LABORATORIO DE FÍSICA

LABORATORIO DE FÍSICA

CONTENIDOS PROCEDIMENTALES

UNIVERSIDAD NACIONAL AUTÓNOMA DE MÉXICOFACULTAD DE QUÍMICA

CURSO 2012

PRESENTACIÓN

En este trabajo se pretende cumplir con los contenidos procedimentales que cubren el programa de laboratorio de Física de la Facultad de Química de la UNAM. Dichos contenidos comprenden llegar a identificar las variables involucradas, plantear las hipótesis pertinentes, seleccionar el equipo adecuado, diseñar un dispositivo experimental que permita encontrar la solución, encontrar la relación funcional entre variables, calcular e informar la incertidumbre en las mediciones y los resultados, establecer el intervalo de validez del modelo, establecer un principio físico, manejar adecuadamente el equipo, elaborar el informe escrito. Los contenidos que comprende este manual son una recapitulación de trabajos hechos previamente por profesores del laboratorio de Física de la facultad, en otros laboratorios y también contiene algunas propuestas nuevas. Todos los contenidos están desarrollados buscando que el aprendizaje se dé de manera significativa mediante un control estricto en las medidas, desde la calibración de equipo hasta la evaluación cuantitativa de la calidad del resultado de medir y aplicando estrategias del aprendizaje cooperativo.La implementación de los sistemas de calidad en las industrias ha exigido controlar de manera estricta la calidad de los resultados de medir y esto ha desarrollado el estudio de las medidas, la metrología. La metrología se encarga de estudiar todo lo relacionado con las medidas y ha puesto énfasis en el control de ellas para lograr una mayor confiabilidad en los resultados. Las actividades mas importantes que deben considerarse para lograr trabajar con confiabilidad y se dé un aprendizaje significativo son: usar equipos calibrados y verificados, tener los procedimientos de medida validados e informar de manera cuantitativa la calidad de los resultados a través de la incertidumbre. Llevando estas actividades para cada práctica podemos lograr identificar los posibles errores, eliminarlos, corregirlos o evaluarlos mediante la incertidumbre, esto aumenta la confiabilidad, el resultado se acerca mas al valor esperado y nos permite comprender de manera significativa el fenómeno físico estudiado en el trabajo experimental. El aprendizaje cooperativo es una metodología basada en el constructivismo social, esta metodología considera que el mejor maestro de un aprendiz es otro aprendiz. Las ideas pedagógicas esenciales del aprendizaje cooperativo no son nuevas, han estado presentes a lo largo de la historia de la educación, para los primeros planteamientos podrían considerarse a: John Dewey (1859-1952) y Célestin Freinet (1896-1966) y posteriormente han contribuidos los puntos de vista en educación, psicología y medicina (Piaget, Vygotsky, Pichón Rivere, Robert Sperry, Norbert Herrman, entre otros) Existen investigaciones experimentales que han demostrado su eficacia y eficiencia en comparación con otras formas de organizar el proceso educativo. En el aprendizaje cooperativo se subraya la necesidad de hacer participar a los alumnos en el proceso de enseñanza-aprendizaje. Se busca una participación interna y externa en donde predomina la actividad, la comunicación, la interactividad. Se pretende que el alumno aprenda significativamente mediante momentos de interacción, confrontando al aprendiz de manera individual con el objeto de aprendizaje y con otros que le ayuden a aprender y a moverse en su zona de desarrollo. El aprendizaje cooperativo propone una actividad orientada, guiada e intencionada del alumno en clase, en donde el profesor tiene el papel de mediador, es decir la persona que favorece el aprendizaje, estimula el desarrollo de sus potencialidades y lo que es más importante corrige funciones cognoscitiva deficiente Una clase del aprendizaje cooperativo es considerada como un proceso compartido por el maestro y los alumnos en el cual el docente es el mediador entre el alumno y el contenido de enseñanza, todo lo cual exige una participación activa intencionada y de cooperación de los alumnos. Varias son las formas en que puede estructurarse

una lección frente a grupo, el método “Eli” es una forma que evita la improvisación basada en el aprendizaje cooperativo y se desarrolla con una estructura flexible y dinámica. Ramón Ferreiro Gravié considera 7 momentos básicos en la lección que pueden ser combinados en la forma más conveniente, los cuales son: 1.-Creación del ambiente propicio para aprender y la activación para el esfuerzo intelectual que exige la enseñanza, 2.-la orientación de la atención de los alumnos, 3.-la recapitulación o repaso de lo que se aprende, 4.-el procesamiento de la información, 5.-la interdependencia social positiva, 6.-la evaluación y celebración de los resultados, 7.-la reflexión de qué se aprendió y cómo. Existen muchas estrategias para cada momento, las publicadas en su mayoría están orientadas a contenidos declarativos. En el aprendizaje cooperativo la evaluación también es una experiencia de aprendizaje tanto para el alumno como para el profesor. En la evaluación del aprendizaje se valora que sabe el alumno y como lo hace. Evaluar el aprendizaje de los alumnos es mucho más que un examen, en el aprendizaje cooperativo la evaluación es académica, individual, social, grupal y aunado a las características del trabajo procedimental, en este caso experimental, se requiere que en la evaluación no sólo se considere el contenido académico de aprendizaje sino también las habilidades adquiridas. El aprendizaje cooperativo recomienda muchas estrategias para evaluar pero se enfoca en una perspectiva de evaluación continua, el examen final individual y escrito tiene la finalidad de evaluar la generalización e integración del conocimiento que se va construyendo poco a poco.

En este documento se trabaja con la premisa de que si el control de las medidas es adecuado y se usa una estrategia didáctica que busque adquirir un aprendizaje significativo se mejorará la calidad de la enseñanza experimental. Por ello durante la propuesta de actividades se busca cumplir con los 7 momentos distribuidos de manera conveniente al contenido experimental que se pretende enseñar, cada lección experimental consta de tres sesiones, en la primera se discute y analiza el problema, la hipótesis y el trabajo experimental, en la segunda se lleva a cabo la práctica se analizan los resultados que se obtienen y se hace una conclusión general y en la tercera se entrega el informe. Invito al lector a identificar cada momento en el desarrollo de cada lección experimental y a analizar los controles metrológicos que se llevan en cada una de las actividades.

LECCIONES EXPERIMENTALES

Este documento le llama lección experimental a una serie de propuestas para el trabajo en el laboratorio. En cada una de ellas se busca aplicar los momentos del método “Eli” del aprendizaje cooperativo: Activación, orientación, recapitulación, procesamiento de la información, evaluación, interdependencia social positiva, reflexión de lo aprendido, metacognición y transferencia. Cada lección esta dividida en las siguientes partes:

Resumen: mediante un párrafo se describe el objetivo la actividad principal y el resultado que se pretende obtener.

Objetivo: El objetivo orienta al profesor y al alumno en el conocimiento adquirir. Antecedentes: se incluyen las actividades que tanto el alumno como el profesor deben

desarrollar antes de iniciar el trabajo experimental. Las actividades que se encuentran con letra “negrita” son sugerencias de investigación para el alumno. En esta sección también se sugieren actividades en el salón de clase que crearán el ambiente, darán la orientación adecuada para que se de el aprendizaje.

Actividad experimental: En esta sección se plantea el o los problemas a resolver. Estos problemas enfrentaran al alumno con el conocimiento y favorecerán los procesos de sentido, significado, metacognición y transferencia. En este punto se le indica al alumno que desarrolle una hipótesis de trabajo. Se sugiere un procedimiento el cual es modificable de acuerdo al planteamiento de su hipótesis.

Resultados: donde se sugiere al alumno como presentar los resultados obtenidosAnálisis de resultados: Es la parte mas difícil del documento se le pide al alumno que

responda las preguntas: ¿Qué pasó y que significa? En relación con la hipótesis y en relación con otro trabajo. ¿Los datos respondieron las preguntas? Es el momento de analizar mediante mesas redondas los resultados, comentar el significado. La discusión puede dividirse en tres partes. Los hechos que se han encontrado, comentarios sobre los hechos y las implicaciones teóricas de los hechos.

Conclusiones: Es el momento de reflexionar sobre lo aprendido y transferirlo a otras situaciones,

El último punto se refiere a las referencias bibliográficas en esta sección se incluyen todas las fuentes consultadas.

FECHA PRÁCTICA ACTIVIDADES TRABAJOS A ENTREGAR 6 Agosto Presentación y formación

de equipos para el Proyecto final

Se indica la forma de trabajo, evaluación y se forman los equipos para el trabajo del proyecto final así como se

hace el primer bosquejo para escoger tema.

lista de correos

8 agosto FASE 1 y II del proyecto final

Como producto final de esta fase se tiene definida la problemática, hipótesis, el desarrollo, la forma como se informaran los resultados y el tratamiento previsto. Esto ser resume en la entrega del protocolo y de un cronograma

Título del proyecto, Problema, estrategia de búsqueda de información y cronograma de actividades (equipo)

13 agosto Mediciones directas e indirectas

Medir la masa, el volumen y la densidad de un objeto, identificar cifras significativas, hacer operaciones con ellas e identificar errores.

Mapa conceptual de tarea (individual)Ejercicio de recapitulación (individual)Cuadro de evaluación (individual)Conclusiones (individual)Informe (equipo)

15 agosto Histograma Se revisan la construcción de histogramas

Glosario (individual)Elaboración de un histograma (individual)

Informe (equipo)20 agosto Incertidumbre /1.1.12 Distribución normal,

histograma, medidas de tendencia central y de dispersión e incertidumbre.

Glosario(individual)Ejercicio 1 (individual)Ejercicio 2 (individual)Ejercicio 3 (individual

22 agostoCalibración de balanzas Revisar el funcionamiento de

las balanzas y como se a calibrar. Revisar la diferencia entre calibración y ajuste

Informe

27 agosto Incertidumbre/ Movimiento rectilíneo con aceleración constante.

Movimiento rectilíneo con aceleración constante. Velocidad promedio vs velocidad instantánea

Bosquejo de estimación de la velocidad instantánea y promedio (individual)Informe (equipo)

29 agosto Relación Lineal /1.2 Relación lineal entre dos magnitudes, ajuste por cuadrados mínimos e incertidumbre de la pendiente, de la ordenada al origen y de la intersección

Cuestionario I relación lineal (individual)Resolución de problemas (individual)Cuestionario II relación lineal (indiivudal)Informe (equipo)

3 septiembre

Relación Lineal Ley de Hooke Antecedentes (individual)Resolución de problemas

(individual)Informe (equipo)

5 septiembre

Relaciones de potencia . Revisar el movimiento uniformemente acelerado y

obtener la pendiente

Antecedentes (individual)Resolución de problemas


10 septiembre

Péndulo /2.3 A partir de lo que se conoce sobre la relación entre dos

variables encontrar la relación exponencial



12 septiembre

Trabajo en el proyecto final

FASE IV del proyecto de investigación. Ejecutar las actividades planeadas, recopilar datos,

ProtocoloDiseño de la PracticaExperimentación

17 septiembre

1.- EXAMEN PARCIAL Examen parcial

19 septiembre

Intervalo de validez Se revisa la forma de validar un método y en que intervalo es válido y confiable

Informe actividades en clase

24 septiembre

Conservación del momento 1.5 Se estudia la ley de

conservación del momento lineal a través de la medida indirecta de los momentos iniciales y finales de dos partículas que sufren una colisión elástica bidimensional.

Resolución de problemas (individual)

26 de septiembre

Conservación del momento

Se lleva a cabo la colisión, se comprueba la

conservación del momento y se evalúa la incertidumbre,

repetabilidad y la reproducibilidad del sistema

de medida.



1 octubre Medidas de seguridad con el equipo eléctrico

/4.1

Se revisan a través de un trabajo cooperativo por internet las medidas de

seguridad para el manejo de equipo eléctrico. Las

medidas de seguridad para no dañar el equipo, para no dañar a las personas y para

trabajar de manera confiable. Se revisa el efecto de la corriente eléctrica y las cargas electrostáticas



3 octubre Manejo del Multímetro Se revisa el funcionamiento del multímetro como

amperímetro, voltímetro y Ohmetro



8 octubre Trabajo proyecto final Trabajo proyecto final Trabajo proyecto final10 octubre Trabajo proyecto final Trabajo Proyecto final 15 octubre Ley de Ohm/4.3.1.1 Se comprueba la Ley de

Ohm en un circuito Ohmico y se analiza la forma de

colocar los instrumentos en un circuito eléctrico, como

afecta la resistencia del mismo multímetro.



17 octubre Reglas de K./4.3.2.1 Se revisan reglas de K. Antecedentes (individual)Resolución de problemas


22 octubre Capacitores/4.3.2 Se miden capacitancias en serie, en paralelo y en un

capacitor de placas paralelas con la finalidad de

comprender el funcionamiento de un

capacitor.



24 octubre 2. EXAMEN PARCIAL EXAMEN . EXAMEN 29 octubre Osciloscopio Introducción al manejo y

aplicación del OsciloscopioAntecedentes (individual)Resolución de problemas


31 octubre Campos magnéticos /5.1 Se revisa Ley de Ampere y Ley de Biot y Savart. Se

experimenta con una brújula para ver la dirección del

campo magnético terrestre, el campo magnético con una

punta Hall Se estudia la relación de la

intensidad de corriente aplicada a una bobina y la

intensidad del campo magnetico generado



5 noviembre

Trabajo en proyecto final Trabajo en proyecto final Trabajo en proyecto final

7 noviembre

Campos magnéticos /5.1 . Se mide el campo magnético que tiene un

celular cuando se coloca en funcionamiento, se leen

artículos relacionados con el daño que provoca este campo magnético y se

indaga sobre la información que hay al respecto. Se revisa como obtener el

campo magnético radial y transversal y se revisa la relación entre distancia y

fuerza del campo magnético



12 noviembre

Transformadores/6,3 6,4 Se arma un transformador y se calcula su eficiencia



14noviembre

Exposición de trabajos frente a grupo

Se expone frente a grupo el trabajo final y se califica y se

escoge el mejor para la exposición

Presentación en power point e informe. Grupal

19noviembre

3 EXAMEN PARCIAL Y EXAMEN FINAL

EVALUACION FINAL Y REVISION DEL PORTAFOLIO

21 noviembre

ENTREGA DE CALIFICACIONES

ENTREGA DE CALIFICACIONES

Evaluación: se tienen tres exámenes parciales y uno departamental. Los exámenes tienen un valor de 50% y los informes, cuestionarios y tareas el 30%. El primer 50% se obtiene de promediar los 4 exámenes y el 30% de los informes se obtiene de promediar todos los productos y bitácora, para poder tener derecho a ser promediados todos los informes deben ser entregados. El proyecto final corresponde al 20% de la calificación. Para considerar ese 20% del proyecto final debe entregarse un documento previo, un documento final y debe hacerse la actividad experimental en clase. El trabajo del proyecto es de naturaleza cuantitativa. Es permitido tener tres faltas. Los informes son por equipo pero cada informe es verificado de manera individual durante la clase y con la bitácora.

PROYECTO.

RESUMEN

Se propicia la actividad del alumno a partir de sus intereses en un plan de trabajo alrededor de un tópico, a través de una participación activa en un proceso de investigación cumpliendo las fases propias de una investigación científica. Es obligatoria la participación activa de los alumnos desde el planteamiento, diseño, realización, presentación y aplicación de la propuesta. El trabajo es prolongado a lo largo de todo el semestre. Dicho trabajo integra la búsqueda bibliográfica y la experiencia experimental cubriendo seis fases que tienen sus propias características y nivel de cumplimiento.

