UNIVERSIDAD TÉCNICA FEDERICO SANTA MARÍA CAMPUS SANTIAGO LABORATORIO FÍSICA
ANÁLISIS Y TEORÍA DEL ERROR EXPERIMENTAL: ANEXO B: ERROR EXPERIMENTAL Laboratorios de Física, Universidad Técnica Federico Santa María Campus Santiago
Introducción Un experimento es una forma usualmente utilizada para comprender la naturaleza de un fenómeno y validar o comprobar lo que teóricamente se plantea. Es necesario entonces, seguir una metodología científica para poder medir y analizar los datos que permitan construir un modelo experimental o empírico, para luego compararlo con el modelo teórico. El análisis y los resultados obtenidos deben proporcionar conclusiones claras y concretas que permitan entender el fenómeno en análisis, así también, es importante que todo esto quede reflejado en un documento de carácter científico, que permita transmitir el conocimiento adquirido al resto de la comunidad científica. Para cumplir con lo anterior se debe tener un conocimiento base sobre los métodos de medición, representación de cifras, generación de hipótesis y modelos empíricos, tratamiento y análisis de datos y por supuesto generación de conclusiones. Para disminuir el grado de dificultad del análisis en el laboratorio se opta por realizar un modelamiento a través de la representación gráfica, apoyado por un software de planilla de cálculo con opciones de análisis de tendencias.
Teoría del Error Experimental Todas las ciencias experimentales se basan en la obtención de información mediante la observación de fenómenos que ocurren en la naturaleza. Dicha información resultará incompleta a menos que se trate de una información cuantitativa. Tal y como ahora se conciben la ciencia y la ingeniería, toda teoría busca fundamentar su validez a través de la comparación con la evidencia experimental. La toma de mediciones constituye el corazón del quehacer experimental. En términos simples, medir es obtener el valor numérico de una magnitud física relacionada con algún fenómeno de interés. Para ello, se compara la magnitud medida con otra magnitud patrón denominada unidad, que le da significado. El asignar a una magnitud un número acompañado de una unidad, constituye lo que llamaremos una medida o medición. En general, toda magnitud física susceptible de ser medida depende de muchas variables. Algunas son relevantes (tienen mayor influencia en el valor medido) y otras no lo son. Algunas son fácilmente controlables, mientras que otras no lo son. Además, existen limitaciones instrumentales, físicas y humanas que afectan el proceso de medición. Dado todo lo anterior, si uno mide varias veces la misma magnitud, en las mismas condiciones y con el mismo instrumento, es muy probable que se obtengan valores numéricos diferentes.
Por definición, toda medición tiene asociada una incertidumbre, incerteza o error, y el conjunto de reglas que permite su determinación se denomina teoría de errores. El error se puede concebir como la variación (dispersión) de las diferentes mediciones con respecto a un valor central. La medición de una cantidad física por sí sola, sin la especificación de su rango de incertidumbre, no resulta útil para el quehacer experimental. Se denomina valor verdadero a aquel que se obtendría si no existiesen errores en las mediciones. Si bien se puede mejorar el procedimiento de medición, jamás se podrá eliminar completamente el error, por lo que jamás se puede esperar la obtención del valor verdadero. En consecuencia, una de las primeras cosas que hay que tener presente a la hora de tomar mediciones es que los instrumentos no miden el valor verdadero, sino que dan solamente una estimación de dicho valor. En general, existen tres tipos de incertezas o errores de medición: a) Errores sistemáticos: Se producen por factores indeseables (externos o internos) que interactúan consistentemente con el sistema en estudio. No pueden ser detectados y eliminados por simple repetición del experimento. Ejemplos:
Mala calibración de instrumentos. Malos hábitos de trabajo del experimentador. Errores de paralaje (mala ubicación del observador al leer los instrumentos, en especial los análogos. Por ejemplo, reglas e instrumentos con aguja) Efectos de factores no considerados en el experimento. Por ejemplo, despreciar roce con el aire en algunos casos.
Para evitar este tipo de errores debemos:
Controlar el estado de los instrumentos, en particular su calibración. Establecer claramente las condiciones de observación y/o experimentación. Revisar el fenómeno que se está analizando de manera de tener claro las variables relevantes.
b) Errores accidentales o aleatorios: Son usualmente los más responsables de que se obtengan valores distintos al repetir una medición. Por ejemplo:
Errores de apreciación. Errores por condiciones fluctuantes. Errores por características del objeto medido.
Para evitar este tipo de errores debemos: Repetir la medición varias veces y tomar el promedio de los valores obtenidos como el resultado de la medición.
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