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¿Error? De los problemas a las medidas experimentales y su error.

Hasta ahora, todos los errores de los que hemos hablado están situados en el ámbito de clase y de la evaluación, y están relacionados con las incorrecciones que cometemos a la hora de resolver un problema, o de responder a una pregunta. Pero ahora vamos a hablar de los errores desde el punto de vista de la obtención de medidas experimentales, es decir de datos reales, cuya medida, SIEMPRE están afectada de un error.

Antes de nada hay que realizar algunas reflexiones.
  • Cada vez que usamos datos numéricos de un problema, los sometemos a una ecuación física o química, realizamos un cálculo y obtenemos un resultado, realizamos una predicción EXACTA y PRECISA de una magnitud cuyo valor deseamos conocer. Tanto los datos originales como el resultado carecen de errores.
  • Cuando usamos una simulación informática, modelo o laboratorio virtual, hacemos uso de una aproximación a la realidad, es decir trabajamos con un modelo que REPRESENTA A LA REALIDAD, PERO NO ES REAL. ¿Y cuál es la diferencia? La diferencia está en que con estos modelos, toda las magnitudes que usamos y las que calculamos no tienen error, y las predicciones que obtendremos serán exactas y precisas.
  • Sin embargo, no hemos de olvidar que la Ciencia se construye en base a datos obtenidos de la experiencia (laboratorio), es decir, las conclusiones, predicciones y cálculos se basan en DATOS EXPERIMENTALES, y los datos experimentales están sujetos a errores. 
Los errores experimentales pueden ser de dos tipos:
 Errores sistemáticos:
    • En ocasiones derivados de la sensibilidad del aparato. Por ejemplo, con una regla milimetrada sólo apreciamos longitudes hasta 1 mm, pero no más pequeñas.
    • En otras derivadas por el propio observador. Por ejemplo, la precisión del cronómetro de un móvil  es enorme (en el de la imagen la sensibilidad es de 0,01 segundo, es decir proporciona medidas muy precisas) Sin embargo el observador tiene un error mayor ya que tarda hasta 0,5 segundos en pensar la orden de iniciar a contar al tiempo hasta que realmente le damos al botón.  
    •  Otros errores sistemáticos son fáciles de descubrir si medimos con atención. Si los detectamos, son errores fáciles de eliminar. Por ejemplo, si al realizar una pesada, la balanza no indica 0 g, está mal calibrada, pero puede ofrecer buenas medidas. Otro sería el error de paralaje.
Errores accidentales se deben a pequeñas variaciones que aparecen entre sucesivas observaciones realizadas por un mismo observador. Son incontrolables y motivados por el azar, por ello es conveniente hacer un tratamiento estadístico de la medida. 

En todos los casos, las medidas que se realizan en un laboratorio son de dos tipos:
  • Medidas directas. El instrumento de medida nos proporciona la medida de la magnitud deseada.
  • Magnitud indirecta. Para obtenerla es preciso combinar los valores de magnitudes directas. 
Algunos ejemplos nos lo dejarán muy claro:
  • La balanza nos proporciona la masa (g) y la masa es una magnitud directa, mientras que el peso (N) es una magnitud indirecta.
  • Si deseamos medir la superficie de una mesa (indirecta) mediremos el largo (cm) y ancho (cm) que serán longitudes y por tanto medidas directas.
  • La intensidad (A), el voltaje o potencial(v) serán magnitudes directas que podremos determinar con un polímetro, pero la potencia será una magnitud indirecta.
Las medidas directas e indirectas tienen un tratamiento estadístico diferente a la hora de evaluar el error cometido.

Para terminar es importante que conozcas la diferencia entre exactitud y precisión que ofrece un instrumento de medida:

Solubilidad de solutos sólidos y temperatura

Este estupendo laboratorio de solubilidad de solutos sólidos nos va a permitir experimentar....

Al autor, Salvador Hurtado, muchas gracias por tus materiales.


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Laboratorio virtual de gases.

Objetivos

Vamos a tratar de aprender a pensar como científicos. Para ello vamos a estudiar las leyes de los gases, pero tratando de comprobar hipótesis, diseñando experimentos, recopilando datos, representándolos, y finalmente realizando una interpretación de los mismos.

Finalmente trataremos de conectar los resultados experimentales con un modelo que represente  el comportamiento molecular de un gas encerrado en un recipiente.

Tarea 1: Factores que afectan a la presión y el volumen

Deseamos estudiar los factores que afectan a  la presión (Variable dependiente) que ejerce cierta cantidad  de un gas (y sólo uno) encerrado en un recipiente. Completa la tabla siguiente con lo que tu piensas.

