ESCUELA SUPERIOR POLITÉCNICA DEL LITORAL FACULTAD DE CIENCIAS NATURALES Y MATEMÁTICAS

DEPARTAMENTO DE FÍSICALABORATORIO DE FÍSICA B

PRACTICA Nº 1

ERRORES INSTRUMENTENTALES Y PROPAGACIONES.

Familiarizar a los estudiantes con los errores instrumentales en los distintos equipos de laboratorio de Física B

Objetivos. Al término del laboratorio los alumnos deberían estar en condiciones de:

• Medir correctamente en las distintas escalas de los instrumentos de medición que se utilizan en laboratorio de Física B.• Determinar el error absoluto por propagación de errores utilizando los errores instrumentales.• Dado un calibrador Vernier, tornillo micrométrico, una regla, una balanza, realizar mediciones de forma correcta y expresar correctamente las mismas.

Equipos y materiales

Calibrador Vernier Tornillo Micrométrico Regla graduada en milímetros Balanza

Fundamento teórico

El uso de instrumentos de mediciones y sus respectivos errores para posteriormente realizar la propagación de los mismos, es fundamental para el reporte de datos y resultados de las experimentaciones en los laboratorios.

Se debe resaltar la importancia de la ejecución de una lectura correcta en las distintas escalas de los instrumentos de medición que se detalla brevemente a continuación, porque, estos son instrumentos de precisión muy utilizados en la parte académica y profesional, se usan muy a menudo en la industria donde la precisión lo requiere, como por ejemplo en el área de matricería. También son bastante utilizados en la industria metalmecánica para construir o reparar las distintas maquinarias, en fin el uso de estos instrumentos es amplio.

Calibrador Vernier:El calibrador Vernier es un instrumento de precisión destinado para medir espesores,altura, diámetros externos e internos, profundidades, como se puede apreciar en la figura 1.

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Figura 1.

En el calibrador vernier se puede medir con una precisión de 0.1mm, 0.05 mm,0.02mm, etc., según sea las graduaciones en el nonio de 10, 20, 50 divisiones en la escala móvil del calibrador, como se puede apreciar en la figura 2.

Figura 2

Para reportar la medición expuesta en figura 2, se procede de la siguiente manera:

1. Se observa la posición punto cero del nonio donde está localizado en la escala de la regleta y se escribe el valor menor del intervalo en que se halla en punto cero del nonio. En este caso el punto cero está entre 43 y 44 mm, entonces, se toma el valor de 43mm.

2. En la escala del nonio ubicar con la escala de la regleta y observar que dos líneas de las escalas coincidan lo mejor posible, en este caso es en la sexta línea del nonio, por lo tanto la parte aproximada será 0.60 mm.

3. La lectura se de escribir como la suma de las dos anteriores 43.00mm +0.60 mm=43.60 mm

4. A este resultado se agrega el error instrumental (en este calibrador vernier está dado por la lectura de la mínima división en el nonio en este caso 1/20 mm=0.05 mm). La medición escrita de la forma correcta está dada por la lectura delcalibrador con su respectivo error instrumental: ( 43.6 ±0.05 ) mm

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Otro ejemplo:

El 0 de la regla móvil (nonio) nos indica el número de milímetros enteros; luego nos fijamos en la siguiente raya de la regla móvil que coincida exactamente con alguna de la regla fija superior; por tanto, la medida será (4.5 + 0.1) milímetros.

Practicar con el calibrador virtual en el siguiente link:h t t p : / / w w w . s t e fa n el l i . en g . b r / e s / es _ cali b re _ 05 . h t m l

Referencia:h t t p : // m ecani c a - un a h v s. b l o g spo t . c om /

Tornillo Micrométrico (palmer):Es un instrumento de precisión que se utiliza para medir espesores. Consta de un disco graduado con un número de divisiones, el mismo que está ubicado frente a una escala vertical; cuando este gira una vuelta completa, el tornillo avanza una distancia llamada el paso del tornillo (P) en milímetros, avance que se observa en la escala vertical; por lo tanto cada división en el disco representa un avance del tornillo de P/N de mm, que representa la cantidad que se desplazó el tornillo micrométrico.

