis es correcta.

Por lo tanto, la elección de un instrumento de medida es fundamental a la hora de llevar a cabo la medición. Por ejemplo, ¿medirías la distancia entre dos ciudades con una regla?. ¿O la masa de un grano de arroz con una báscula de baño?. 

En primer lugar tendremos que saber que es lo que se conoce por medir.

"Medir una magnitud es compararla con un patrón"

Un patrón no es mas que un valor concreto de esa magnitud, que se toma de forma arbitraria, pero que es común para todo el mundo. Cuando medimos expresamos cuantas veces esa magnitud contiene ese patrón.

Cuando medimos lo podemos hacer de dos maneras:

1. Comparando directamente con el patrón (así lo hacemos al medir con un metro).

2. Usando instrumentos de medida que están calibrados en fracciones de patrón en cuestión y nos darán directamente la medida (como lo hace un radar de velocidad).

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Es muy necesario, por tanto, conocer cuales son las cualidades de los instrumentos de medida para que a la hora de llevar a cabo una medición se lleve a cabo de manera correcta: 

* Precisión. Es el valor más pequeño de una magnitud que se puede medir con un instrumento de medida. Se representa por el valor más pequeño de la magnitud que es capaz de determinar antecedido por el símbolo +. Por ejemplo, las reglas de clase tienen una precisión de + 1 mm. Cuanto más pequeño es el valor de la precisión, más preciso es, porque puede detectar variaciones más pequeñas.

* Sensibilidad. Es la capacidad de un instrumento de medida para apreciar cambios en la magnitud que se mide. Está relacionada con la subdivisión mínima de su escala, o lo que es lo mismo, un instrumento de medida es más sensible cuando es más preciso.

Por ejemplo, si mido un tiempo con un cronómetro que mide centésimas y obtengo 10,23 s, la sensibilidad es 0,01 s.

Otro ejemplo, en un reloj de pared, la mínima cantidad de magnitud que mide es 1 segundo, por lo que la sensibilidad es 1 s.

Para cada medida que hagamos necesitamos tener cierta sensibilidad y no es siempre la misma. Por ejemplo, para medir la distancia entre ciudades no necesitaremos un instrumento de medida que aprecie milímetros, pero sin embargo, para medir el grosor de un grano de arroz si que lo necesitaríamos.

Fíjate en la imagen, tenemos dos reglas, una con una precisión de 1 mm y otra con una precisión de 1 cm, o lo que es lo mismo, 10 mm. Como la primera es más precisa que la primera, también es más sensible.

* Exactitud. Es la capacidad que tiene un instrumento para medir un valor cercano al real de la magnitud que se está midiendo. 

* Fidelidad. Es la capacidad de un aparato de obtener el mismo valor de la magnitud que estamos midiendo por más medidas que estemos haciendo.

* Rapidez. Capacidad de un aparato de realizar medidas en el menor tiempo posible.

* Intervalo de medida. Es el conjunto de valores que el aparato puede medir (que va desde el valor mínimo del aparato hasta el máximo).

2. Errores de medida.

Toda medida se ve afectada por errores: 

* Sistemáticos. Relacionados con el equipo de medida o a su mal uso, por lo que pueden corregirse o minimizarse. Por ejemplo cuando una báscula no está correctamente calibrada. 

Otro ejemplo seria cuando por razones ambientales, el equipo de medida no realiza la medida de manera correcta.

* Aleatorios. Son fortuitos e impredecibles, por lo que escapan al control del experimentador y no se pueden evitar. Ejemplo: Al medir una linea por medio de distintas personas o bien la misma por medio de varias personas. Siempre va a ocurrir que estas medidas difieren y no hay método para evitar estos errores.

Precisión y exactitud.

En función de los errores cometidos hablamos de las siguientes características de las medidas:

Precisión. Indica la similitud de las medidas realizadas. NO ERRORES ALEATORIOS.

Exactitud. Refleja cercania entre medidas y valor real. PRECISIÓN + NO ERRORES SISTEMÁTICOS.

Expresión de la incertidumbre de una medida. Error absoluto y relativo.

Al realizar una medida, junto al valor obtenido hay que señalar la incertidumbre asociada al proceso de medida separado con el símbolo +. Hay dos maneras:

* Mediante el valor absoluto. Que es la diferencia entre el valor obtenido y el valor real de la magnitud que se mide. Como no conocemos este último, se trata de una estimación. En este curso tomaremos como error absoluto de una medida el umbral de resolución del aparato con el que se toma la medida (VALOR MÍNIMO QUE SE PUEDE TOMAR-SUBDIVISIÓN MÍNIMA DE SU ESCALA)

* Mediante el error relativo. Que es el cociente entre el error absoluto y el valor de la medida que acabamos de hacer. El error relativo indica la calidad de la medida (a menor error relativo, mayor calidad de la medida). Se puede expresar, multiplicándolo por 100, como un porcentaje.

3. Medidas directas o indirectas.

* Medida directa. Aquella que se realiza con el uso exclusivo de un instrumento de medida. Por ejemplo, medir una longitud con un metro, un tiempo con un cronómetro, etc.

* Medida indirecta. Se obtiene con cálculos matemáticos a partir de valores obtenidos con medidas directas. Por ejemplo, medir la superficie de un cuerpo o el volumen del mismo.

4. Minimizar errores en medidas directas.

Para minimizar errores en medidas directas se recurre siempre a realizar varias medidas de la magnitud y se toma como la valor de la medida la media aritmética. La media aritmética consiste en sumar todos los valores y dividirlos entre el número de medidas hechas.

Existen técnicas matemáticas para la estimación de errores, aunque ya hemos visto que tomaremos como error absoluto el umbral de resolución de nuestro aparato o mínima variación de la medida que se puede realizar con el aparato.