Estudio de mediciones indirectas, del curso de física I

...

En este artículo vamos a comentar los principales errores de medición existentes y sus causas. Atendiendo a su naturaleza los errores cometidos en una medición, los errores admiten una clasificación en dos grandes vertientes: errores sistemáticos y errores aleatorios.

2.2.1. Clases de errores de medición:

a) Sistemáticos

Es aquel que se produce de igual modo en todas las mediciones que se realizan de una magnitud. Puede estar originado en un defecto del instrumento, operador, el método de medición empleado, condiciones ambientales, etc.

b) Aleatorios o accidentales

Es aquel error inevitable que se produce por eventos únicos imposibles de controlar durante el proceso de medición.

2.2.2 Causas de errores de medición

a) Causa de errores sistemáticos

i. Errores debidos al instrumento de medida.

Los instrumentos no calibrados o cuya fecha de calibración esta vencida, así como instrumentos sospechosos de presentar alguna anormalidad en su funcionamiento no deben utilizar para realizar mediciones hasta que no sean calibrados y autorizados para su uso.

Para efectuar mediciones de gran exactitud es necesario corregir sus lecturas obtenidas con un instrumento o equipo de medición, en función del error instrumental determinado mediante calibración.

ii. Errores debidos al operador

El operador influye en los resultados de una medición por la imperfección de sus sentidos así como por la habilidad que posee para efectuar las medidas. Las tendencias existentes para evitar estas causas de errores son la utilización de instrumentos de medida en los que elimina al máximo la intervención del operador.

-Error de mal posicionamiento: Ocurre cuando no se coloca la pieza adecuadamente alineada con el instrumento de medida o cuando con pequeños instrumentos manuales se miden piezas grandes en relación de tamaño. Otro ejemplo es cuando se coloca el aparato de medida con un cierto ángulo respecto a la dimensión real que se desea medir.

-Error de lectura y paralaje: Cuando los instrumentos de medida no tienen lectura digital se obtiene la medida mediante la comparación de escalas a diferentes planos. Este hecho puede inducir a lecturas con errores de apreciación, interpolación, coincidencia, etc. Por otra parte si la mirada del operador no está situada totalmente perpendicular al plano de escala aparecen errores de paralaje.

-Errores que no admiten tratamiento matemático.

-Error por fatiga o cansancio.

iii. Errores debidos a los factores ambientales

El más destacado y estudiado es el efecto de la temperatura en los metales dado que su influencia es muy fuerte.

-Error por variación de temperatura: Los objetos metálicos se dilatan cuando aumenta la temperatura y se contraen al enfriarse. Este hecho se modeliza de la siguiente forma. Variación de longitud = Coeficiente de dilatación específico x longitud de la pieza x variación temperatura

( ΔL = α.L.ΔT )

-Otros agentes exteriores. Influyen mínimamente como humedad, presión atmosférica, polvo y suciedad en general. También de origen mecánico, como las vibraciones del mundo. Al igual de la tierra

iv. Errores debidos a las tolerancias geométricas de la propia pieza

Las superficies geométricas reales de una pieza implicada en la medición de una cota deben presentar unas variaciones aceptables.

-Errores de deformación: La pieza puede estar sometida a fuerzas en el momento de la medición por debajo del límite elástico tomando cierta deformación que desaparece cuando cesa la fuerza.

-Errores de forma: Se puede estar midiendo un cilindro cuya forma aparentemente circular en su sección presente cierta forma oval.

-Errores de estabilización o envejecimiento: Estas deformaciones provienen del cambio en la estructura interna del material. El temple de aceros, es decir, su enfriamiento rápido, permite que la fase autentica se transforme a fase martensítica, estable a temperatura ambiente. Estos cambios de geometría son muy poco conocidos pero igualmente tienen un impacto importante.

b) Causa de errores aleatorios

Son aquellos que se presentan a cada instante en la medida de cualquier magnitud física y es posible determinar la causa de estos errores, dentro de ellos tenemos:

-Errores de apreciación: es el aspecto de la realidad que, al compararse con la imagen especular que nuestra mente ha focalizado, se establecen las diferencias que, sin tomar en cuenta los contextos, al atribuirlos a los objetos que han interaccionado en dicho resultado, crean paradoja; inutilizándolos en sus funciones y por lo tanto dejando de ser útiles de cara a un futuro.

-Error debido a las condiciones que fluctúan: es la que tiene que con las pequeñas fluctuaciones que entre una medida y otra que puede ser debido al instrumento de medición, a la que mide, o las condiciones de experimento. Debido a la propia naturaleza de los errores experimentales y en ausencia de los errores sistemáticos esperamos que los errores aleatorios se distribuyan al azar alrededor del valor real en ambos sentidos. Si además están presentes los errores sistemáticos las lecturas se dispersaran no alrededor del valor, sino de algún valor desplazado.

Hay que garantizar que al reducir la magnitud de los errores sistemáticos podemos garantizar la exactitud de la medición, esto es, diremos que una medida es exacta cuando los errores sistemáticos son pequeños.

Por otro lado, mientras más pequeño sea el grado de dispersión de una serie de lecturas diremos que las medidas son más precisas.

Resumiendo una medida exacta es aquella en las cuales los errores sistemáticos son pequeños y una medida precisa, en la cual los errores aleatorios son pequeños. Si ambos tipos de errores son pequeños diremos que son medidas exactas y precisas.

2.2.3. Medida de Errores

Bien sea una medida directa (la que da el aparato) o indirecta (utilizando una fórmula)