OBJETIVO

Aplicar los conocimientos sobre la asignatura mediante la realización de un proyecto de carácter experimental, propiciar el trabajo en equipo mediante cooperación, propiciar el desarrollo de adquisición de habilidades intelectuales, manuales y socioafectivas, obtener resultados tangibles del proceso de aprendizaje, estimular el desarrollo creativo.

ACTIVIDADES

PRIMERA FASE

La primera fase consiste en seleccionar el proyecto para ello debe pensarse en resolver una problemática de un tema contemplado en el programa del curso, que tenga los siguientes requisitos: hacer posible la integración de conocimientos aportados por otras materias, que sea real, científico, de la vida cotidiana, personal, cultural o social. Realista en el modo en que se plantea y se trabaja y en los productos que se espera, retador, fácil (relativamente), factible por la organización de los recursos, el espacio y el tiempo esto último se refiere a que tiene que ser planteado con recursos fácilmente conseguibles, baratos o que se encuentren en el almacén del laboratorio.Los proyectos deben estar enmarcados en alguno u otro similar de los siguientes rubros, en cualquier rubro debe incluirse mediciones y se debe plantear la resolución de un problema:

1. Demostración y/o comprobación de leyes físicas incluidas en los temarios correspondientes.

2. Diseño de dispositivos de utilidad práctica.3. Diseño de experiencias alternativas para el laboratorio.4. Diseño de dispositivos de medición.5. Diseño de dispositivos auxiliares para la investigación.6. Aplicaciones lúdicas de los principios físicos.7. Aplicaciones a otras asignaturas de los principios físicos

Cada equipo debe estar formado por un máximo de tres estudiantes.

PRIMERA FASE:

Exploración del problema: ¿qué se va hacer?

¿por qué hay que hacerlo?

¿para qué se hace?

Como producto final de esta fase se tiene el título, el objetivo y la problemática o problemáticas seleccionados. En esta fase también se tiene la estrategia de búsqueda de información y el cronograma de actividades.

SEGUNDA FASE

La planeación del trabajo

¿qué predigo?

¿cómo voy a comprobar la predicción?

¿cuál es el material necesario?

¿cómo se van a recopilar los datos?

¿cuál es el tratamiento que se le dará a esos datos?

¿cuándo? plazos, programa, elaborar un cronograma

Como producto final de esta fase se tiene definida la hipótesis, el desarrollo, la forma como se informaran los resultados y el tratamiento previsto. Esto ser resume en la entrega del protocolo y de un cronograma

TERCERA FASE

La acción y la ejecución

ejecutar las actividades planeadasrecopilar datos interpretar los datos procesar y almacenar la información

Como producto final se tienen los datos tabulados en bitácora y su tratamiento e interpretación

CUARTA FASE

La evaluación del proceso y los resultados

Reflexión sobre la información procesadaIntegrar a partir de la información previa la información recopilada valorar la información recabada decidir que se va informar

En esta fase se tiene como producto final el informe que sigue la metodología que se encuentra al final de este documento y un resumen con las siguientes características:

Nombre del proyecto. Nombre de los integrantes. Nombre del profesor. Nombre y clave de la asignatura. Grupo. Descripción del objetivo que se persigue con la realización del proyecto. Descripción general del dispositivo realizado y el método seguido para lograr los objetivos

planteados. Dibujos, esquemas y/o diagramas necesarios para las explicaciones del funcionamiento y

uso del dispositivo. El resumen deberá entregarse en una extensión máxima de una cuartilla escrita en letra

Times New Roman, tamaño 12. En el Anexo 1 se muestra un ejemplo de un resumen de proyecto.

QUINTA FASELa comunicación de lo investigado

Acordar la forma de presentación conseguir lo necesario para la presentación de los resultadosdescribir y presentar a otros los resultados recibir retroalimentación de los demás.

SEXTA FASELa aplicación de los resultados

reflexionar sobre el proceso y los resultados

autoevaluación y evaluación grupal decisión sobre modos y vías de aplicación de los resultados propuesta de acción futura

Como producto final de la fase quinta y sexta es la exposición del trabajo ante grupo enfatizando la aplicación del proyecto. En la exposición entregar copias de la presentación en power point y debe hacerse una breve exposición del trabajo experimental con el equipo que implico el proyecto.

CALIBRACIÓN Y TRAZABILIDAD

RESUMEN: Se calibra una balanza. Se revisan los conceptos de ajuste, calibración y trazabilidad y se obtienen criterios para analizar el informe de calibración.

OBJETIVO: Revisar los conceptos de calibración y trazabilidad

PLANTEAMIENTO DE PROBLEMA: La balanza calibrada cumple con las especificaciones para la clase de exactitud de la balanza.

ANTECEDENTES

Para confiar en el resultado de medir un instrumento debe ser calibrado con cierta periodicidad, esa periodicidad depende del uso del instrumento y de las características propias del instrumento. La calibración es una serie de operaciones, bajo condiciones específicas, en un primer paso establecer una relación entre los valores de estándares con incertidumbre medidas y las indicaciones correspondientes con incertidumbre asociada y en un segundo paso, usar esta información para establecer una relación para obtener un resultado de medida de una indicación. Una calibración puede ser expresada por una declaración, un diagrama, una curva, una tabla. En algunos casos esto puede consistir de una corrección de la indicación con una incertidumbre asociada. No se debe confundir verificación y/o ajuste con calibración. La verificación consiste en proporcionar evidencia objetiva de que un proceso, un proceso de medida, un material, un compuesto o un sistema de medición cumplen con los requerimientos específicos, considerando la incertidumbre.

ACTIVIDADES EN CASA.

Investiga cuáles son las pruebas que se usan para calibrar una balanza y cuáles para verificarla, investiga también como se evalúa la clase de exactitud de una balanza y cuáles son los errores máximos tolerados. Puedes usar normatividad mexicana, consulta las normas NOM, en especial la NOM-010-SCFI-1994 Instrumentos de medición- Instrumentos para pesar de funcionamiento no automático- Requisitos técnicos y metrológicos. La de 1994 o la vigente. Esta norma se encuentra en la página de la dirección general de normas. También puedes consultar documentos que publican las organizaciones como la: OIML, ISO, y algunos laboratorios primarios como el Centro de Metrología Español.ACTIVIDAD EN EL SALÓN DE CLASES.

Una vez consultados los documentos de referencia se hará una discusión entre todos los alumnos. Antes de la discusión cada equipo de trabajo debe contestar por consenso a las preguntas indicadas en esta misma sección.

Durante la discusión habrá un moderador escogido por el grupo que presente el tema, formule las preguntas, de la palabra, controle el tiempo, resuma lo más importante. Al final el profesor resumirá los puntos importantes de las respuestas a las preguntas:

1.- ¿A que se refiere con exactitud del instrumento para pesar?2.- ¿Qué es y cómo se obtiene el escalón de verificación?3.- ¿Cuál es la división mínima, el escalón de verificación y el número de escalones de verificación de una balanza o-gram que se encuentra en el laboratorio?4.- Según la norma ¿cómo se escoge los errores mínimos tolerados?5.- ¿Cuáles y cuántas son las pruebas que tienen que hacerse para verificar una balanza?6.- ¿De acuerdo a la definición de calibración, que prueba que la norma pide podría considerarse la calibración y por qué?7.- ¿cómo se hace la prueba de linealidad?8.- ¿Qué información nos proporciona la prueba de excentricidad?9.- ¿Cómo se estima la incertidumbre de una balanza?10.- ¿Cómo se si los resultados que se obtienen de la balanza son los adecuados para ese tipo de balanza?

Revisar con tu profesor un informe de calibración y para las condiciones preestablecidas indicar si el informe es adecuado para las especificaciones que te indique el profesor.

HIPÓTESIS

La hipótesis se plantea una vez que se le haga una revisión ocular a la balanza, se evalué su exactitud y se definan los errores máximos tolerados y de acuerdo a las condiciones visuales en las que se encuentra se podría pronosticar si la balanza cumplirá con los requisitos. Para poder definir este pronóstico también puedes ayudarte de los informes de calibración previos de la balanza, de algún estudio hecho previo o de los datos del proveedor y del usuario de la balanza.

PROCEDIMIENTO

Antes de iniciar el diseño del experimento deben contestarse las siguientes preguntas ayudado de la norma vigente para verificación de balanzas: Diseñe basado en la investigación un procedimiento para poder identificar la exactitud de la balanza que va a calibrar. Diseñe también basado en la investigación los procedimientos experimentales necesarios para poder decidir si la balanza que calibra esta dentro de los errores máximos tolerados para la clase de exactitud que identifico.

RESULTADOS

Informe en tablas y gráficas los resultados de las pruebas que le ayudarán a definir si la balanza cumple con los errores máximos tolerados. Informe la incertidumbre de la balanza.

ANÁLISIS DE RESULTADOS

Una vez obtenidos los resultados decida la utilidad de la balanza, si cumple con la clase de exactitud, para que es útil esa balanza, si no cumple indique cuáles serían las recomendaciones para su uso.

CONCLUSIONES

Indique cuáles son las implicaciones de calibrar un instrumento en el trabajo del laboratorio en forma general y particular también indique las implicaciones de una balanza calibrada.

BIBLIOGRAFIA

NOM-O10 - SCFI – 1994 Instrumentos de medición- Instrumentos para pesar de funcionamiento no automático. Requisitos técnicos y metrológicos EN DOS SESIONES

MEDIDAS DIRECTAS E INDIRECTAS

RELACIÓN MASA-VOLUMEN

RESUMEN: Se mide de manera directa la masa y la longitud de un objeto para obtener dos medidas indirectas el volumen y la densidad. Se pone en evidencia que el valor exacto o correcto de una medición no puede conocerse, que cualquier medición está sujeta a error, se revisan las cifras significativas, las reglas de redondeo y de aproximación.

OBJETIVO: Identificar el grado de certeza con el que se obtiene el valor del mensurando

COMPETENCIAS:

Identificar entre medidas directas e indirectasDiferencias entre magnitud y mensurandoEscribir correctamente unidades de medida Identificar cifras significativas en medicionesHacer operaciones con cifras significativasIdentificar errores en la medición Diferenciar error e incertidumbre

ANTECEDENTES:

Actividades previas en casa

Consultar el vocabulario internacional de metrología que se encuentra de forma gratuita en:

http://www.bipm.org/utils/common/documents/jcgm/JCGM_200_2008.pdf y consultar el documento la guía para la expresión de la incertidumbre que se encuentra en forma gratuita en la dirección http://www.cem.es/sites/default/files/gum20digital1202010.pdf

Y con la información entrega de manera individual un mapa conceptual donde se relacione magnitud, mensurando, error, incertidumbre, resolución.

Actividades en el laboratorio

Contesta las siguientes preguntas:

¿De las magnitudes masa, volumen y densidad cuáles son básicas y cuáles derivadas?

¿Cuáles se obtienen por medidas directas y cuáles por medidas indirectas?

http://www.cem.es/sites/default/files/gum20digital1202010.pdf

http://www.bipm.org/utils/common/documents/jcgm/JCGM_200_2008.pdf

¿Qué instrumentos requerimos para medir masa y volumen.

Proponga dos métodos para medir el volumen del objeto Método 1 Método 2Mensurando Magnitud y Unidad Mensurando Magnitud y Unidad

PROBLEMAS

En las medidas de masa y longitud de un objeto cuáles son las cifras significativas y la división mínima de los instrumentos usados? Qué tipo de relación tienen la masa y el volumen? Qué errores puedes corregirse y cuáles eliminarse en las medidas de masa y longitud?

HIPÓTESIS

Cada equipo de trabajo redacte las hipótesis de trabajo pensando que la hipótesis debe ser un argumento claro que responda las preguntas que del trabajo experimental. Una buena hipótesis debe ser comprobable, el diseño experimental es para probar que la hipótesis sea falsa o verdadera. Escriban en la bitácora del laboratorio la hipótesis y presenten la hipótesis ante el grupo

PROCEDIMIENTOS

Identifique las cifras significativas y la división mínima de los instrumentos y trace en su bitácora la siguiente tabla.

Instrumento Resolución División mínima Número de cifras significativas

vernier balanza material volumétrico (indicar cuál)

Mida la masa, el volumen y calcule la densidad del objeto, trace en su bitácora una tabla como la que se indica.

masa (g) Volumen(cm3) masa (lb) Volumen (L) ρ (g/cm3) ρ (lb/cm3) ρ (g/L)Método IMétodo 2

Identifica los posibles errores y trace en su bitácora un cuadro como se indica a continuación:

Magnitud Error por la naturaleza de la magnitud

Errores instrumentales

Errores por el observador

Errores por influencias externas

Error por el método usado

Masa Calibración ParalajeLongitud Calibración Paralaje

MINI-LECTURA

Es muy difícil hacer una lista de los posibles errores sistemáticos que pudieran estar presentes en un resultado de medir, sin embargo existen algunos que pueden ser eliminados ya sea evitándolos o a través de una corrección. De todos los posibles errores mencionaremos en esta mini-lectura dos de ellos. El primero en analizar el llamado error del cero. Cuando se lee la escala de un instrumento, siempre debe cerciorarse que apunte realmente al cero cuando vaya leer 0. Si no, el instrumento debe ser ajustado para la lectura del cero, y, si no es posible, la lectura del cero debe sustraerse de todas las otras lecturas. Cuando una lectura se mide con una regla es mejor hacerla entre dos puntos intermedios de la regla más bien que del extremo final, la regla puede estar raída en el extremo o la escala pudo no haber estado correctamente inscrita por estar al final de la varilla. Hipótesis:


Escriba en su bitácora

¿Qué hicimos? Obtenemos la relación que existe entre el volumen y la densidad.

¿Cuáles fueron las cifras significativas mas pequeñas? Las de la balanza ya que con ella obtenemos llegamos a hasta 3 cifras del lado derecho del punto.

¿Cuál es la diferencia entre error e incertidumbre? El Error es la diferencia entre el resultado y el valor verdadero, y la Incertidumbre es la dispersión de los valores.

¿Qué unidades se escriben mal comúnmente? Mililitro ya que comúnmente se escribe “ml” y se escribe como “mL”, segundos ya que comúnmente lo describen como “seg”. Y se debe escribir “s”, gramos ya que comúnmente se escribe como “grs” o “gr” y se debe escribir como “g”

¿Cuál es la diferencia entre magnitud y mensurando? El mesurando es aquella cantidad que se somete a mediciones, y la magnitud puede ser diferenciada cuantitativa o cualitativamente.

¿Cuál es la relación entre masa y volumen?

CONCLUSIONES:

1.- ¿qué errores identifico?Reflexión por equipo Reflexión grupal

2¿Qué errores pudo corregir?

Reflexión por equipo Reflexión grupal

3.- ¿Puede detectarse otros errores en los datos experimentales?


4.- implicaciones teóricas de los hechos.


5.- Usando tus argumentos originales y mencionando los resultados puedes hacer que el significado de lo encontrado sea claro


REFERENCIAS BIBLIOGRÁFICAS

Youden, W.J Experimentation and Measurement NIST Special Publication 672 1991 Langhaar, H. Dimensional Analysis and Theory of Models. John Wiley and Sons, Inc.

London 1967 Massheleine L. Los solventes. Santiago de Chile 2004 M. DAUCHOT – DEHON, “Les effets de solvants sur les couches picturales.1.

