2022-01 - FI - Guías de Laboratorio 1

Vista previa del material en texto

FÍSICA I 
Guía de Laboratorio VIRTUAL 01: La Medición 
I. LOGROS ESPERADOS 
 
✓ Identifica la resolución de un PIE DE REY. 
✓ Calcula la incertidumbre estándar de medidas directas. 
✓ Calcula la incertidumbre de la medida indirecta del volumen de un cilindro. 
 
II. EQUIPOS Y MATERIALES VIRTUALES 
 
Descripción Web / Enlace 
Entorno de evaluación CANVAS https://canvas.usil.edu.pe/ 
Simulador de pie de rey e 
instrucciones de medida. 
https://www.stefanelli.eng.br/es/n
onio-virtual-simulador-vernier-
milimetro-05 
 
III. FUNDAMENTO TEÓRICO 
 
INCERTIDUMBRE 
 
En Física e Ingeniería se ACEPTA que no es posible realizar una medición de una cantidad 
física (mesurando) sin que esta posea un cierto grado de “duda”. Dicha “duda” la 
llamaremos Incertidumbre. Así, el REPORTE EXPERIMENTAL de la cantidad medida Y debe 
ser escrito en el siguiente formato: 
 
𝑌 = 𝑦 ± 𝑢𝑦 (incluir unidades) 
 
donde: 𝑦 es el valor de la mejor estimación y 𝑢𝑦 la incertidumbre estándar. La 
incertidumbre estándar está relacionada con un intervalo de valores. El símbolo “±” 
separa a la mejor estimación de la medida con su incertidumbre estándar. 
Ejemplo: 𝑉 = (1,175 ± 0,005) × 10−3 m3 
 
 
La medida real es probable que esté 
con un porcentaje alto dentro del 
intervalo definido por 𝑢𝑦. La 
distribución de la probabilidad se ve 
más adelante. 
https://canvas.usil.edu.pe/
https://www.stefanelli.eng.br/es/nonio-virtual-simulador-vernier-milimetro-05
https://www.stefanelli.eng.br/es/nonio-virtual-simulador-vernier-milimetro-05
https://www.stefanelli.eng.br/es/nonio-virtual-simulador-vernier-milimetro-05
REDONDEO DE LA MEJOR ESTIMACIÓN 
1. Redondee la incertidumbre estándar 𝑢𝑦 a 1 cifra. 
2. Asegúrese de que la mejor estimación 𝑦 se redondee a los mismos decimales (orden de 
magnitud) que la incertidumbre estándar. 
EJEMPLO: Se midió 𝑦 y se calculó 𝑢𝑦 obteniéndose: 𝑌 = (1,433 × 10
3 ± 19,34)m 
1. 19,34 = 0,01934 × 103(para mantener la misma potencia de 10 que 𝑦) = 0,02 × 103 (una 
cifra). 
2. Redondéese la mejor estimación al mismo nivel que la incertidumbre 
 
CIFRAS SIGNIFICATIVAS: 
Son las cifras que se conocen sin duda, además de la última cifra, la cual sí se conoce con 
incertidumbre. En el ejemplo anterior, hay tres cifras significativas. Toda cifra diferente de 
cero es significativa. Para los ceros: 
• Los ceros a la izquierda no son significativos: 0,0012 m tiene dos cifras significativas. 
• Los ceros que están entre otras cifras no nulas siempre son significativos: 10001 m 
tiene cinco cifras significativas. 
• Los ceros al final de un número, que están a la derecha de una coma decimal, sí son 
significativos: 1,00 tiene tres cifras significativas. 
• Los ceros al final de un número entero (sin coma decimal) pueden o no ser 
significativos. Evítese esta ambigüedad usando notación científica: 2300 m puede 
tener dos, tres o cuatro cifras significativas. Pero si se escribe: 2,30 × 103 m queda 
claro que hay tres. 
Debido a que el cálculo de incertidumbres puede tomar tiempo, mantener la cantidad de cifras 
significativas es una forma rápida de rastrear la incertidumbre, sin calcularla y evitar expresar 
la incertidumbre, sobreentendiéndose que está en un orden de magnitud de la última cifra 
significativa. Para ello, hay reglas de cifras significativas: 
• Producto y Cociente: Al multiplicar o dividir cantidades, se mantiene la menor 
cantidad de cifras significativas (al final de todo el cálculo, no en pasos intermedios) y 
se redondea: 2,055 × 1,45 = 2,98 (tres cifras significativas). 
• Suma y Resta: Al sumar o restar cantidades, se mantiene la menor cantidad de 
decimales (al final de todo el cálculo, no en pasos intermedios) y se redondea: 
23,133 − 21,4 = 1,7 (un decimal). 
RESOLUCIÓN DE UN INSTRUMENTO (a) 
Es el cambio mínimo que se puede, en teoría, detectar usando el instrumento. 
 