Ejemplo:

Si un tornillo micrométrico tiene un paso P igual a 1 mm y el disco tiene 100 divisiones, la apreciación del tornillo, será:

AT= pasodel tornilloN número dedivisiones

¿ 1mm100÷¿=0.01mm¿

Este valor corresponde al error instrumental del tornillo micrométrico.

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Lectura: Para reportar la medición expuesta en la siguiente figura, se procede de la siguiente manera:

La escala se divide en dos partes, una horizontal y otra vertical, la primera mide de 0.5 mm en 0.5 mm. La escala vertical mide centésimas de milímetro, una vuelta completa del manguito significa medio milímetro, como está dividido de 0 a 50, cada rayita significa una centésima de milímetro.

Ejemplo: ¿Cuál será la medida de la lectura siguiente?

En la escala graduada se observa 9 mm (el numero 5 más 4 líneas superiores), más 23 centésimas del indicador vertical nos da un total de9.23 mm. A este resultado se agrega el error instrumental (está dado por la lectura de la mínima división en el disco, en este caso 0.01 mm). La medición escrita de la forma correcta será: (9.23±0.01)mm.

Practicar con el micrómetro virtual en el siguiente link:h t t p : / / w w w . g al i l e o .f r . i t / m arc / v ar i e /m i cr o m e tr o / fl a s h /m ic r o m e tr o . s wf

Otros instrumentos de medición que se utilizan en el laboratorio de física son las reglas y cintas, las mismas que están graduadas generalmente en decímetros, centímetros y milímetros. Las reglas graduadas (metálicas, madera, plásticas) con divisiones que van desde el centímetro y milímetro son usadas para realizar mediciones menores de un metro.

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Medida de masaPara medir masa se utilizan balanzas. Hay diferentes tipos, desde la balanza de platillola moderna balanza electrónica, en la que basta colocar un objeto en el platillo para que aparezca la lectura de la medida en la pantalla. Con la balanza comparamos una masa desconocida con una conocida, obteniendo la medida deseada. Para realizar una medición, primero debemos ver si la balanza está encerada (para una posición del cursor en cero gramos ambos platos deben estar nivelados), luego se coloca el objeto en el plato izquierdo y se corre el cursor hasta lograr nivelar nuevamente los dos platos. Se procede a realizar la lectura en la escala del instrumento, considerando error instrumental.

Medida de volumenLa probeta es un instrumento muy utilizado en el laboratorio paramedir el volumen de los líquidos, vienen con capacidad para diferentes volúmenes y graduadas en centímetros cúbicos o milímetros. También es usada para determinar volúmenes de cuerpos irregulares.

El Vaso de precipitados y el matraz de ErlenmeyerSirven para medir volúmenes, pues vienen graduados en mililitros y los hay de diferente capacidad.

Referencia:ht t p: / / m eca nic a- un a hvs. b lo g spot. c om/ ht t p: / /ww w . e du ca ndo. e d u.do/a r t i c ulos / e stud i a nte/us o - d e- lo s - ins t rum e nto s - de - medid a s- e n -e l - lab o r a torio/

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Medida de fuerzasLos Dinamómetros mecánicos normalmente son tubulares, poseen en su interior unmuelle o resorte, que por la acción de la elongación y la gravedad, se estira e indica la medida en Newton (N) o gramos-fuerza de lo que deseemos medir.

Referencia:h t t p : / / w w w . t y p-i n str u m e n t o s. c o m/ d i n a m om e t r o s. h t m l

Medida de temperatura

Un termómetro es un instrumento que mide la temperatura de un sistema en forma cuantitativa. Los termómetros de mercurio pueden funcionar en la gama que va de -39°C (punto de congelación del mercurio) a 357 °C (su punto de ebullición), con la ventaja de ser portátiles y permitir una lectura directa. No son, desde luego, muy precisos para fines científicos.