Alcools et acétone“, Bulletin IRPA/KIK , XIV (1973/74) 89 – 104. R.L. FELLER, N. STOLOW et E.H. JONES, “On picture varnishes and their

solvents”, The Press of Case Western Reserve University – Clevelandand London (1971)

Berta Oda Noda. Introducción al análisis gráfico de datos experimentales. Facultad de Ciencias. UNAM. 2005

Baird, D.C. Experimentación. Prentice-Hall 1983 El manejo de datos experimentales. The Open University McGraw-Hill 1974 Bevington, R. Philips, Robinson, D. Keith. Data Reduction and Error Analysis for the

Physical Sciences. Second edition 1992 Resnick Robert, Halliday David, Krane Kenneth. Física Vol 1 Edit. CECSA 1993 Guide for Use of the Internacional System of Units (SI) NIST Special Publication 811 Edition

HISTOGRAMA

RESUMEN: Se traza un histograma y se revisan los conceptos de media, moda, varianza, desviación estándar.

OBJETIVO.- Analizar los conceptos de distribución normal rectangular y triangular, trazar histogramas y se revisan los conceptos de media, moda, varianza, desviación estándar y coeficiente de variación.

COMPETENCIAS

Estimar medidas de tendencia centralEstimar medidas de dispersiónTrazar histogramas

ANTECEDENTES

Actividades previas en casa

Escribe un glosario donde se considere: la media, el promedio, la mediana, la moda, la varianza, la desviación estándar, el coeficiente de variación, histograma, distribución normal, distribución rectangular y distribución triangular.

Actividades en el laboratorioEn las ciencias experimentales como la Biología, la Química y la Física estudian objetos o fenómenos a través de observar y experimentar, se obtiene información de resultados de una serie de experimentos. ¿Cómo pueden ordenarse esos resultados que facilite el análisis de los datos? Escribe ¿cómo crees que puedan ordenarse?

Dependiendo del tipo de experimento, pero lo mejor es ordenarse de menor a mayor para poder identificar la variación de los resultados.

De manera individual cada alumno lee la lectura: Por equipo de dos integrantes con ayuda de un cuadro enumerar en equipo los atributos de las distribuciones normal, triangular, trazar un cuadro.

MINI-LECUTURA

ANÁLISIS ESTADÍSTICO DE DATOS.

Para tener mayor confiabilidad en el resultado de medir es necesario repetirla, no importa el tipo de medida que se haga. Cuando una medida se repite nos muestran los errores de descuido, todas las medidas están sujetas a errores al azar y estos están dispersos alrededor del valor real. En ocasiones en un conjunto de medidas tenemos lecturas muy altas y otras veces muy bajas, el mejor estimador de esas medidas es la media de las lecturas, aunque a veces nos interesa obtener la moda o la mediana. En este conjunto de medidas los datos pueden estar dispersos o no tan dispersos, algunos pueden estar muy alejados de la media o cercanos. Una medida cuantitativa de esta dispersión es la desviación estándar. Si hay muchos valores es muy difícil apreciar cual es la dispersión de los datos y del valor mas probable. Si se colocan en una tabla se facilita la apreciación, es más conveniente graficar los datos mediante un histograma.El Histograma representa la frecuencia con la que se presentan los diferentes grupos de datos de la variable objeto de estudio. Es un conjunto de rectángulos, los cuales representan a cada una de las clases. En el eje de abscisas se representan las clases definidas y en el eje de ordenadas la frecuencia de cada una de ellas.La amplitud del intervalo de las clases se halla dividiendo el Recorrido entre el número de clases. El Histograma proporciona mucha información respecto a la estructura de los datos. Por tanto, es importante analizar la situación del centro del Histograma y el ancho del mismo que definen la tendencia central y la variabilidad del conjunto de datos respectivamente, así como la forma del Histograma que identifica algunas de las características del proceso en estudio. La distribución de un histograma nos muestra la función de distribución de probabilidad de los datos obtenidos y normalmente tienen una distribución característica que se denomina normal, sin embargo, también existen otro tipo de distribución entre las más comunes para medidas son: rectangular, triangular, senoidal.

a b x

Distribución uniforme o rectangular se caracteriza por el hecho de que todos los resultados posibles entres un cierto mínimo y máximo son igualmente probables. Se usa cuando hay muy poca información disponible respecto de la variable aleatoria, los parámetros mínimo y máximo se fijan para reflejar la mejor estimación del intervalo de valores que puede tomar la variable aleatoria.

Para su equivalencia con la normal se aplica:

s ( x )√3

s(x) = desviación estándar.

La distribución normal se caracteriza por su forma acampanada. Es simétrica y tiene la propiedad de que la mediana, la moda y la media coinciden. La mayor densidad esta cercana a la media. Se caracteriza por dos parámetros la media μ y la varianza σ2. La distribución normal se observa en la mayoría de los fenómenos es una de las mas utilizadas.

Densidad

Distribución No es cerradaParámetros σ2 > 0, μDominioMedia

F(x)

Densidad

Distribución

Parámetros a ≤ bDominio a ≤ x ≤ b Media

Varianza

a C b

F(x)

Varianza

La distribución triangular se define por tres parámetros: el mínimo a, el máximo b y el mas probable C. Variando al posición del mas probable con relación a los extremos, la distribución puede ser simétrica o no. Es cerrada eliminando la posibilidad de valores extremos que quizás pueda ocurrir en la realidad.

Densidad

Distribución

Parámetros a ≤ c ≤ bDominio a ≤ x ≤ bMedia

Varianza

http://www.youtube.com/watch?v=MPHcamAc5Zs&feature=related

http://www.youtube.com/watch?v=UVeSVZj1B9c

En equivalencia a la normal se aplica:

s ( x )√6

Además de la varianza también se usan otros dos estimadores de la dispersión, la desviación estándar y el coeficiente de variación.

desviaciones tan dar :

s=√s2 ( x )

var ianza :s2 (x )

coeficientedevar iación:

CV=s (x )

x− (100 )

x−=promedio

Trazo de Histogramas

Para trazar un histograma se divide el intervalo de datos en subintervalos (clases) que tienen las siguientes características:

a) Cada uno de los datos debe permanecer a una y sólo una clase.b) Las clases deben tener la misma longitudc) Los intervalos que forman las clases son cerrados por la izquierda y abiertos por la

derecha [x1, x2).d) El número de clases depende del número de datos. Los siguientes valores son

recomendados para decidir el número de clases:

http://www.youtube.com/watch?v=UVeSVZj1B9c

http://www.youtube.com/watch?v=MPHcamAc5Zs&feature=related

Una vez determinado el número de clases, el tamaño de las clases y el intervalo de valores de cada clase es posible construir el histograma o diagrama de frecuencias.

Traza un histograma con los siguientes datos obtenidos de medir durante 96 veces el grosor de las hojas de papel de un libro. Las medidas fueron hechas con un vernier y cada analista lo repitió cuatro veces. Cuando traces el histograma usa cada dato de manera individual.

Tamaño de la muestra(número de datos)

# de clases

Menos de 10 4De 10 a 20 5 De 20 a 45 6De 45 a 90 7De 90 a 180 8De 180 a 360 9De 360 a 720 10Mayor de 720 Entre 10 y

20

PROBLEMA: ¿Qué tipo de medida pudiera proporcionarnos una distribución triangular o rectangular?

HIPÓTESIS:

Cada equipo de trabajo redacte las hipótesis de trabajo pensando que la hipótesis debe ser un argumento claro que responda las preguntas que del trabajo experimental. Una buena hipótesis debe ser comprobable, el diseño experimental es para probar que la hipótesis sea falsa o verdadera. Escriban en la bitácora del laboratorio la hipótesis y presenten la hipótesis ante el grupo.

PROCEDIMIENTO:

Escoja una medida directa de magnitudes básicas o derivadas que pueda medir a lo menos 100 veces y demuestre el tipo de distribución.

RESULTADOS

Trace un histograma con los datos obtenidos en sus mediciones, estime valores del mensurando, estimadores de la dispersión.

ANÁLISIS DE RESULTADOS:

Identifique el mejor estimador del valor del mensurando y de la dispersión de cada una de las medidas hechas.

CONCLUSIONES

¿Cuáles son las implicaciones?Implicaciones de los resultados en relación con otros trabajos donde obtuvieron el tipo de distribución para las diferentes medidas.


Gleason, Roberto “Análisis Estadístico de datos haciendo uso de la Función normal de distribución” en: Sesiones Experimentales de Física. Departamento de Física y Química Teórica. Facultad de Química. UNAM. 1997

Youden, W.J Experimentation and Measurement NIST Special Publication 672 1991 Berta Oda Noda. Introducción al análisis gráfico de datos experimentales. Facultad de

Ciencias. UNAM. 2005 Baird, D.C. Experimentación. Prentice-Hall 1983 El manejo de datos experimentales. The Open University McGraw-Hill 1974 Bevington, R. Philips, Robinson, D. Keith. Data Reduction and Error Analysis for the

Physical Sciences. Second edition 1992

Recomendación INC-1 1980 BIPM ISO GUM Guide to expression of uncertainty in measurement NMX-CH-140-IMNC-2002 Guía para la expresión de incertidumbre en las mediciones Eurachem /CITAC/Guide CG4

INCERTIDUMBRE

RESUMEN: Se obtiene de manera experimental incertidumbre de tipo A, tipo B y la combinada.

OBJETIVO.- Estimar la incertidumbre de medidas directas e indirectas sin correlación en las variables.

COMPETENCIAS

Estimar la incertidumbre tipo AEstimar la incertidumbre tipo BCombinar incertidumbres de medidas indirectas.

ANTECEDENTES.

ACTIVIDADES EN CASA.

Consulte el documento Guía para la estimación de la incertidumbre que se encuentra de forma gratuita en la página del BIPM. De ese documento escribir un apunte que incluya: la definición y el modelo matemático que identifica los siguientes conceptos: error, incertidumbre, incertidumbre de tipo A, incertidumbre de tipo B, incertidumbre combinada e incertidumbre expandida.

En el documento anterior incluya un diagrama de cómo estimar la velocidad instantánea y promedio de un móvil en movimiento rectilíneo con aceleración constante.

ACTIVIDADES EN EL SALON DE CLASES.

¿Existe alguna diferencia entre error e incertidumbre?

Mi opinión:

La opinión del grupo:

De manera individual hacer la siguiente lectura

MINILECTURA

INCERTIDUMBRE

Un valor cuantitativo de la calidad del resultado de medir, es la incertidumbre, el cuál es un parámetro que nos mide el grado de dispersión de la medida. La incertidumbre por ser un parámetro del grado de dispersión es una desviación estándar en donde se incluyen todas las desviaciones estándar involucradas en la medida. La incertidumbre de un resultado de medida consta generalmente de varias componentes, las cuales pueden agruparse en dos categorías según la forma en que se estime su valor numérico:

A: Aquellas que se evalúan por métodos estadísticos B: Aquellas que se evalúan por otros métodos

No siempre existe una correspondencia sencilla entre las categorías A y B, y el carácter “aleatorio” o “sistemático” utilizando anteriormente para clasificar las incertidumbres. La expresión “incertidumbre sistemática” puede conducir a errores de interpretación, por lo que debe evitarse.

La incertidumbre de tipo A se obtiene a través de lecturas repetida durante la medida y corresponde a estimaciones de varianza, el mejor estimador cuando el resultado de medir se

obtiene de un promedio es la desviación estándar de la media: Para obtener la desviación estándar de la media es necesario calcular la varianza de la media:

De manera individual resolver el siguiente ejercicio, comparar el resultado con otro compañero y posteriormente conocer el procedimiento que todo el grupo uso para resolverlo.

Ejercicio 1

Para medir la velocidad de un móvil se hicieron varias medidas de distancia y de tiempo los valores obtenidos se presentan en la siguiente tabla ¿cuál de las dos variables aportan mayor incertidumbre?

Distanciamm

Tiempoms

1,14 1351,18 1361,16 1371,14 1351,15 132

MINI LECTURA.

La incertidumbre de tipo B se obtiene a partir de conocimientos extra de los resultados de medir. Se caracterizan por varianzas estimadas. Entre algunas fuentes de incertidumbre tipo B tenemos: datos suministrados por informes de calibración, datos proporcionados por el proveedor del instrumento, estudios previos del método de medida, incertidumbres asociadas a valores de referencia, incertidumbres asociadas a constantes. Un ejemplo de cómo obtener la incertidumbre de tipo B es todas las fuentes para medir volumen a continuación se ejemplifica.

La medida del volumen que ocupa un recipiente a través de medir volumen en un recipiente volumétrico corresponde a una medida directa. La lectura de volumen es obtenida de lectura directa en el instrumento volumétrico pero varias fuentes de incertidumbre están involucradas.

Incertidumbre al medir volumen:

Para el volumen de líquido que puede contener un recipiente pueden distinguirse por lo menos 4 fuentes de incertidumbre:

El llenado del recipiente , que por no tener marca se hace de manera empírica.; por ejemplo si se llena a 1 mm de la orilla representa el 1% de la altura de la vasija entonces la vasija se

llenará en un 99.5% ±0.5% que correspondería en unidades de volumen 0.995±0.005. Esta incertidumbre es considerada como triangular y va depender del volumen del recipiente:

La dilatación del líquido por efecto de la temperatura Todo líquido sufre una gran expansión volumétrica por aumento en la temperatura y esto proporciona una desconfianza en el resultado de medir, esta desconfianza tiene un comportamiento de tipo rectangular y depende del volumen y del coeficiente de expansión volumétrico del agua. El coeficiente de expansión volumétrica del agua tiene un valor de: 2,1x10-4°C-1. Si la temperatura de trabaja oscila entre (15±3) °C la ΔT corresponde a 3°C

La propia lectura en el recipiente volumétrico usado para medir el volumen. El material volumétrico tiene sus propias características de lectura, por ejemplo si se mide con una probeta de 1 mL de resolución, es posible que la lectura pudiera quedar entre una marca y otra, ¿cuál es la lectura? Podría ser 15 mL o 16 mL, si esta cercano al 15 podríamos decir 15 pero tendríamos una duda de 1 mL lo mismo sucedería si esta cercano al 16 diríamos 16 pero también tendríamos una duda de 1 mL. Si le hacemos caso a nuestra capacidad de observación para detectar la mitad de las cosas podríamos decir 15.5 pero ahora tendríamos una duda de solamente 0.5 mL. En el primer caso sería una duda de la división mínima, es decir lo mínimo que mide el instrumento 1 mL y en el segundo caso estaríamos hablando de la mitad de la división mínima. Para ambos casos se considera una distribución triangular. Esta incertidumbre podríamos llamarle de al

resolución.

El recipiente volumétrico es calibrado de acuerdo a normatividad por un laboratorio autorizado, el laboratorio informa la incertidumbre del instrumento, esta incertidumbre también es considerada

una distribución triangular.


Ejercicio 2

El área superficial de una vasija puede ser calculada de acuerdo a sus dimensiones y considerando que es cilíndrica, pero no es perfectamente regular por lo que se tiene que estimar el error y/o incertidumbre que puede cometerse al hacerse las lecturas de base y altura. Una forma de evaluar este error y/o incertidumbre es hacer varias medidas de base y altura y evaluar

una desviación estándar. Las otras dos incertidumbres involucradas corresponden a la

del instrumento con el que se midió la base y la altura, podría ser un vernier. La incertidumbre de la base y l altura correspondería a la incertidumbre del vernier que estría formada por dos fuentes de incertidumbre: del informe de calibración y de la división mínima.

