Introducción a la Teoría de Errores de Medición

Introducción a la Teoría de Errores de Medición
La Física, como toda ciencia experimental, tiene como criterio de verdad la contrastación de sus teorías con datos surgidos de mediciones. Así, se dice que una ley, una hipótesis o un modelo representa adecuadamente la realidad (fenómeno físico) si las consecuencias que de ella se derivan se corresponden con los datos experimentales.
El progresode la Ciencia se debe, en gran medida, a la observación de los fenómenos reproducidos en forma de experimentos, a fin de medir con más comodidad y a la posterior formulación de nuevas hipótesis luego de analizar los resultados obtenidos.
Antes de medir se debe desarrollar la capacidad de observar. Observar un fenómeno es descubrir las principales magnitudes físicas que están involucradas en él,analizar su comportamiento en forma global y estudiar cómo y con qué conviene medirlas.
Puesto que toda conclusión a que se llegue a partir de la experimentación debe ser, además de compatible con otros conocimientos, susceptible de verificación es imprescindible conocer el grado de confiabilidad de la medición efectuada para que la información sea intercambiable y reproducible; por ello, esnecesario saber en qué condiciones se la obtuvo y qué tan fiable es dicha medición. Dicho grado de confiabilidad está relacionado con el error de la medición.
Por tanto, el objetivo de este apunte es introducir al alumno en los procesos de medición y sus errores.

1. Conceptos básicos

1.1 Magnitud y cantidad

Una magnitud física es un atributo de un cuerpo, un fenómeno o una sustancia, quepuede determinarse cuantitativamente; es decir, es un atributo susceptible de ser medido.
Ejemplos de magnitudes son la longitud, la masa, la potencia, la velocidad, etc.
La operación de medir define la magnitud. Al pretender definir una magnitud en particular se recurre a una definición operacional. Estas propiedades se cuantifican por comparación con un patrón o con partes del mismo.
A lamagnitud de un objeto específico, que es de interés medir, se llama cantidad. En otras palabras, una cantidad es el número, vector o matriz que permite comparar cualitativamente respecto de la que se tomó como unidad de la magnitud. Es decir, es el valor particular de la medición de una magnitud dada. Por ejemplo, si interesa medir la longitud de una barra, esa longitud específica será la cantidad.1.2 Apreciación y estimación, precisión y exactitud

Se denomina apreciación o apreciación nominal de un instrumento a la menor división de escala de ese instrumento. Mientras que al menor intervalo que un observador puede estimar con ayuda de la escala se la denomina estimación de una lectura.
Se debe hacer una clara distinción entre exactitud y precisión. Es costumbre generalizada, sobre todoen algunas normas relativas a instrumentos de medida, designar a la exactitud como la precisión de los mismos pero, tienen significados muy diferentes.
La exactitud da una idea del grado de aproximación con que el valor medido concuerda con el valor verdadero; es decir, es la cercanía del valor experimental obtenido al valor real de dicha medida. Se la asocia con la calidad de la calibración delinstrumento respecto de los patrones de medida.
La precisión indica repetibilidad de los resultados; es decir, el grado con el cual las medidas sucesivas arrojan idénticos valores. También está asociada a la sensibilidad o menor variación de la magnitud que se pueda detectar con un instrumento (o un método de medición).
En otras palabras, la precisión es la capacidad de un instrumento de dar elmismo resultado en diferentes mediciones realizadas en las mismas condiciones y exactitud es la capacidad de un instrumento de medir un valor cercano al valor de la magnitud real.
Ejemplo : El cronómetro utilizado en una experiencia de laboratorio es capaz de determinar la centésima de segundo pero adelanta dos minutos por hora mientras que el reloj de pulsera del observador no lo hace. En este...