 
 
 
 
 
 
 
CÁLCULO DE INCERTIDUMBRE PARA UNA MEDICIÓN DIRECTA 
Al calcular la incertidumbre, estaremos dando más información que con el método de cifras 
significativas. 
Paso 1: Identifique el tipo de instrumento de medición (analógico virtual). 
Paso 2: Mida la cantidad física “y”. 
Paso 3: Incluya todas las cifras significativas que ofrece el instrumento. 
Paso 4: Identifique la resolución del instrumento (𝑎) (lectura mínima). 
Paso 5: Calcule la Incertidumbre estándar, conforme al tipo de instrumento. 
Tipo de 
instrumento 
Incertidumbre 
estándar 
 
Distribución de probabilidad 
 
 
 
ANALÓGICO 
(Marca valores 
continuos) 
 
𝒖𝒚 =
𝟐𝒂
√𝟐𝟒
 
 
Para una distribución 
de probabilidad 
triangular, con 
cobertura de 65%. 
 
 
Cuando una medida se obtiene indirectamente de otras que tienen incertidumbre obtenidas 
directamente, podemos hallar la incertidumbre de manera indirecta, combinando las 
incertidumbres de las variables de las que depende la cantidad indirecta. 
CÁLCULO DE LA INCERTIDUMBRE COMBINADA 
 
Paso 1: Identifique las variables de la función a evaluar (en este caso, la función es el 
volumen, el cual depende de las variables 𝒙𝟏: diámetro y 𝒙𝟐: altura). 
Paso 2: Obtenga las incertidumbres de 𝒙𝟏 y 𝒙𝟐 a partir de las mediciones directas (En nuestro 
caso 𝑢𝐷 = 𝑢(𝑥1) = incertidumbre del diámetro = 𝑢𝐻 = 𝑢(𝑥2) = incertidumbre de la altura. 
Paso 3: Utilice la incertidumbre combinada: 𝒖𝒄𝒐𝒎𝒃 = √∑ (
𝝏𝒇
𝝏𝒙𝒊
)
𝟐
(𝒖(𝒙𝒊))𝟐
𝑵
𝒊=𝟏 
Ejemplo: 
El volumen de un cilindro se calcula de la siguiente manera: 𝑉 =
𝜋
4
𝐷2𝐻, donde: 𝑫 y 
𝑯 son el diámetro y altura del cilindro, respectivamente. Aplicando la incertidumbre 
combinada del Paso 3, obtenemos la INCERTIDUMBRE DEL VOLUMEN del cilindro: 
𝑢𝑣 = 𝑉 × (√(2
𝑢𝐷
𝐷
)
2
+ (
𝑢𝐻
𝐻
)
2
) 
PIE DE REY (o Vernier) 
El Pie de Rey es un instrumento de medición de longitudes exteriores, interiores y profundidades. Este 
instrumento consta de una regla en milímetros y en pulgadas, sobre la cual se desliza otra regla llamada 
nonio. 
 
 
 
 
 
 
Las partes del Pie de Rey son: 
1. Mordazas para medidas externas. 
2. Mordazas para medidas internas. 
3. Sonda para medida de profundidades. 
4. Escala para divisiones en centímetros y milímetros. 
5. Escala con divisiones en pulgadas y fracciones de pulgadas. 
6. Nonio para la lectura de fracciones de milímetros. 
7. Nonio para la lectura de fracciones de pulgadas. 
8. Botón de deslizamiento y freno. 
 
IV. PROCEDIMIENTO EXPERIMENTAL 
4.1 ACCEDA A LA SIMULACIÓN DE PIE DE REY en https://www.stefanelli.eng.br/es/nonio-
virtual-simulador-vernier-milimetro-05. Lea y practique con algunas medidas. SE EVALUARÁ EN EL 
ENTORNO CANVAS UNA CORRECTA LECTURA. 
4.2 RECONOCIMIENTO DEL ENTORNO CANVAS 
 Siga la ruta de acceso a la evaluación conforme a la Figura 01. 
 
Figura 01: Ruta de acceso para rendir la evaluación Openlabs. 
 
➢ Lea las instrucciones de la evaluación. 
https://www.stefanelli.eng.br/es/nonio-virtual-simulador-vernier-milimetro-05
https://www.stefanelli.eng.br/es/nonio-virtual-simulador-vernier-milimetro-05
https://www.stefanelli.eng.br/es/calibre-virtual-simulador-milimetro-05/
4.2 CÁLCULOS Y RESULTADOS 
 
➢ Responda las Preguntas 1 y 2 concerniente a una prueba de cifras significativas y 
decimales.
 
 
➢ Responda la Pregunta 3 concerniente al cálculo de la incertidumbre de mediciones 
directas (𝑢𝐷 y 𝑢𝐻 ). Debe haber accedido y practicado lectura de pie de rey en 
https://www.stefanelli.eng.br/es/nonio-virtual-simulador-vernier-milimetro-05 anteriormente.
 
➢ Responda la Pregunta 4 concerniente a la evaluación de la incertidumbre del volumen 
del cilindro ( 𝑢𝑉). Para ello, identifica los valores de: diámetro (D), altura (H) y las 
incertidumbres directas ya dadas en el enunciado. 
 
➢ Verifica que hayas obtenido el puntaje aprobatorio de 1. Solo se aprueba con un 
puntaje 1. Tienes 3 intentos para aprobar.
 
➢ NO OLVIDES que debes rendir un total de 04 evaluaciones de laboratorio (Open Labs).https://www.stefanelli.eng.br/es/nonio-virtual-simulador-vernier-milimetro-05