MINI LECTURA

INCERTIDUMBRE COMBINADA

La combinación de todas las fuentes de incertidumbre se denomina incertidumbre combinada. La incertidumbre combinada debe caracterizarse por el valor numérico obtenido al aplicar el método habitual de combinación de varianzas. La incertidumbre combinada y sus componentes deben expresarse en forma de “desviaciones típicas.

Para medidas directas e indirectas se muestran a continuación

Lo anterior implicaría usar derivadas parciales entre las magnitudes involucradas en la medida. Cuando las magnitudes entre las variables están relacionadas con multiplicaciones o divisiones pueden estimarse las incertidumbres relativas:

El volumen es medido adicionando el agua que tiene el recipiente a un recipiente volumétrico calibrado que tiene la función de instrumento, es por lo tanto una medida directa, todas las fuentes de incertidumbre anteriores son combinadas:

Incertidumbre al medir área

En la medida de área pueden distinguirse 3 fuentes de incertidumbre; dos proporcionadas por la medida de las dimensiones del recipiente: altura y anchura. Y una tercera fuente de incertidumbre asociada a que no es un recipiente con una figura geométrica que nos ayude a determinar el área, se tiene que hacer una aproximación proporcionándole un nivel de confianza.

La incertidumbre corresponde a una incertidumbre combinada de medidas indirectas, por estar presente la multiplicación podemos usar el concepto de incertidumbre relativa:

Los invito a que calculen la incertidumbre del área de un recipiente con los siguientes datos usando las series de Taylor y la relativa y comparen su valor.


Ejercicio 3

Se mide la base y la altura con el mismo vernier cuya incertidumbre entregada por el laboratorio de calibración de 0,02 mm con un factor de cobertura k=2 la división mínima del vernier de 0,01 mm y las lecturas tomadas corresponden a:

Base (mm) Altura (mm)2,56 184,452,55 184,452,54 184,432,53 184,422,55 184,462,56 184,44

PROBLEMA

¿Cuál es la velocidad promedio su incertidumbre y cuál la velocidad instantánea y su incertidumbre de un carro dinámico?

Realiza un bosquejo de cómo estimar la velocidad instantánea y promedio

Relaciones matemáticas Consideraciones:

magnitudes medibles fuentes de incertidumbre para dichas magnitudes

mensurandos posibles errores y correcciones

HIPÓTESIS Plantea una hipótesis de trabajo para cada una de las medidas que se solicitan. Pronostica qué fuente de incertidumbre es mayor.

PROCEDIMIENTOS

Monta un experimento donde pueda evaluarse la velocidad promedio e instantánea del carro dinamico. Diseña una forma de estimar las fuentes de incertidumbre. Repetir cada medida cinco veces

RESULTADOS

Traza una tabla donde coloques cada uno de los mensurandos y sus incertidumbres.


Identifica el mejor estimador del valor del mensurando y de la dispersión de cada una de las medidas hechas. Analiza mediante un diagrama cuál fuente de incertidumbre es mayor Usando cada resultado con su incertidumbre asociada compare estos resultados con el % de diferencia.

CONCLUSIONES

¿Cuáles son las implicaciones del % de diferencia obtenido?¿Cómo puede disminuir la mayor fuente de incertidumbre para cada magnitud? ¿Se requiere otra fuente de incertidumbre a ser estimada? ¿Se requiere algún estudio especial para estimar alguna fuente de incertidumbre no considerada en la práctica?


Gleason, Roberto “Análisis Estadístico de datos haciendo uso de la Función normal de distribución” en: Sesiones Experimentales de Física. Departamento de Física y Química Teórica. Facultad de Química. UNAM. 1997

Youden, W.J Experimentation and Measurement NIST Special Publication 672 1991 Berta Oda Noda. Introducción al análisis gráfico de datos experimentales. Facultad de


Physical Sciences. Second edition 1992 Recomendación INC-1 1980 BIPM ISO GUM Guide to expression of uncertainty in measurement NMX-CH-140-IMNC-2002 Guía para la expresión de incertidumbre en las mediciones Eurachem /CITAC/Guide CG4

RELACIÓN LINEALRESUMEN.-

Se analizan las características del movimiento rectilíneo uniformeme a partir de una situación en el laboratorio, se construyen gráficas y se ajustan por el método de cuadrados mínimos.

OBJETIVO.- Revisar el movimiento uniformemente y obtener una relación lineal.

PROBLEMA.- ¿Cuál es el valor de la incertidumbre asociada a la velocidad constante del móvil y demostrar que la velocidad es constante durante todo el movimiento? .

ANTECEDENTES

ACTIVIDADES EN CASA:

Responder el siguiente cuestionario.

Cuestionario relación lineal.

1.-¿Cuáles son las características del movimiento rectilineo uniforme?2.-¿Cuáles son las ecuaciones para obtener la velocidad y la distancia recorrida?3.-¿Cuál es la relación entre la distancia recorrida y el tiempo que tarda en recorrerla en el movimiento rectilíneo uniforme?

4.-¿En qué consiste el ajuste por cuadrados mínimos?5.- ¿Por qué es necesario ajustar una curva lineal?

ACTIVIDADES EN EL LABORATORIO

Resolver:

La rapidez de los pulsos nerviosos en los mamíferos es típicamente de 100 m/s. Si un tiburón muerde la cola de una ballena de 30 m de longitud ¿cuánto tiempo transcurrirá antes de que la ballena se entere?

En el caso del veredicto mas cerrado para una carrera de esquí de campeonato, el ganador de la carrera a campo traviesa llegó a la línea de meta una centésima de segundo delante de su competidor mas cercano. Si ambos se estaban moviendo a una rapidez de 6 m/s ¿cuál fue la distancia entre ellos al final?

El animal terrestre más veloz es el guepardo, que corre con una rapidez hasta de 101 km/h. El segundo animal más rápido es el antílope, que alcanza una rapidez hasta de 88 km/h. Suponga que un guepardo comienza a perseguir a un antílope. Si el antílope tiene una ventaja de salida de 50 m, ¿cuánto tardara el guepardo en alcanza el antílope? ¿qué tan lejos habrá viajado el guepardo en ese tiempo?

MINI-LECTURA

En este movimiento la velocidad es constante y las ecuaciones que lo definen son:

Si el movimiento parte del reposo y analizamos el movimiento a lo largo del movimiento, podemos obtener la velocidad a través de la pendiente de la línea que se obtiene al graficar s vs t

Los datos que obtenemos para graficar por ser experimentales, con frecuencia son dispersos, entonces se presentan problemas para trazar la curva que mas se acerca al modelo lineal. Lo más sencillo es por discriminación visual de los puntos más dispersos pero, esta forma no nos da seguridad del valor de medición. El método de cuadrados mínimos, por ser matemático nos libera del juicio personal y además nos da confiabilidad en el resultado final. El criterio de cuadrados mínimos nos permite obtener los valores de la pendiente y la ordenada al origen de la mejor línea que incluye al mayor número de datos experimentales, el resumen de las ecuaciones corresponden a:

La desviación estándar de la pendiente y la ordenada al origen se calculan en términos de la desviación estándar de la distribución de valores de ζy alrededor de la mejor línea, que llamaremos Sy dada por:

Si de dos variables medidas una puede considerarse como consecuencia de la otra se dice que hay correlación y la propiedad matemática de las correlaciones puede expresarse como:

Contestar las siguientes preguntas:

¿De acuerdo a la ecuación de una línea recta, para la ecuación del movimiento, cuáles son las variables claves que pueden proporcionarnos una relación lineal?

¿Cuál sería la variable dependiente y cuál la independiente?

¿Qué significaría la pendiente?

¿Qué significa la ordenada al origen?

¿Si en la gráfica no diera ordenada al origen que significaría?

¿Cómo podemos saber que realmente la curva dio lineal?

¿Cómo puedo evaluar la duda del valor de la pendiente?

¿Cómo puedo evaluar la duda del valor de la ordenada al origen?

PLANTEAMIENTO DE LA HIPÓTESIS

¿Cuál es la hipótesis bajo prueba? ¿cuál es la relación entre la distancia recorrida y el tiempo. Redacta una hipótesis por cada problema. Plantea las hipótesis de trabajo pensando que la hipótesis debe ser un argumento claro que responda las preguntas que se plantean del trabajo experimental. Una buena hipótesis debe ser comprobable, el diseño experimental es para probar que la hipótesis sea falsa o verdadera.

PROCEDIMIENTOS

Diseña un experimento usando un riel de aire y fotoceldas donde puedas estudiar la relación que existe entre la distancia recorrida por un móvil y el tiempo en un movimiento a velocidad constante. También en tu diseño incluye como comprobar que durante todo el movimiento la velocidad permanece constante.

RESULTADOS

Tabula los valores de distancia recorrida y tiempo, grafica estos datos, ajusta la curva, obtén la pendiente, la ordenada al origen sus respectivas incertidumbre y una ecuación que represente el movimiento.


En relación con la hipótesis y con relación a otro trabajo¿Los datos respondieron las preguntas?Comenta un significadoExplica resultados negativosRelevancia para condiciones presentesLa validez y el significado de los resultadosLa discusión puede dividirse en tres partes. Los hechos que has encontrado, tus comentarios sobre los hechos y las implicaciones teóricas de los hechos. Usando tus argumentos originales y mencionando los resultados puedes hacer que el significado de lo encontrado sea claro

CONCLUSIONES

¿Cuáles son las implicaciones?Implicaciones de los resultados en relación con otros trabajos

REFERENCIAS BIBLIOGRÁFICAS.

Sesiones experimentales de Física. Departamento de Física y Química Teórica UNAM 1997. Práctica Segunda Ley de Newton. Marcelo Lugo Licona

Internacional Vocabulary of Basic and General Terms in Metrology (VIM ) ISO 3. Edición 2006

Resnick Robert, Halliday David, Krane Kenneth. Física Vol 1 Edit. CECSA 1993 El manejo de datos experimentales. The Open University McGraw-Hill 1970 Internacional vocabulary of basic and general terms in metrology (VIM ) ISO 3. Edición

2006 Baird, D.C. Experimentación. Prentice Hall 1988 Bevington, R. Philips, Robinson, D. Keith. Data Reduction and Error Analysis for the


RELACIONES DE POTENCIA MOVIMIENTO UNIFORMEMENTE ACELERADO

RESUMEN.-

Se analizan las relaciones de potencia a través de estudiar las características del movimiento uniformemente acelerado a partir de una situación en el laboratorio, se construyen gráficas haciendo un cambio de variable y se ajustan por el método de cuadrados mínimos.

OBJETIVO.- Revisar el movimiento uniformemente acelerado y obtener una relación lineal con un cambio de variable

PROBLEMA.- ¿Cuál es el valor de la incertidumbre asociada a la aceleración constante del móvil? ¿cómo se y demuestra que se puede obtener la aceleración de manera lineal con y si cambio de variable.

ANTECEDENTES


Construye un cuadro donde incluyas las relaciones matemáticas para obtener distancias recorridas, velocidad y aceleración para el movimiento uniforme, uniformemente acelerado, caída libre, tiro horizontal, tiro parabólico.


MINI.LECTURA

MOVIMIENTO UNIFORMEMENTE ACELERADO

En el movimiento rectilíneo uniformemente acelerado la velocidad varía y la aceleración permanece constante, las ecuaciones que lo describen se encuentran a continuación:

Para obtener la posición del móvil tenemos:

CAMBIO DE VARIABLE

Si una relación es representada de la forma general donde a y n son constantes, se considera una relación exponencial y dependiendo del valor de n se pueden distinguir dos tipos de curvas parabólicas si n es positiva e hiperbólica si n es negativa en general la forma de las curvas serían las siguientes:

y

x2

Para obtener los valores de n y a de manera gráfica se puede lograr probando graficar con un cambio de variable, en papel logarítmico.

Mecanismo para graficar con cambio de variable1.- Se grafican las magnitudes en papel milimétrico y se observa la forma de la curva2.- Según sea la forma, se revisan las relaciones matemáticas y se decide el cambio de variable. 3.- De manera arbitraria se le da un valor a n y se grafica, si la nueva gráfica es lineal el cambio de variable es el correcto. Si no da lineal entonces se repite nuevamente dando otro valor arbitrario y se vuelve a graficar. 4.- El cambio de variable es considerado para la relación final entre las variables. Por ejemplo si se le dio un valor de 2 a n entonces el cambio de variable ocurrió a la potencia 2 y entonces la nueva relación entre las variables será:

Si se grafica en papel logarítmico significa que tanto x como y están elevados a log, entones n y a se ven afectados. Si conocemos las propiedades de los logaritmos:

Log x

Log y

Lo anterior nos indicaría que para obtener a es necesario sacar el antilog de la ordenada al origen y la pendiente correspondería a la potencia de x.

HIPÓTESIS.-

Plantee la hipótesis, cuide de modificar el procedimiento de acuerdo a la hipótesis que tenga planteada.

PROCEDIMIENTO.-

Adaptar un sistema que ocurra un movimiento uniformemente acelerado y esta involucrada la aceleración de la gravedad “g”. Se recomienda que use un plano inclinado con un riel. Marcar el lugar desde donde se lanzará el móvilMarcar 5 distancias equidistantes a lo largo del riel desde el punto de lanzamientoDiseñe un sistema para lanzar el móvil siempre con la misma fuerzaLanzar el móvil Medir el tiempo en cada distancia usando fotoceldas o una fotocelda cambiándola de lugar cada vez.Repetir cada punto tres veces

También puede hacerlo dejando caer un balín a través de un fluido y midiendo los tiempos a diferentes alturas

RESULTADOS

1.- Obtener los promedios de las repeticiones2.- Graficar los valores de s y t en papel milimétrico, haga cambio de variable hasta obtener una relación lineal entre las magnitudes.3.- Calcular el mejor valor de m y b para la curva ajustada4.- Obtener la gráfica con el cambio de variable en papel milimétrico con los puntos obtenidos usando los parámetros m y b de la mejor curva5.- Calcule el coeficiente de correlación de las variables involucradas6.- Calcular la desviación estándar de m y la desviación estándar de b7.- Evalúe la incertidumbre de m8.- Obtenga el valor de g y su incertidumbre


¿Qué significa todo?¿Qué pasó y que significa?En relación a la hipótesis y en relación a otro trabajo¿Los datos respondieron las preguntas?Comenta un significadoExplica resultados negativosRelevancia para condiciones presentesLa validez y el significado de los resultadosLa discusión puede dividirse en tres partes. Los hechos que tú has encontrado, tus comentarios sobre los hechos y las implicaciones teóricas de los hechos. Usando tus argumentos originales y mencionando los resultados tú puedes hacer que el significado del encontrado sea claro

CONCLUSIONES

¿Cuáles son las implicaciones?Implicaciones de los resultados en relación a otros trabajos

BIBBLIOGRAFÍA

Youden, W.J Experimentation and Measurement NIST Special Publiction 672 1991 Berta Oda Noda. introducción al análisis gráfico de datos experimentales. Facultad de



Beer, P. Ferdindand, Johnston Russell. Mecánica Vectorial para Ingenieros. Tomo II Dinámica 1973. Edit. McGraw-Hill

Resnick Robert, Halliday David, Krane Kenneth. Física Vol 1 Edit. CECSA 199

PÉNDULO

RESUMEN: A través de medir el periodo de un péndulo modificando las variables que posiblemente afecten se analizan las relaciones exponenciales.

OBJETIVO:

Con los conocimientos adquiridos sobre relaciones entre dos variables llegar a obtener una relación entre tres o más variables.