Para abreviar usaremos estas magnitudes:
p= Presión
V= Volumen
n= Moles de gas encerrado (al aumentar la masa, o nº de moléculas, aumenta n)
T= Temperatura absoluta a que se encuentra el gas (K)

  • Variables neutras que no afectan al fenómeno (cita al menos tres):





  • Ahora vamos a estudiar la presión y el volumen del gas….
Variable
dependiente
VD
Variable independiente
VI
Variables controladas (permanecen constantes)
¿Qué dependencia tienen entre sí?
A más...más
A más...menos
Describe un experimento que te permita DEMOSTRAR tus hipótesis(*)
p





p





p





V





(*) Recuerda que tu experimento tiene que ser reproducible y te tiene que permitir tomar datos experimentales que puedas usar como prueba para tu argumentación.

Tarea 2: Estimación de la función matemática VD-VI

Ahora que tenemos establecida la dependencia entre variables, deseamos conocer cuál es la función matemática que permite predecir el valor que tomará la presión (o el volumen) en cada uno de los casos con diferentes variables independientes y controladas.

Sabiendo que la variable DEpendiente la situamos en el eje OY, y que la variable INdependiente la situamos en el eje OX, elige para cada pareja de valores VD-VI qué gráfica crees tu que reponde a tu conclusión.
Anota todos tus resultados.


Tarea 3: Comprobación de la función matemática que relaciona VD-VI

Tratemos ahora de comprobar cuál de las hipótesis sobre las gráficas es la acertada. Para ello vas a buscar datos (a través de simulaciones de la Red), y representarlos ( o fijarte en la representación que te propone la simulación ). Finalmente tienes que extraer tus conclusiones completando estas frases:
  • La presión depende exponencialmente de ......
  • La presión es directamente proporcional a............
  • La presión es inveramente proporcional a ............ 
  • La presión no depende de .............
  • El volumen depende exponencialmente de ......
  • El volumen es directamente proporcional a............
  • El volumen es inveramente proporcional a ............ 
  • El volumen no depende de .............
Establece tu ecuación de los gases con los datos que has explorado, sin fijarte en el texto que hayas visto.
Simulación de la ley de Boyle y Mariotte
© Thomas J.Greenbowe
Simulación de la ley de Charles.
© Thomas J.Greenbowe



Simulación de la ley de Gay-Lussac.

Otras simulaciones:
Tarea 4:  Mundo molecular-mundo macroscópico

En las simulaciones que has explorado, ya has visto cómo afecta el nº de choques (mundo molecular) a la presión que ejerce el gas (mundo macroscópico). Ahora vas a tratar de explicar cómo el comportamiento del mundo molecular (teoría cinético-molecular = modelo de representación de un gas) explica (o no) el mundo macroscópico, el mundo de la medida y la comprobación experimental.

a) En los huecos de las frases siguientes, elige "aumenta", "disminuye" o " no se ve afectado". Finalmente elige los motivos por el que sucede este comportamiento:

  • Si deseamos aumentar la presión, tiene que aumentar el nº de choques de las moléculas de gas sobre las paredes del recipoente que le contiene. Por tanto:

    • Al aumentar el volumen, el nº de choques _____________, debido a _________________________________________________, y la presión _____________.
    • Al aumentar la temperatura, el nº de choques ___________, debido a _________________________________________________, y la presión _____________.
    • Al aumentar el nº de moles de gas, el nº de choques _____________, debido a _________________________________________________, y la presión _____________.
    • Al aumentar la temperatura, manteniendo constante la presión, el nº de choques ___________, debido a ______________________________ ________________________________________________________.
b) Indica si son verdaderas o falsas estas afirmaciones, referidas a un gas encerrado en un recipiente:
    • Todas las moléculas se mueven con la misma velocidad.
    • La distancia entre molécula y molécula es tan grande que prescindimos de la forma y tamaño de las moléculas.
    • La temperatura de un gas está relacionada con a velocidad media de las moléculas del mismo.
    • Las moléculas de un gas sólo pueden trasladarse, y no pueden ni girar ni vibrar.

c) Completa las actividades que te proponen en esta simulación.

http://www.virtual.unal.edu.co/cursos/ciencias/gases/swf/actividad.swf

Ebulloscopía y crioscopía en disoluciones.

Comprueba cómo la presencia de solutos eleva el punto de ebullición y reduce el punto de fusión del agua.
© Thomas J.Greenbowe

Patinadores


Energy Skate Park: Basics
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Energy Skate Park
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Resistencia de un conductor

Malabarismo

Péndulos

Muelles

Planos horizontales y planos inclinados

Planos horizontales 
Forces and Motion
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Planos inclinados
The Ramp
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Ramp: Forces and Motion

Ahorrando energía

Original y divertido flash en francés e inglés sobre medidas para ahorro de energía. Tienes dos minutos para ahorrar energía en tu casa.

Análisis a la llama