Los termómetros bimetálicos a prueba de hornos tienen, en la sonda, un resorte de doble espiral hecho de dos metales distintos. Dichos metales tienen diferente velocidad de expansión. El resorte, que está conectado al indicador de temperatura, se expande al calor. Este tipo de termómetros mide la temperatura en la punta y a lo largo de la sonda, hasta una longitud 2 a 2.5 pulgadas. La temperatura resultante es el promedio de las temperaturas medidas a lo largo del área sensible. Estos termómetros para alimentos tienen un dial indicador circular y pueden ser de dos clases, “a prueba de hornos” y “de lectura instantánea”.

ht t p: / /ww w . e s c ola re s.net / fisic a / t e rmom e tro/ h t t p : / / w w w .fs i s. u sd a . g o v/ OA/ pub s / t h er my / j pg / n o b a cks / s m al ld ia l .j p g

ProcedimientoCon cada instrumento se tomará una o varias medidas directas y se reportará elresultado correctamente con sus respectivas unidades y error instrumental.

Calibrador vernier:Medir las dimensiones del bloque que se le entregara en el laboratorio y repórtelascorrectamente.Medir la masa del bloque.Finalmente calcule la densidad del bloque y repórtela correctamente.

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Micrómetro:Con el tornillo micrométrico registre entre 5 y 6 medidas del diámetro y espesor de unaarandela.Medir la masa de la arandelaCalcule el volumenReporte correctamente la densidad.

Termómetro y Dinamómetro:Realice diferentes medidas de fuerza y temperaturasComplete las tablas en donde se reporten correctamente las diferentes medidas de la práctica.Finalmente presente en una hoja el reporte de datos y resultados.

Ban co de Pregun tas para la Pru eba de En trada

Las preguntas 1 al 4 se refieren a lecturas de mediciones que han sido realizadas utilizando un calibrador vernier con una apreciación de veinticinco milésimas de pulgadas:1.- 0.800pulgadas (lectura de ochocientas milésimas de pulgadas)¿Con cuál marca de la regla fija coincidirá el cero en la barra deslizante (nonius)?

2.- 0.850pulgadas (lectura de 850 milésimas de pulgadas); entonces, el cero de la barra deslizante se situara entre ------------------------ (números mas grandes) de la barra fija, esto quiere decir que ese cero estará situado exactamente con la ----------------- división que se encuentra después del 8 de la barra fija.

3.- 0.863" (lectura de ochocientos sesenta y tres milésimas de pulgadas): entonces, el cero de la barra deslizante se encuentra más delante del centro de las divisiones ------------- de las centenas y entre la ----------------- división de las de 0.025 y la línea número ------------ de la barra deslizante coincide exactamente con cualquier marca de la barra fija.4.- Explique el proceso para la obtención de la última lectura registrada en la pregunta anterior (0.863")

5.- El profesor pide a 5 estudiantes que tomen la masa de un anillo, si cada uno de ellos utilizó la misma balanza y reportaron los siguientes datos: 10.80, 10.67, 10.74, 10.71 a) Reportar la masa del anillo y b) calcular la incertidumbre relativa porcentual de la medición de la masa.

6.- La densidad de una muestra desconocida, es reportada por cierto grupo de estudiantes con los siguientes valores: 1.25 g/cm3, 1.31 g/cm3 y 1.17 g/cm3. ¿Cuál es el valor de dicha densidad que deben reportar el grupo?

7.- Se utiliza un dinamómetro para determinar el peso de un objeto, obteniéndose los siguientes valores P1 = 70.54 N, P2 = 70.30N, P3 = 70.25N, P4= 70.86N y P5= 70.60N Reportar la medida del peso.