PROBLEMA:

Cuál es la relación entre la longitud de los hilos, la distancia de separación entre ellos y el periodo para una varilla que oscila torsionalmente suspendida por dos hilos de igual longitud y a distancia iguales del centro de la varilla

ANTECEDENTES

Investiga que son las relaciones potenciales y como se puede saber la relación que existe entre tres variables.

HIPÓTESIS

Plantee la hipótesis, cuide de modificar el procedimiento de acuerdo a la hipótesis que tenga planteada.

PROCEDIMIENTOS

1.- Definir la variable que mantendrán constante (L o d)

2.- si L es constante hacer las mediciones necesarias para obtener una tabla que relacione el periodo con la distancia de separación

3.- graficar en papel milimétrico

4.- analizar la grafica obtenida para determinar el cambio de variable a efectuar o el tipo de papel logarítmico o semilogaritmico o milimétrico a usar

5.- obtener la ecuación de T en función de d

6.- repetir los pasos desde 2 a 5 para diferentes longitudes de hilo y obtener:

6.1 una familia de curvas en papel milimétrico6,2 una familia de rectas auxiliares6.3 una familia de ecuaciones

7.- analizar la familia de ecuaciones para determinar cual de los parámetros de las rectas auxiliares es función de la tercer variable L

8.- graficar la constante m o b en función de la tercera variable y encontrar su ecuación9.- ordenar la relación entre las tres variables.



CONCLUSIONES




International Vocabulary of Basic and General Terms in Metrology (VIM) ISO 3. Edición 2006

Resnick Robert, Halliday David, Krane Kenneth. Física Vol 1 Edit. CECSA 1993 El manejo de datos experimentales. The Open University McGraw-Hill 1970

Internacional vocabulary of basic and general terms in metrology (VIM ) ISO 3. Edición 2006

Baird, D.C. Experimentación. Prentice Hall 1988 Bevington, R. Philips, Robinson, D. Keith. Data Reduction and Error Analysis for the

Physical Sciences. Second edition 1992 Beer, P. Ferdinand, Johnston Russell. Mecánica Vectorial para Ingenieros. Tomo I Estática

1973. Edit. McGraw-Hill Talanquer Vicente, Costas Ma. Eugenia, Amador Carlos. Taller de Física. Cinemática y

Dinámica. 1990 Facultad de Química UNAM Resnick Robert, Halliday David, Krane Kenneth. Física Vol 1 Edit. CECSA 1993

INTERVALO DE VALIDEZVALIDACIÓN DE MÉTODOS

RESUMEN: Se mide de manera indirecta la aceleración de un carro dinámico que se mueve al conectarle masas pequeñas en un extremo usando una cuerda. Se mide indirectamente la aceleración basándose en el movimiento uniformemente acelerado y en la segunda Ley de Newton. Se analizan los conceptos: Metrología, mensurando, principio de medición, método de medición, proceso de medición, resultado de la medida, valor de una cantidad de medida, error, sesgo, exactitud, valor verdadero.

OBJETIVO: Revisar el movimiento uniformemente acelerado, la segunda Ley de Newton y revisar los conceptos de metrología, medida, mensurando, principio de medición, método de medición, proceso de medición resultado de la medida, valor de una cantidad de medida y de exactitud. Mediante actividades experimentales y grupales se revisan conceptos relacionados con metrología en un nivel conceptual exclusivamente y se identifican en los procesos de medir parámetros de medición que nos hablan de la calidad de las mediciones.

PROBLEMAS:

¿Cuál es el porcentaje de diferencia entre los valores obtenidos para la aceleración mediante las ecuaciones del movimiento uniformemente acelerado y mediante la segunda Ley de Newton?

¿Cuáles es el principio de medida, el método y el procedimiento para cada una de las formas?

¿Qué método es más exacto?

¿Cuántas cifras considero como confiables? ¿Es necesario repetir varias veces una misma medida? ¿Qué instrumento es más preciso, más exacto con menor sesgo y con menor error? ¿Cuál es el valor verdadero para cada medida?

¿Existen limitaciones en los datos experimentales cuáles son las fuentes de esas limitaciones?

ANTECEDENTES


Es necesario identificar cada uno de los conceptos: principio de medida, método de medida y procedimiento de medir, así como el valor de la medida, la exactitud de la medida y las ecuaciones del movimiento uniformemente acelerado y de la segunda Ley de Newton.

MINI-LECTURA

LIMITACIONES EN LOS RESULTADOS DE MEDIR

La cantidad particular a ser medida se denomina mensurando y para poder obtener ese resultado de medir requiere un trabajo experimental, todo trabajo experimental requiere bases científicas para su diseño, pero basado en esas bases se diseña una forma de trabajar y se sigue una receta que indique paso a paso el trabajo experimental para poder repetir el experimento y comprobar el resultado que se obtiene. El vocabulario internacional de metrología, emitido por un comité convocado por el BIPM, define tres fases indispensables en el diseño del trabajo experimental: 1.-El principio de medida son las bases científicas de una medición.

2.-El método de medida es la secuencia de operaciones llevadas a cabo en la ejecución de la medición.

3.-El procedimiento de medición es la serie de operaciones descritas específicamente usadas en llevar a cabo una medición en particular de acuerdo a un método dado y basado en un principio.

Todo lo anterior es estudiado por una ciencia, la ciencia de las mediciones: La metrología. En el trabajo en el laboratorio deben obtenerse datos dignos de confianza pero existen

varias razones por las cuales los datos pueden resultar defectuosos, las más importantes son:

Errores en el sistema de medida

Un sistema de medida tiene un principio de medida, este principio son las bases científicas para poder llevar a cabo la medida, este principio tiene sus limitaciones, por ejemplo si es una medida basada en la relación matemática de varias variables en donde una constante esta involucrada, como la gravedad, esta constante tiene sus propias limitaciones que son conocidas en el momento en el que la constante es establecida, esas limitaciones provocan deficiencias en el principio usado. El método de medir también puede proporcionarnos desconfianza en el resultado, ya que aunque este basado en un principio, el método tiene una pequeña modificación que puede ser la causante de una limitación en el resultado, por ejemplo: cuando se mide masa, en una balanza, se basa en el principio de comparar dos objetos, el de referencia y el que quiero medir, pero puedo hacerlo por varios métodos, uno puede por sustitución, colocando el de referencia, quitándolo y después colocando el que quiero saber, o colocando los dos y sacar el valor por diferencia. Los errores que pueden cometerse son diferentes.

Errores humanos

De acuerdo al VIM el error de la medida se define como el resultado de una medición menos el valor verdadero del mensurando. El valor verdadero es un valor único y en la práctica desconocida. Es un valor que cuente con la compatibilidad metrológica de resultados de medir que aseguren su validez. Un error puede deberse a descuidos por ejemplo una mala lectura en la escala o el simple acto de observar, repitiendo varias veces la medida de la misma cantidad podría elucidar este tipo de error. Durante el proceso de medir se busca eliminar lo más posible esos errores o corregirlos. Una Corrección se define como el valor agregado algebraicamente al resultado de una medición para compensar un error, un ejemplo es el error de paralaje. Por lo anterior es importante analizar detenidamente cuales son los errores que se cometen y tratar de evitarlos o corregirlos. Los avances en los instrumentos nos ayudan a identificar errores, sin embargo los instrumentos tienen limitaciones, y esta es una segunda razón por la que debemos desconfiar de los resultados.

Limitaciones instrumentales Entre las limitaciones instrumentales podemos mencionar los errores de los propios instrumentos, estos los podemos conocer cuando el instrumento se calibra comparándolo con un patrón de referencia de reconocimiento internacional, un laboratorio autorizado puede darnos la diferencia con un patrón que el instrumento tiene al medir la misma cantidad. Otra limitación del instrumento es la incertidumbre, que corresponde a la duda, que por su naturaleza tenemos sobre el resultado

de medir, la incertidumbre es proporcionada por el laboratorio que calibra el instrumento y por las especificaciones del fabricante. Otra desconfianza que nos proporciona el instrumento es su estabilidad, es decir la habilidad de un instrumento para mantener sus propiedades metrológicas constantes con el tiempo. La resolución de un instrumento también es un factor de desconfianza, es la mínima cantidad que proporciona un cambio perceptible en indicación del instrumento, la resolución nos proporcionará el número de cifras que el instrumento es capaz de dar en una medida. La resolución depende del ruido interno, externo o de la fricción de su propio sistema de operación.

Influencias extrañas.-

En ocasiones un experimento tiene errores debido a la influencia que ciertas cantidades tienen sobre el resultado de medir en la propia naturaleza de la medida, en el instrumento o en la forma como se mide. El resultado de una balanza depende no solamente del funcionamiento del instrumento sino también de alguna corriente de aire en el lugar, la medida de la longitud de un objeto no solo depende del instrumento con que se mida sino también de la temperatura ambiental. Por lo anterior cuando desarrollamos un trabajo experimentar debemos vigilar las influencias extrañas que pueden afectar la calidad del resultado de medir, eliminarlas cuando se pueda, como es el caso de la corriente de aire en la balanza o corregirlas como es el de la influencia de condiciones ambientales; humedad relativa, temperatura ambiental o presión atmosférica.

Muestreo

A veces los resultados de medir se obtienen de muestras específicas, si esta muestra no es representativa entonces no tendremos un resultado confiable. Ya sea porque se mide tomando muestras de lo que se va a medir o porque el instrumento no es tan hábil para detectar toda la situación de medida y solamente detecta una parte. Es importante vigilar esta situación y definir una forma confiable para muestrear o hacer las medidas suficientes para tener todas las situaciones y tener una lectura constante

Fluctuaciones estadísticas

Por último consideramos esas fluctuaciones que no está en nuestras manos, todas las anteriores de algunas manera podemos eliminarlas o corregirlas pero todavía los resultados de medir están expuestos a estas fluctuaciones que son las responsables en gran medida que un resultado de medir no se repita. Es decir cada vez que se repite una medida bajo las mismas condiciones siempre tendremos resultados diferentes. Para disminuirlas bastaría con aumentar el tamaño del muestreo. Pero el remanente es necesario hacer un análisis estadístico.

Todas las deficiencias identificadas anteriormente en un proceso de medir nos lleva a desconfiar de los resultados y para evaluar esta desconfianza se tienen una serie de parámetros del resultado de medir que todos en conjunto van a formar un solo valor numérico que nos evalúa de manera cuantitativa la calidad del resultado de medir: la incertidumbre de medición. Lo que nos obliga a que cada resultado de medir siempre debe ira acompañado del intervalo en el cuál puede caer el resultado de medir: la incertidumbre.

Parámetros del resultado de medir:

Exactitud de la medida: grado de concordancia entre el resultado de medir y el valor real o verdadero del mensurando.Precisión de la medida (fidelidad): El grado de concordancia entre resultados de medición independientes obtenidos bajo condiciones de repetibilidad y/o reproducibilidadCondiciones de Repetibilidad de la medida.-. Grado de cercanía entre el resultado de sucesivas mediciones del mismo mensurando llevadas a cabo bajo las mismas condiciones. Se dice condiciones de repetibilidad; el mismo proceso de medir, el mismo observador, el mismo instrumento de medir usado bajo las mismas condiciones, el mismo lugar, repeticiones bajo períodos cortos de tiempo.Condiciones de Reproducibilidad de la medida.- grado de cercanía entre los resultados de medición del mismo mensurando llevado a cabo bajo condiciones de cambio. Las condiciones de cambio: Principio de medición, método de medición, observador, instrumento de medir, estándar, condiciones de uso, tiempo.Veracidad de la medida (justeza).- Grado de cercanía entre el promedio de un número de réplicas de la medida y un valor de referencia. Sesgo de la medida.- Estimación del error de medida sistemático con respecto a un valor de referenciaCondiciones de precisión intermedia de la medida.- las condiciones de medida en una serie de condiciones que incluye el mismo proceso de medida, mismo lugar, medidas repetidas, el mismo u objetos similares, bajo ciertos períodos de tiempo pero puede incluir otras condiciones de cambio: calibraciones, operadores. Precisión intermedia de la medida.- precisión de la medida bajo condiciones de precisión intermedia. Error de la medida.- Diferencia del valor de una cantidad medida y del valor de referencia Error sistemática de la medida.- Componente de un error de la medida, que permanece constante o varía de una manera predecible cuando la medida se replica.Incertidumbre: Es la duda del proceso de medición; parámetro asociado al resultado de una medición, que caracteriza la dispersión de los valores que podrían razonablemente ser atribuido al mensurando. Y esta formada por una serie de factores.

Terminadas las actividades de la lectura el grupo se divide en equipos de 4 para llevar a cabo el trabajo experimental, reunidos en equipo de 4 plantean la hipótesis de trabajo

Actividades en el laboratorio

El grupo se divide en parejas y cada pareja lee la lectura y el material que investigo y traza un mapa conceptual con los conceptos, principio de medida, método de medida, procedimiento de medida, movimiento uniformemente acelerado, segunda Ley de Newton


¿Cuál es la hipótesis bajo prueba? ¿Habrá diferencia entre los resultados obtenidos por los diferentes principios de medida?

Plantea las hipótesis de trabajo pensando que la hipótesis debe ser un argumento claro que responda las preguntas que se plantean del trabajo experimental. Una buena hipótesis debe ser comprobable, el diseño experimental es para probar que la hipótesis sea falsa o verdadera.

PROCEDIMIENTO

Diseña dos procedimientos para medir la aceleración de un carro movido por la colocación de pesas en uno de sus extremos a través de un hilo, el primer procedimiento debe estar basado en el movimiento uniformemente acelerado y el segundo en la segunda Ley de Newton. Identifica las variables dependientes (salida) e independientes (entrada) involucradas para cada uno de los procedimientos. Escoge los instrumentos que emplearás para medir las magnitudes, usa fotoceldas para reducir los errores en la medida del tiempo. Repite varias veces las lecturas medidas.

RESULTADOS

Informa los resultados mediante una tabla. Incluye los cálculos

Número de repeticiones

Distancia recorrida

Tiempo en recorrerla

Fuerza aplicada

Masa total del carrito

a(MUA) a(2L.N) %dif.



CONCLUSIONES




Internacional Vocabulary of Basic and General Terms in Metrology (VIM ) ISO 3. Edición 2006

Resnick Robert, Halliday David, Krane Kenneth. Física Vol 1 Edit. CECSA 1993 El manejo de datos experimentales. The Open University McGraw-Hill 1970 Internacional vocabulary of basic and general terms in metrology (VIM ) ISO 3. Edición

2006 Baird, D.C. Experimentación. Prentice Hall 1988 Bevington, R. Philips, Robinson, D. Keith. Data Reduction and Error Analysis for the


CONSERVACIÓN DEL MOMENTO

RESUMEN: Se estudia la ley de conservación del momento lineal a través de la medida indirecta de los momentos iniciales y finales de dos partículas que sufren una colisión elástica

x

bidimensional. Se evalúa la incertidumbre, repetibilidad y la reproducibilidad del sistema de medida.

OBJETIVO: Aplicar los conocimientos sobre el movimiento de los cuerpos en dos dimensiones para verificar que el momento lineal total en la dirección horizontal del sistema de partículas se conserva, medir el alcance horizontal de dos partículas que colisionan y siguen posteriormente la trayectoria característica de un tiro parabólico, evaluar la calidad de las medidas a través de estimar la incertidumbre y evaluar la repetibilidad y reproducibilidad del sistema de medida.

PROBLEMA: ¿Cuáles son los momentos individuales iniciales y finales de las partículas que colisionan y siguen una trayectoria parabólica con ayuda de la acción de la gravedad, con velocidad inicial horizontal del siguiente sistema?

La colisión ocurre cuando un balín de masa m2 que se encuentra en la parte superior de la rampa se deja deslizar y choca con el balín de masa m1, las esferas al caer marcarán los puntos x1 y x2 en el piso.

ANTECEDENTES

ACTIVIDADES PREVIAS

Investiga como estimar el momento lineal en una colisión elástica, cómo estimar los momentos lineales y finales de las partículas que interactúan, el tiro parabólico, tiro horizontal.

Y resolver los siguientes problemas:

1.-Un vagón de 40 000 lb tiene una velocidad de 2 p/s hacía la derecha y choca con otro de 70 000 lb que está en reposo. Si después del choque el vagón de 70 000 se mueve hacia la derecha a una velocidad de 1,2 p/s. Calcular el coeficiente de restitución entre los dos vagones.

2.- Se deja caer verticalmente una pelota sobre el punto A de un plano inclinado 20º; la pelota rebota formando un ángulo de 40º con la vertical. Sabiendo que el próximo rebote tiene lugar en B calcular: La velocidad con la cual rebota la pelota en A. b) El tiempo requerido para que la pelota se mueva de A a B.

ACTIVIDADES EN EL SALON DE CLASES

Formar parejas al azar y resolver el siguiente problema posteriormente se discutirá en panel la solución.

El collar B tiene una velocidad inicial de 80 pul/s y choca con el collar A produciendo una serie de choque tanto en los collares como en el soporte fijo en C. Suponiendo que e=1 en todos los choques y despreciando el rozamiento. Calcular: a) El número de choque que ocurre. B) la velocidad final d e B c) la posición final de A.

mAvA mBvB mAvA2

40000

70000 70000

mBvB2

40000A

HIPÓTESIS.-

Plantea las hipótesis de trabajo tratando de responder las preguntas del problema o plantea una sola hipótesis donde estén involucradas todas las preguntas.

PROCEDIMIENTO

Identifica que variables involucradas en el momento lineal son medibles, diseña una forma de medirlas. Define cuántas veces repetirás cada medida, Diseña una estrategia para poder marcar las caídas de las pelotas. Cambia las pelotas por canicas.

RESULTADOS

Tabula los datos de las variables identificadas. Comprueba la conservación del momento. Estima la incertidumbre de las variables directas e indirectamente medidas. Estima el grado de repetibilidad y reproducibilidad del experimento


¿Qué pasó y que significa?Comenta un significadoExplica resultados negativosEn relación a la hipótesis ¿Los datos respondieron las preguntas?Relevancia para condiciones presentesLa validez y el significado de los resultadosLa discusión puede dividirse en tres partes. Los hechos que has encontrado, tus comentarios sobre los hechos y las implicaciones teóricas de los hechos. Usando tus argumentos originales y mencionando los resultados puedes hacer que el significado de lo encontrado sea claro

CONCLUSIONES

¿Cuáles son las implicaciones?Implicaciones de los resultados comparados con resultados teóricos similares.

REFERENCIAS

Beer, P. Ferdindand, Johnston Russell. Mecánica Vectorial para Ingenieros. Tomo I Estática 1973. Edit. McGraw-Hill

Talanquer Vicente, Costas Ma. Eugenia, Amador Carlos. Taller de Física. Cinématica y Dinámica. 1990 Facultad de Química UNAM

Resnick Robert, Halliday David, Krane Kenneth. Física Vol 1 Edit. CECSA 1993

EN DOS SESIONES

MEDIDAS DE SEGURIDAD CON EQUIPO ELÉCTRICOSEGURIDAD

RESUMEN:

Se identifican las principales medidas de seguridad en el manejo de corriente eléctrica y cargas electrostáticas a través de lecturas de reflexión siguiendo la temática del aprendizaje cooperativo y colaborativo

OBJETIVO.-

Identificar las principales medidas de seguridad en el manejo equipo eléctrico y cargas electrostáticas.

ACTIVIDADES.-

Lluvia de ideas ( 3 minutos)

Enlistar sin despegar el lápiz de la hoja de papel y de una manera gráfica todas las ideas relacionadas con seguridad con el equipo eléctrico.

Panel ( 2 minutos)Cada integrante del grupo dirá en voz alta una idea escrita en su hoja, debe buscar que no

la haya dicho otro compañero, no deben repetirse las ideas y se comentarán estas ideas.

Mini-lección.-

La lectura se hará de la siguiente forma: Se dividirá el grupo en 3 subgrupos de 5 alumnos cada uno. Cada integrante

se enumera del 1 al 5. Se reúnen los unos y leen de manera cooperativa el tema 1, los dos se

reúnen y leen el tema 2, los tres se reúnen y leen el tema 3, los 4 se reúnen y leen el tema 4, los 5 se reúnen y leen el tema 5. (30 minutos). Estos nuevos grupos se denominan grupos de “expertos temporales” ellos analizan su lección. En una hoja de papel cada integrante de los subgrupos contesta de la lectura las 5 comadres: ¿Qué? ¿Por qué?, ¿Para qué? ¿Cómo? ¿Cuándo? y ¿Dónde? .

Se expone en clase el tema brevemente, retomando lo tratando precisando detalles. ( El alumno toma apuntes)

Los expertos temporales regresan a sus grupos iniciales y cada grupo desarrolla los temas que se enumeran en la siguiente lista, mediante una exposición en cartel.

Temas a desarrollar:1.- Para las fuentes de corriente continua y alterna, pilas recargables y no recargables, toma de corriente: ¿Qué medidas de seguridad requieren?2.- Para las fuentes de corriente continua y alterna, pilas recargables y no recargables, toma de corriente: ¿Qué tipo de dispositivos de seguridad tienen, dónde se localizan, cómo se cambian?3.- ¿Qué daño puede ocasionar las cargas electrostáticas y que medidas de seguridad se requiere?4.- De las instalaciones del laboratorio de electromagnetismo registra los siguientes datos: ¿Qué medidas de seguridad existen? ¿Qué medidas de seguridad requiere? ¿Qué debe hacerse con las cargas electrostáticas?5.- ¿Qué daños ocasiona en el organismo una descarga eléctrica? ¿Qué debe hacerse si una persona recibe una descarga eléctrica?

Al final de la exposición se escoge el mejor trabajo el cuál tendrá 10 de calificación y el siguiente trabajo tendrá 9 y así sucesivamente, puede suceder que todos los subgrupos tengan 10 de calificación.

Cada alumno escribe una lista de las medidas de seguridad que debe tener con el trabajo de equipo eléctrico para lograr un trabajo confiable y no dañarse el y sus compañeros, ni tampoco dañar el equipo y otra lista donde se indiquen los dispositivos que pueden usarse para protegerse y proteger el equipo e instrumentos.

La evaluación será a través de la calificación de cada uno de los documentos generados durante la clase:

o Lluvia de ideaso 5 comadreso Notas de la exposicióno Cartelo Lista de las medidas de seguridad.

Tener presente para las lecturas.

1.- Prepara tu actividad o experimento de laboratorio leyéndolo de antemano. Haz preguntas necesarias acerca de lo que no te resulte claro. Anota todas las precauciones que debes tomar.

2.- Asegúrate que en todas tus mediciones logras trazabilidad a patrones de reconocimiento internacional. (Tema de la práctica 3)

3.- Todos los instrumentos deben estar calibrados por un laboratorio autorizado. (Tema de la práctica 4)

4.- Verifica que el equipo e instrumentos están trabajando adecuadamente entre períodos de calibración. (Tema de la práctica 5)

CUESTIONARIO.-

1.- ¿Cuál es el motivo de que la mayoría de las clavijas tienen tres entradas?2.- ¿Qué efectos produce la corriente al pasar a través de un cuerpo de un ser vivo?3.- ¿Cuál es la corriente que puede pasar por el cuerpo humano sin ser dañado?4.- ¿Cuál es la resistencia del cuerpo? Indicar las regiones5.- ¿Qué debe hacerse si una persona recibe una descarga eléctrica6.- ¿Cómo recibe una descarga el ser humano?7.- ¿Cuáles son los efectos térmicos del arco eléctrico?

Referencias

Guía para la selección del equipamiento de protección personal contra los efectos térmicos del arco eléctrico. Asociación Internacional de la Seguridad Social. 2002IEEE-guide “Maintenance, operation and Safety of industrial and comercial power systems “ 1998Non Rechargeable Batteries Do´s and Don´nts. Internacional Electrotechnical Comisión.Zbar, P. Prácticas de Electricidad. Marcombo Barcelona

EN UNA SESIÓN

MANEJO DEL MULTÍMETROINSTRUMENTOS DE MEDIDA DE LAS MAGNITUDES ELÉCTRICAS

RESUMEN.-Se llevan a cabo una serie de actividades que nos permiten familiarizarnos con los instrumentos mas usados para medir cantidades eléctricas.

OBJETIVO.-Conocer cómo se usan los cuatro medidores básicos de cantidades eléctrica, (amperímetro, voltímetro, ohmetro) el principio de su funcionamiento y la estimación de la calidad de su funcionamiento.

PROBLEMA.- ¿Cuál de los dos tipos de instrumento: analógico o digital tienen la menor incertidumbre, la mayor precisión y veracidad y es el más exacto? En sus tres modalidades como: voltímetro, ohmetro y amperímetro.

ANTECEDENTES.-

Los multímetros son instrumentos que se usan para medir corriente, tensión, resistencia. Es importante conocer la forma en que se conectan para las medidas, pero es igualmente importante que se comprenda cómo funciona el instrumento y se evalúe la calidad de ese resultado a fin de interpretar adecuadamente la medición. La siguiente información servirá para conocer los instrumentos pero es necesario que continúes con la búsqueda bibliográfica para completar la sesión en el laboratorio.

Los instrumentos de medida de las magnitudes eléctricas mas usados son los multímetros los cuales pueden ser de dos tipos analógicos o digitales.

El funcionamiento de los analógicos sigue el principio del galvanómetroLos parámetros más importantes de un instrumento analógicos son: clase, fidelidad, movilidad, rapidez de la indicación. Índice de clase.- corresponde a la exactitud del instrumento (que tan capaz es para dar un valor lo mas cercano al valor verdadero).

El índice de clase está dado por una cifra que representa un valor en porcentaje del valor máximo del campo de medida es decir de la escala. Los instrumentos se clasifican según su utilización:Instrumentos patrones.- clase: 0,05 0,1 0,2Instrumentos de control.- clase: 0,5 1Instrumentos industriales clase: 1,5 2Instrumentos indicadores clase: 5

Fidelidad.- Es la capacidad del instrumento para dar indicaciones idénticas para valores idénticos de la magnitud a medir, independientemente de las condiciones de operación. La fidelidad puede estar influenciada por los choques mecánicos, las sobrecargas accidentales, los campos magnéticos, los efectos de la electricidad estática, la influencia de la humedad sobre las resistencias de aislamiento de los circuitos, el efecto de la temperatura sobre las piezas mecánicas, el envejecimiento de ciertas piezas

Movilidad.- Es la aptitud del instrumento para responder a pequeñas variaciones de la magnitud a medir

Rapidez de la indicación.- Es la capacidad del instrumento para indicar, en un tiempo mínimo, el valor de la magnitud o de sus variaciones.

Los instrumentos de tipo digital transforman las magnitudes eléctricas analógicas en indicaciones leídas directamente en forma digital.

Responde por equipo de trabajo las siguientes preguntas y después discutirlas en grupo con el profesor como moderador.

¿Cuál es el principio de funcionamiento de casi todos los instrumentos para cantidades eléctricas?¿Qué otro tipo de principios existen para medir cantidades eléctricas?¿Cómo funciona el medidor de corriente?¿Cómo funciona un galvanómetro?¿Qué es un multímetro?¿Qué cuidados deben tenerse para medir corriente con un multímetro?¿Qué cuidados deben tenerse para medir voltaje con un multímetro?¿Qué cuidados deben tenerse para medir resistencia con un multímetro?¿Cuál es el mecanismo del medidor de bobina móvil (d’arsonval)?¿Cuál es la función de la aguja?¿Cuál es la función del resorte?

¿Cuál es la diferencia entre un medidor analógico y otro digital?¿Qué es la calibración de un instrumento?¿A que se refiere con decir el ajuste del instrumento?

Las características metrológicas del multímetro tanto digital como analógico se encuentran en el manual de operación elaborado por el proveedor. Las resistencias comerciales son hechas por lote y para saber su valor usan un código de colores el cual se muestra a continuación:

Colores 1 cifra 2 cifra Multiplicador ToleranciaNegro 0 0Café 1 1 X10 ±1%Rojo 2 2 X102 ±2%Naranja 3 3 X103

Amarillo 4 4 X104

Verde 5 5 X105 ±0.5%Azul 6 6 X106

Violeta 7 7 X107

Gris 8 8 X108

Blanco 9 9 X109

Dorado ±5%Plateado ±10%Sin color ±20%

Ejemplo:Si los colores son: ( Marrón – Negro – Rojo – Oro ) su valor en ohmios es: 10x 1005 % = 1000 = 1KTolerancia de 5%

También hay resistencias con 5 bandas de colores, la única diferenciarespecto a la tabla anterior, es qué la tercera banda es la 3ª Cifra, elresto sigue igual.


Plantea una hipótesis de trabajo para cada una de las medidas que se solicitan. Pronostica qué fuente de incertidumbre es mayor.

ACTIVIDADES.-1.- Mide con el multímetro analógico y digital tres resistencias de diferente valor dos de

ellas con código de colores y la tercera de cerámica. Informa el valor de la lectura con su incertidumbre (calculada de acuerdo al anexo 2). Compara este valor con el del código de colores y entre los equipos. Analiza los resultados y concluye este punto.

http://www.arrakis.es/~fon/simbologia/_private/colores.htm#codigo

A

R

V

2.- Mide con el multímetro analógico y digital tres pilas. Coloca las pilas en serie y mide la lectura final, coloca las pilas en paralelo y mide la lectura final. Informa cada resultado con la estimación de la incertidumbre para cada equipo.

3.- Revisa el funcionamiento de la fuente poder y mide tres lecturas diferentes, 5 veces cada una con el multímetro analógico y 5 veces con el digital. Informa el promedio de las 5 y estima la incertidumbre de la medida con cada uno de los dos instrumentos. Analiza los resultados y explica las diferencias.

4.- Arme el circuito de la figura 1 y mide la intensidad de corriente en el circuito informa el valor con la estimación de la incertidumbre.

RESULTADOS

Tabula los resultados para cada medida y con cada uno de los equipos que se proponen.


Una vez que ya tienes los resultados y las incertidumbres de resistencia, voltaje e intensidad de corriente analiza cuál de los dos equipos proporciona la mayor incertidumbre, la mayor precisión, el más veraz y el más exacto. Analiza mediante un diagrama cuál fuente de incertidumbre es mayor para la medida de voltaje, resistencia y amperaje.

CONCLUSIONES



Stanley Wolf, Guía para mediciones electrónicas y prácticas de laboratorio. Prentice-Hall 1980.

Holzbock, W.G. Instrumentos para medición y control 2.- edición CECSA 1991 Bentley, John P. Sistemas de Medición. Principios y aplicaciones. Segunda edición.

CECSA 1993

EN UNA SESIÓN

LEY DE OHM

RESUMEN

Se arman dos diferentes circuitos, la diferencia se encuentra en la forma como se colocan los instrumentos para medir. Se usa la misma resistencia y se aplica el mismo voltaje y se usan los mismos instrumentos para medir voltaje e intensidad de corriente. A través de dar diferentes valores de voltaje se obtiene el valor de la resistencia de manera experimental ajustando la curva entre las variables que tienen una relación lineal. El valor de la resistencia y su incertidumbre asociada se ve afectada por la forma en que se colocan los instrumentos. OBJETIVO.-

Verificar la ley de Ohm, ajustar una curva mediante cuadrados mínimos analizar las limitaciones de los instrumentos de medida, estimar la incertidumbre de variables correlacionadas.

PROBLEMA.-

¿En cuál de los dos circuitos la contribución de la incertidumbre por los instrumentos de medida es menor?

A

V

+-

-+

+

-

A

V

+-

-+

+

-

ANTECEDENTES

ACTIVIDADES PREVIAS

Investiga la Ley de Ohm, qué significa microscópicamente la relación V=RI, y a qué se refiere cuando se dice la resistencia interna del instrumento.

ACTIVIDADES EN EL SALON DE CLASE

El grupo se divide en parejas lee la siguiente lectura y resuelve las siguientes preguntas junto con la investigación previa, para después discutirlas con el grupo completo y con un mediador nombrado por votación.

MINI-LECTURA

La resistencia interna del medidor ideal de corriente es cero pero la resistencia interna del medidor ideal de voltaje es infinita. En el caso ideal da lo mismo que usemos el circuito 1 o el 2 para realizar la práctica, pues lo que obtendremos (con cualquiera de ellos) será la diferencia de potencial entre los extremos. Pero en el caso real debemos considerar la resistencia internas de los instrumentos para decidir cual de los dos circuitos debemos emplear. Si la resistencia interna del medidor de voltaje es muy grande en comparación con la resistencia “R” se puede emplear el circuito 1 ya que la mayor parte de la corriente que circula en el circuito 1 pasa por R

Si la resistencia interna del medidor de voltaje fuese menor que la resistencia R, la corriente que recorre el circuito 1 pasará por la resistencia R pero la mayor parte de ella pasará por el medidor de voltaje así la corriente que mida el medidor de corriente no será solo la que pasa por R sino la que pasa por R más la que pasa por el medidor de voltaje y por lo tanto no obtendremos medidas confiables a menos que conozcamos la resistencia interna del medidor de voltaje y la de la resistencia para saber que parte de la corriente total medida es la que pasa por R únicamente.La estimación de la incertidumbre para ahora es muy diferente a como se ha pedido a lo largo del curso, ahora requerimos la incertidumbre de la resistencia y la resistencia se obtiene de la pendiente de una gráfica. Para calcular la incertidumbre de la pendiente aplicamos el criterio de EURACHEM, ellos proponen calcular la incertidumbre a partir de la desviación estándar de la pendiente.


Considerando la teoría pronostica una respuesta que esperas obtener a las preguntas después de la experimentación.

PROCEDIMIENTO

Arme los circuitos 1 y 2 y diseñe el procedimiento para obtener varias medidas de voltaje e intensidad de corriente. En su diseño considere las características de los instrumentos y la necesidad de que se encuentre calibrados. También diseñe un pequeño procedimiento para medir la resistencia del circuito.

RESULTADOS

Tabule los datos de voltaje e intensidad de corriente de los dos circuitos, grafique los valores y ajuste la curva obtenida. Estime la pendiente, la ordenada al origen y las incertidumbres asociadas.


¿Qué significa todo?¿Qué pasó y que significa?En relación a la hipótesis y en relación a otro trabajo¿Los datos respondieron las preguntas?Comenta un significadoExplica resultados negativosRelevancia para condiciones presentesLa validez y el significado de los resultadosLa discusión puede dividirse en tres partes. Los hechos que tú has encontrado, tus comentarios sobre los hechos y las implicaciones teóricas de los hechos. Usando tus argumentos originales y mencionando los resultados tú puedes hacer que el significado del encontrado sea claro

CONCLUSIONES

¿Cuáles son las implicaciones?Implicaciones de los resultados en relación a otros trabajos

REFERENCIAS

Resnick Robert, Halliday David, Krane Kenneth. Física Vol 1 Edit. CECSA 1993 Herrera Miguel Angel. En: Prácticas de Electromagnetismo. Laboratorio de Física.

Departamento de Física y Química Teórica 1993 Alonso Marcelo, Finn Edward. Física Vol II Fondo Educativo Interamericano 1976 Serway Raymond, Jewett, Jhon Física Vol II Sexta edición Thomson 2002 Wells Dare, Slusher Harold. Física para Ingeniería y Ciencias. Serie Schaum McGraw-Hill

1985 Recomendación INC-1 1980 BIPM ISO GUM Guide to expressión of uncertainty in measurement NMX-CH-140-IMNC-2002 Guía para la expresión de incertidumbre en las mediciones Eurachem /CITAC/Guide CG4

EN UNA SESIÓN

REGLAS DE KIRCHHOFF´S

RESUMEN.-

Se mide la corriente en diferentes puntos de varios circuitos eléctricos para comprender el principio de conservación de carga a través de la lectura de voltaje en diferentes circuitos se comprueba el principio de conservación de energía

OBJETIVO.-Obtener la resistencia equivalente de circuitos sencillos y estimar la incertidumbre en medidas indirectas.

1.- Demostrar experimentalmente, que la suma de las caídas de potencial a lo largo de cualquier camino en una red es cero.2.- Demostrar experimentalmente, que en un nudo de una red eléctrica la suma de las intensidades son cero. Principio de conservación de carga

PROBLEMAS.-¿Cuál es el mejor arreglo en pilas y resistencias (foquitos) para tener la mejor serie de focos?

a) ¿En el siguiente circuito se cumple la ley de los nodos?

R1

I1

R2I2 R3

I3

aE1

bE2

c

d

R1I1 R2

I2

R3I3

Apb) Para el siguiente circuito de dos mallas ¿cuál es el sentido de las intensidades en el

nodo? ¿Qué diferencia se obtiene del valor teórico y del valor práctico?

c) ¿En el siguiente circuito se cumple la ley de Ohm para cada uno de las tres resistencias? ¿Se cumple la regla de Kirchhoff para voltaje en los sistemas: abcda, adefa, y abcdefa? ¿La polaridad de los voltajes y la dirección de las corrientes, corresponden a las que están escritas en el diagrama?

i

ANTECEDENTES

ACTIVIDADES PREVIASInvestiga cómo se comporta un circuito en serie y en paralelo usando resistencias y pilas. Investiga también cómo es el armado de un circuito en serie y en paralelo. Investiga cómo es la serie de focos usado en los focos de adorno para los árboles de navidad

Investiga en que consisten las reglas de Kirchhoff, como pueden aplicarse a circuitos sencillos e intenta aplicarlos a los circuitos involucrados con los problemas..

ACTIVIDADES EN EL SALÓN DE CLASES

1.- Colocar varias pilas en serie y en paralelo, medir el voltaje final en cada arreglo, estimar la incertidumbre, comparar el valor teórico, también estimar la incertidumbre2.- Colocar varias resistencias en serie y paralelo, medir la resistencia final en cada arreglo y comparar el valor con el teórico, estimar la incertidumbre en ambos casos

3.- Analizar los resultados de las actividades 1 y 2 y usar este análisis para escoger la mejor forma de conectar los focos en el armado de la serie de focos

Antes de iniciar la actividad experimental obtén las ecuaciones que nos darán los valores teóricos de los circuitos a y b. Lleva a cabo esta actividad de manera individual después compara los resultados con los demás integrantes del equipo. El grupo se divide en 6 equipos, cada equipo escoge uno de los circuitos, de tal manera que 3 equipos analizan el circuito a y los otros tres el circuito b. Después de un tiempo considerado se reúnen los equipos que analizaron el circuito a y los que analizaron el circuito b. Estos nuevos equipos analizan los circuitos y escogen a un representante para que ponga a consideración de los restantes compañeros la tarea

realizada en forma de una plenaria. Los alumnos y el profesor deben establecer, por consenso, las normas de la plenaria final antes del inicio de la actividad.

HIPÓTESIS

Por equipos de trabajo redactar la hipótesis de trabajo.

MATERIAL Y EQUIPO.-

1-cautín3 Resistencias 0.5W de diferentes valores2 multímetrosCables rojos y negrosBanana-caíman2 fuentes de corriente directa (continua)

Arma los circuitos del problema y diseña un procedimiento para poder resolver las preguntas de la práctica.

RESULTADOSDibuja el diagrama de los circuitos armadosTabula los datos obtenidos para cada resistencia, para cada pila y la resistencia final para cada arregloCalcula la resistencia equivalente para cada uno los circuitos. Calcula el voltaje final

1.- Informar en una tabla los datos de la primera (a) y segunda actividad (b)2.- En una segunda tabla informar los datos de la actividad c


¿Qué pasó y que significa?Comenta un significadoExplica resultados negativosEn relación con la hipótesis ¿Los datos respondieron las preguntas?Relevancia para condiciones presentesLa validez y el significado de los resultadosLa discusión puede dividirse en tres partes. Los hechos que has encontrado, tus comentarios sobre los hechos y las implicaciones teóricas de los hechos. Usando tus argumentos originales y mencionando los resultados puedes hacer que el significado de lo encontrado sea claro

CONCLUSIONES


REFERENCIAS.-

Resnick Robert, Halliday David, Krane Kenneth. Física Vol 1 Edit. CECSA 1993 Alonso Marcelo, Finn Edward. Física Vol II Fondo Educativo Interamericano 1976 Serway Raymond, Jewett, Jhon Física Vol II Sexta edición Thomson 2002 Wells Dare, Slusher Harold. Física para Ingeniería y Ciencias. Serie Schaum McGraw-Hill

1985 Recomendación INC-1 1980 BIPM ISO GUM Guide to expressión of uncertainty in measurement NMX-CH-140-IMNC-2002 Guía para la expresión de incertidumbre en las mediciones Eurachem /CITAC/Guide CG4 Wildi T. De vito. Experimentos con equipo eléctrico. Edit. Limusa México1968 Zbar, Paul. Tracticas de electricidad. Marcombo. Barcelona 1979 Physics 5C lab manual. Experiments in Electricity and Magnetism University of California

1995 Prácticas de Electromagnetismo. Laboratorio de Física. Departamento de Física y Química

Teórica Facultad de Química, 1993 Metrología. Práctica de la medida en la industria. Asociación Española de Normalización y

Certificación

EN DOS SESIONES

CAPACITORES

RESUMEN.- Se revisa el fenómeno de capacitancia, como funciona un capacitor y que sucede al colocar capacitares en serie y en paralelo.

OBJETIVO.- Analizar la relación de un capacitor de placas paralelas con la distancia entre las placas y el área de las mismas. Analizar la capacitancia equivalente de capacitares en serie y en paralelo

PROBLEMA: ¿Qué capacitancia equivalente tiene mayor exactitud y menor incertidumbre; la obtenida al colocar los capacitares en serie o al colocarlos en paralelo? Considerando el valor verdadero el teórico Y ¿cuál es la exactitud de la constante dieléctrica obtenida del material de prueba? Considerando el valor verdadero el valor informado por el proveedor o publicado en tablas.

ANTECEDENTESPor parejas de manera recíproca leen en el salón de clases la siguiente lectura y

posteriormente cada alumno de la pareja escribe una oración original y significativa que englobe el tema de la lectura y posteriormente entre los dos redactan la oración. Terminando la actividad se leen las oraciones al resto del grupo.

MINI-LECTURACAPACITORES

Un capacitor es un dispositivo eléctrico formado por dos conductores aislados entre sí, que al aplicarles una diferencia de potencial V, se reacomoda su carga eléctrica uno queda con carga positiva y otro con carga negativa la capacitancia se define como:

Cuya unidad en el sistema Internacional es FaradLa capacitancia depende de la distancia entre los conductores y del área de cada conductor:

PLANTEAMIENTO DE HIPÓTESIS

Plantea la hipótesis considerando los errores que pudieras cometer en el procedimiento.

PROCEDIMIENTO

Diseña un procedimiento para colocar tres capacitores en serie medir la capacitancia equivalente y estimar la incertidumbre de medida. Estos mismos capacitares se colocan en paralelo y mide la capacitancia y estima la incertidumbre de la medida.En un capacitor de placas paralelas mide la capacitancia como función de la distancia entre las placas después coloca un material dieléctrico entre las placas y mide su constante dieléctrica variando la distancia entre las placas. Para variar la distancia entre las placas coloca material dieléctrico entre ellas una placa tras otra hasta completar 5 diferencias distancias.

RESULTADOS

Tabula los datos de capacitancia e incertidumbre para cada uno de los capacitores, la capacitancia equivalente de los capacitares colocados en serie, y la capacitancia equivalente de los capacitares colocados en paralelo. Tabula los datos de distancia y capacitancia para el capacitor de placas paralelasTabula los datos de distancia y capacitancia para el capacitor de placas paralelas con dieléctricoGrafica los valores de capacitancia y el inverso de la distancia, ajusta la curva, calcula el coeficiente de correlación, la pendiente, la ordenada al origen y estima la desviación estándar de cada valor. Con la pendiente informa la constante dieléctrica del material


Compara los datos teóricos con los prácticos de la capacitancia equivalente para los circuitos en serie y paralelo. Indica si hay diferencias y por qué.Compara el valor de la constante dieléctrica del material experimental con el informado por el proveedor o encontrada en tablas, indica si hay diferencia y por qué.


¿Qué pasó y que significa?Comenta un significadoExplica resultados negativosEn relación con la hipótesis ¿Los datos respondieron las preguntas?

Relevancia para condiciones presentesLa validez y el significado de los resultadosLa discusión puede dividirse en tres partes. Los hechos que has encontrado, tus comentarios sobre los hechos y las implicaciones teóricas de los hechos. Usando tus argumentos originales y mencionando los resultados puedes hacer que el significado de lo encontrado sea claro

CONCLUSIONES



1985 Recomendación INC-1 1980 BIPM ISO GUM Guide to expressión of uncertainty in measurement NMX-CH-140-IMNC-2002 Guía para la expresión de incertidumbre en las mediciones Eurachem /CITAC/Guide CG4 Wildi T. De vito. Experimentos con equipo eléctrico. Edit. Limusa México1968 Zbar, Paul. Practicas de electricidad. Marcombo. Barcelona 1979 Physics 5C lab manual. Experiments in Electricity and Magnetism University of California



Certificación

EN UNA SESIÓN

CAMPOS MAGNÉTICOS

RESUMEN

Con el uso de la sonda axial y sonda tangencial se miden los campos magnéticos que generan tres arreglos geométricos: un cable recto, un segmento de alambre curvo y una espira.

OBJETIVO

Estudiar la Ley de Biot y Savart, medir campos magnéticos y usar las sondas axial y tangencial.

PROBLEMAS:

¿Cómo varia la intensidad del campo magnético en un punto como se va alejando de la fuente del campo cuando la fuente es un conductor recto, un conductor curvo y una espira? ¿Qué tan exacto se obtiene el valor del campo magnético en el centro de la espira y del conductor curvo? Considerando como valor verdadero el valor teórico. ¿Cómo se comporta el campo magnético en puntos muy alejados de la espira?

ANTECEDENTES


En parejas mediante lectura recíproca se revisara la siguiente minilectura y posteriormente cada pareja formulara tres preguntas que serán leídas en clase y contestadas por el resto de las parejas

MINI-LECTURA

CAMPO MAGNÉTICO.

La ley de Biot y Savart se refiere al campo magnético que genera en un punto un cable que lleva corriente eléctrica. La magnitud del campo magnético es proporcional a la corriente en el alambre y disminuye conforme aumenta la distancia “a” desde el alambre al punto p. La ley de Biot y Savart nos permite también calcular el campo magnético que generan diferentes arreglos geométricos de la siguiente forma:

Arreglo geométrico Relación matemáticaConductor recto y delgadoSegmento de alambre curvoCampo magnético en un punto x de una espira de corriente circular

En el centro de una espira de corriente circular

0) Alambre delgado y recto que conduce un elemento de corriente I

Geometría para el cálculo del campo magnético debido a un segmento de alambre curvo

Geometría para el cálculo del campo magnético en el punto P que yace sobre el eje de una espira que lleva corriente.

El teslámetro y las sondas Hall tangencial y radial de marca Leybold tienen miden en un intervalo de 0.01 Mt y 2 T. Con una precisión de 1%±1 digito en campo constante y 3%±1 digito en campo aleatoria de la lectura, una compensación de 500 Mt, una sensibilidad de 0.01Mt. La resolución para los siguientes intervalos de la escala corresponde:

Intervalo 20Mt 200Mt 2000MtResolución 0.01Mt 0.1Mt 1Mt

La sonda tangencial mide campos perpendiculares a su vástago, útil para medir campos magnéticos en líneas de corriente y la sonda axial mide campos a lo largo del vástago, útil para medir campos magnéticos en espiras

HIPÓTESIS

Plantea una hipótesis para cada pregunta de la sección de los problemas

PROCEDIMIENTOS

Usando una brújula, un amperímetro, una fuente de corriente y bobinas degeometría y número de vueltas conocidos, diseñe y arme un circuito de modo que pueda aplicar y medir una corriente variable (i < 2A) que pase por una bobina. Diseñe un dispositivo experimental que le permita mantener la bobina con su eje horizontal en forma estable y con el lleve a cabo los siguientes experimentos:

Identifique el campo magnético terrestre.

Para esta parte del experimento supondremos conocido el campo magnético en el

centro de la bobina de radio R, N número de vueltas y por la que circula la corriente i medida en Ampere (A). En este caso el campo B en el centro de la espira esta en la dirección de su eje y su valor es:

B = (μ0 / 2) i N / R [1]μ0 = 4 p 10-7 Tesla .m/ A= 4 p.10-3 Gauss.m/A

El método consiste en primer lugar (con la bobina sin corriente) en determinar conla brújula la dirección del campo magnético terrestre. Alinee seguidamente la bobina de modo que su plano esté en la dirección del campo magnético en ese lugar. Luego haga pasar una corriente por las espiras y para cada valor de i, determine la variación del ángulo Q de orientación de la aguja de la brújula. Claramente, cuando Q = 45º el campo de la bobina es igual al terrestre. Determine el valor de Bterrestre usando el método de cuadrados mínimos (regresión) aplicado a sus mediciones de Q en función de i.

Campo magnético a lo largo de una espira en el eje X

En este caso use la misma geometría que en el punto anterior, coloque además unaregla a lo largo del eje z de la espira y determine el ángulo Q de la brújula a medida que la misma se aleja del centro de la espira. A partir de la medición de Q, determine el valor del campo de la espira a lo largo de su eje Bz(z). Grafique sus resultados. ¿Qué tipo de dependencia encuentra para Bz como función de z?. (sugerencia, grafique Bz . zn vs. z y Bz. (z2+R2)3/2 vs. zn, con n variable, y determine n de modo que la dependencia sea lineal). ¿Cómo explica sus resultados usando la ley de Biot y Savart? Grafique juntos sus resultados de Bz(z) vs. z con los calculados usando la teoría. ¿Qué concluye?

Medición de campos magnéticos usando puntas Hall

Las puntas Hall son dispositivos basados en el efecto Hall (rer Ref. [1] y [2]) quepermiten medir con gran precisión y rapidez la componente del campo perpendicular a su plano de trabajo. Encuentre el plano de trabajo de la punta. Idee un mecanismos (que nocontenga materiales ferromagnéticos) que le permita desplazar la punta Hall desde el centro de la espira hasta una distancia de 25 cm aproximadamente, de modo que en todo momento la orientación de la punta no cambie respecto de la bobina. Luego mida el valor de la señal Hall, VH, para distancias entre z = 0 y 25 cm. En el mismo gráfico, dibuje el valor de Bz y el cociente VH /Bz. A partir de este gráfico discuta la calibración de la punta Hall y su posibilidad de usarla como indicadora del campo magnético.También explore qué ocurre cuando rota la punta 180º respecto de su eje, de modo el campo magnético entre por el extremo opuesto a la punta Hall. También explore lo que ocurre si acerca al dispositivo de medición un trozo de hierro. ¿Cómo explica cualitativamente sus resultados?

Diseña un procedimiento para medir campos magnéticos a diferentes distancias en función de la distancia de la fuente que genera el campo con los diferentes arreglos geométricos: campo magnético alrededor de un conductor recto y delgado, campo magnético debido a un segmento de alambre curvo y campo magnético en el eje de una espira de corriente circular. Use intervalos de distancia pequeños para que pueda detectar el cambio en la lectura.

Auxiliase de varillas y soportes para detener las sondas.

RESULTADOS

Ordena los resultados de cada una de las actividades llevadas a cabo, los datos en tablas y las graficas con nombres en los ejes y al pie de cada grafica Tabula los datos de las diferentes distancias e intensidades de campos magnéticos y grafica.Calcula el campo magnético en el centro de la espira y compárala con el valor teórico, incluye las incertidumbres.


¿Qué significa todo?¿Qué pasó y que significa?En relación con la hipótesis y en relación con otro trabajo¿Los datos respondieron las preguntas?Comenta un significadoExplica resultados negativosRelevancia para condiciones presentesLa validez y el significado de los resultadosLa discusión puede dividirse en tres partes. Los hechos que has encontrado, tus comentarios sobre los hechos y las implicaciones teóricas de los hechos. Usando tus argumentos originales y mencionando los resultados puedes hacer que el significado de lo encontrado sea claro

CONCLUSIONES

¿Cuáles son las implicaciones?Implicaciones de los resultados en relación con otros trabajosEn relación con tu vida cotidiana, por ejemplo que implicaciones tiene con los celulares o los cables de alta tensión.

REFERENCIAS


1985 Recomendación INC-1 1980 BIPM ISO GUM Guide to expression of uncertainty in measurement NMX-CH-140-IMNC-2002 Guía para la expresión de incertidumbre en las mediciones

Eurachem /CITAC/Guide CG4 Wildi T. De vito. Experimentos con equipo eléctrico. Edit. Limusa México1968 Zbar, Paul. Tracticas de electricidad. Marcombo. Barcelona 1979 Physics 5C lab manual. Experiments in Electricity and Magnetism University of California



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EN UNA SESIÓN

TRANSFORMADORES

RESUMEN.- Se arman dos transformadores uno elevador y otro reductor.

OBJETIVO.- Determinar la relación de espiras de un transformador dado así como él % de eficiencia y su funcionamiento como transformador elevador y reductor

PROBLEMA.- ¿Cómo puede armarse un transformador elevador y otro reductor con la mayor eficiencia?

ANTECEDENTES

ACTIVIDADES PREVIAS A LA PRÁCTICA

El transformador es un dispositivo para acoplar la energía de corriente alterna de una fuente a una carga. Al aplicar una tensión en el proceso tienen lugar ciertas transformaciones que dependen de la construcción y de la reacción de las espiras o vueltas del primario al secundario del transformador. Es importante hacer notar que la resistencia de un arrollamiento del transformador depende del diámetro del hilo y del número de vueltas de la bobina. El transformador ideal no existe a causa de que hay pérdida de potencia que no permite la transferencia del 100% de potencia desde la fuente a la carga. Investiga como armar un transformador, cual es el fenómeno electromagnético involucrado y cuáles son las ecuaciones que lo rigen.

HIPÓTESIS

¿Cuál es la hipótesis bajo prueba? Es necesario plantear una hipótesis para cada pregunta o plantear una sola hipótesis donde estén comprendidas todas las preguntas.Plantea la hipótesis de trabajo pensando que la hipótesis debe ser un argumento claro que responda las preguntas que se plantean del trabajo experimental. Una buena hipótesis debe ser comprobable, el diseño experimental es para probar que la hipótesis sea falsa o verdadera.

PROCEDIMIENTO.-

Diseñe el procedimiento para armar un transformador elevador con la máxima eficiencia, verifique que el material que requiere lo puede encontrar en el laboratorio de no ser así intente conseguir material de bajo costo. También diseñe un procedimiento para armar un transformador reductor con la máxima eficiencia

RESULTADOS

Tabule los datos de intensidad, voltaje, potencia para los circuitos involucrados tanto en el transformador elevador como el reductor.Calcule él % de eficiencia e inclúyala en la tabla Calcule el número de vueltas de la bobina secundaria graficando los valores de voltaje


Analice los resultados obtenidos y explique como se comportaron los transformadores armados, que condiciones deberán de observarse para que la eficiencia del transformador sea óptima. Sugiera como pueden reducirse las pérdidas en un transformador.

CONCLUSIONESImplicaciones de los resultados en el uso cotidiano de los transformadores.

REFERENCIAS


1985 Recomendación INC-1 1980 BIPM ISO GUM Guide to expression of uncertainty in measurement NMX-CH-140-IMNC-2002 Guía para la expresión de incertidumbre en las mediciones Eurachem /CITAC/Guide CG4 Wildi T. De vito. Experimentos con equipo eléctrico. Edit. Limusa México1968 Zbar, Paul. Tracticas de electricidad. Marcombo. Barcelona 1979 Physics 5C lab manual. Experiments in Electricity and Magnetism University of California



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EN UNA SESIÓN

ANEXO I

INFORME

Todo trabajo experimental debe tener un orden en cuanto a los resultados que se recopilan y como se informan esos resultados, Primero que nada debe tenerse un cuaderno de notas, la bitácora, en donde se anote todo lo que sucedió durante la lección experimental, los comentarios del profesor, las observaciones, el diseño de los procedimientos que se solicitan y los datos recopilados. Una bitácora debe contener: Título, fecha, objetivo, hipótesis, comentarios, recomendaciones, procedimiento, resultados y observaciones y al final una conclusión. El informe debe ser lo más cercano posible a un escrito al estilo de una revista científica, a continuación se da una sugerencia:

Título. Resumen.- Este es un resumen del experimento que resalta principalmente el objetivo, el resultado y las conclusiones principales. Debe responder a la pregunta planteada. Debe tener entre 20 y 100 palabras de largo.

Introducción.- Este punto esta dividido en varias partes; El objetivo:

¿Por qué hago el trabajo? ¿Cuál es la razón por la que hago el trabajo?¿Cuáles son los objetivos?

El problema

¿Qué quiero encontrar?Antecedentes

¿Qué se sabe y qué no se sabe del tema?¿Cuál es el trabajo que yo espero mostrar?

Planteamiento de la hipótesis ¿Cuál es la hipótesis bajo prueba?La hipótesis debe ser un argumento claro que responda las preguntas que se plantean del trabajo experimental. Una buena hipótesis debe ser comprobable, el diseño experimental es para probar que la hipótesis sea falsa o verdadera.Procedimiento.- Corresponde a la serie de operaciones descritas bajo un principio y un método de medida. Este punto esta dividido en dos partes: materiales y el propio procedimiento

Materiales¿Qué es lo que uso y cómo los uso?¿Cuánto uso?¿Cuándo lo uso?

Procedimiento¿Qué es lo que hago y cómo lo hago?¿Cuál es el plan experimental?

Resultados.-¿Qué fue lo que pasó?¿Cómo fueron colectados los datos?Deben incluirse los métodos de análisis de datos y las técnicas estadísticas usadas. Los resultados puedes presentarse en forma de tablas, gráficas, diagramas o cartas de control, en cualquiera de las formas debe hacerse referencia a ellos en el texto en forma consecutiva. Cuando dibujes objetos, debes usar un lápiz y no una pluma, así puede hacer correcciones si es necesario. Los dibujos deben hacerse bien grandes con todos los detalles posibles si el profesor no ve los detalles no tiene otra alternativa que suponer que no existen.

Análisis de Resultados.-Es la parte más difícil del documento¿Qué significa todo?¿Qué pasó y que significa?En relación con la hipótesis y en relación con otro trabajo¿Los datos respondieron las preguntas?Comenta un significadoExplica resultados negativosRelevancia para condiciones presentesNuevas líneas de estudioLa validez y el significado de los resultadosLa discusión puede dividirse en tres partes. Los hechos que has encontrado, tus comentarios sobre los hechos y las implicaciones teóricas de los hechos. Usando tus argumentos originales y mencionando los resultados puedes hacer que el significado de lo encontrado sea claroUn ejemplo de discusión:“Nosotros encontramos que el tratamiento A fue significativamente mas efectivo que el tratamiento B porque es mas susceptible el hongo a los químicos en el primer tratamiento y no encontramos

ninguna diferencia en los experimentos en Filipinas. Probablemente a la resistencia del hongo a los químicos usados. Esta resistencia ha sido descrita por Swenson (1985)

Conclusiones¿Cuáles son las implicaciones?Implicaciones de los resultados en relación con otros trabajosEjemplo: probablemente a la resistencia del hongo a los químicos usados. Esta resistencia ha sido descrita por Swenson (1985)

Agradecimientos¿Quién me ayudo?

Referencias¿A quién cito en el texto? Cuando se cita un artículo de revista debe tener la siguiente información: nombre e iniciales de los autores, año de publicación, el título completo del artículo, la abreviatura del título de la revista y la serie, el volumen, la primera y la última páginaCuando el material es un libro: nombre e iniciales del autor, Año de publicación, Título completo o subtítulo, Número de edición, Capítulo o número de la sección, Páginas, Nombre de todos los editores, Nombre del publicista, CiudadPara simposios y conferencias: Nombres e iniciales de los autores, Año de publicación, Título del capítulo, Título del simposio o conferencia, Nombre del lugar donde fue la conferencia, Páginas, Nombre de todos los editores, Nombre del publicista, CiudadPara artículo de revista en Internet: Nombre e iniciales de los autores, Título del artículo, Nombre de la revista (Revista en internet), Año, fecha de consulta, Volumen, Páginas, Dirección electrónica; Ejemplo: Francés I, Barandiarán M, Marcellán T, Moreno L. Estimulación psicocognoscitiva en las demencias. An Sist Sanit Navar (Revista en internet) 2003 septiembre-diciembre (acceso 19 de octubre de 2005) http://www.cfnavarra.es/salud/anales/textos/vol26/n3/revis2a.htmlMonografía en Internet: Nombres de autores /coordinador/editor, Título(Monografía en internet), Edición, Lugar de publicación, Editor, Año (Fechad e consulta), Dirección electrónica; Ejemplo: Moraga Llop FA. Protocolos diagnósticos y terapéuticos en Dermatología Pediátrica (Monografía en Internet) Madrid: Asociación Española de Pediatría; 2004 (acceso 19 de diciembre de 2005) Disponible en: http://www.aeped.es/protocolos/dermatología/index.htmCD-ROM: Autores, Título (CD-ROM), Edición, Lugar, Editorial, Año; Ejemplo:Best Ch. Bases Fisiológicas de la práctica médica (CD-ROM) 13 ed. Madrid: Editorial Médica Panamericana; 2003

http://www.aeped.es/protocolos/dermatolog%C3%ADa/index.htm

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LABORATORIO DE FÍSICA