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Esto se debe a que existen algunas limitaciones físicas en las mediciones, que están relacionadas con el instrumento utilizado o con los cambios en la cantidad medida. Cualquier desviación de los valores medidos, con respecto a los reales producidos por los errores o las limitaciones de las mediciones, son incertidumbres.
Vamos a ver de qué se tratan estas limitaciones, para entenderlas en más detalle.
Errores instrumentales
Algunas limitaciones en las mediciones son el resultado de los instrumentos de medida. Las limitaciones provenientes del instrumento pueden producir resultados que difieren de los valores reales. Hay dos fuentes para estos errores: la precisión instrumental y el funcionamiento instrumental.
Las limitaciones por la precisión instrumental es cuando la variación de la propiedad que quieres medir es menor que la escala de tu instrumento.
Un ejemplo de esto es cuando mides la longitud de un objeto cuya longitud total es de \(19,5\,\,\mathrm{mm}\), pero tu regla únicamente tiene marcas de centímetros. En este caso, tu medición solamente será aproximada; es decir, podrías obtener una lectura de \(2\,\mathrm{cm}\), que es una aproximación cercana, pero no el valor real.
Fig. 1: La escala del instrumento puede limitar la precisión de nuestras mediciones.
Las limitaciones por el funcionamiento instrumental es cuando tu instrumento tiene un defecto o se ha vuelto impreciso con el tiempo
Un ejemplo de esto es utilizar un termómetro digital que difiere de la temperatura real en \(2\) grados centígrados, de modo que todas las lecturas de temperatura estarán desviadas por esos \(2\) grados.
Tipos de errores de medición
Cada vez que hacemos una medición o leemos datos, podemos introducir errores. La fuente del error puede ser el instrumento (que hemos visto anteriormente), el usuario o el sistema. Los errores se dividen en dos categorías principales: los errores sistemáticos y los errores aleatorios. Aunque, hay un tercer tipo de error, conocido como error de negligencia —que puede ser un sensor roto o una lectura errónea, por ejemplo—.
Errores sistemáticos
Los errores sistemáticos tienen su origen en los instrumentos, o en el sistema, y no se producen accidentalmente; aparecen sistemáticamente en todas las mediciones que realizamos.
Estos errores proceden del uso incorrecto de un instrumento, de una desviación dentro del instrumento o del sistema que analiza los datos. Por lo tanto, si no se arreglan, estos errores siempre se producen.
Como hemos visto, hay varias fuentes de errores sistemáticos:
- Instrumentos: el instrumento de medida suma, resta o modifica los datos en cada medición. Como resultado, existe una desviación constante en los datos medidos por el instrumento.
- Sistemas: esta fuente de error es un defecto del sistema que utilizamos para nuestras mediciones.
- Observaciones: este tipo de error tiene su origen en el usuario. También llamado error de observación, es una discrepancia entre el valor medido y la forma en que el individuo lee ese valor.
- Un ejemplo es cuando el individuo mide la longitud con una regla y comete un error de paralaje. En este caso, la medición de la longitud de un objeto difiere de su longitud real, porque el observador está mirando las marcas de la regla desde un cierto ángulo.
Errores aleatorios
Los errores aleatorios son producto del azar y se presentan cuando los datos se desvían repentinamente de los valores medidos.
Pueden tener dos orígenes:
- Sistemas: un error puede producirse por un defecto en el sistema. No se trata de un error sistemático, sino de un acontecimiento puntual, ya que no hay un mal funcionamiento constante.
- Por ejemplo, el mal funcionamiento repentino de un sensor.
- Observaciones: a diferencia de un error de paralaje, estos errores son puntuales.
- Por ejemplo, una lectura errónea por mover un poco la regla en el último momento antes de la medición.
¿Qué son la precisión y la exactitud?
La precisión y la exactitud son dos conceptos relacionados con las mediciones, que determinan la calidad de nuestros valores medidos. Muchas veces se confunde el uno con el otro, así que vamos a ver de qué trata exactamente cada uno.
Precisión
La precisión indica el grado de repetibilidad de nuestro valor medido.
Si nuestro instrumento de medida es preciso, cada medición que realice será muy parecida a cualquier otra.
Así, al medir el peso de un objeto cuyo valor es \(4,3\,\mathrm{kg}\), siempre obtendremos un valor muy cercano a \(4,3\,\mathrm{kg}\).
Sin embargo, la precisión no significa que las mediciones sean correctas. Un instrumento puede ser preciso, pero desviarse sistemáticamente del valor real.
En nuestro ejemplo de un objeto que pesa \(4,3\,\mathrm{kg}\), una balanza podría producir sistemáticamente valores cercanos a \(4,0\,\mathrm{kg}\). Por tanto, estaría siendo precisa —dado que todo el rato daría el mismo valor de la medición—, pero no exacta.
Exactitud
La exactitud indica el grado de proximidad al valor real. Una medida exacta tendrá un valor muy cercano o igual al valor verdadero.
Una báscula de gran precisión, que mida el peso de un objeto de \(4,3\,\mathrm{kg}\), dará siempre valores muy próximos a \(4,3\,\mathrm{kg}\), únicamente con variaciones muy pequeñas.
Por tanto, para conseguir mediciones de alta calidad, necesitamos instrumentos de gran exactitud y precisión.
Fig. 2: El objeto de esta imagen tiene una longitud de 4,25 cm; hemos realizada distintas tandas de mediciones marcadas en varios colores.
- Cuanto más cerca estemos del círculo azul oscuro del centro, más precisa será medida.
- Las mediciones en color amarillo son precisas, pero no exactas.
- Las mediciones en morado no son precisas, ni exactas.
- Las mediciones en rosa son precisas y exactas.
Limitaciones físicas de las mediciones - Puntos clave
- Al realizar mediciones, siempre habrá limitaciones. Estas limitaciones provocan diferencias entre los valores medidos y los reales.
- Las limitaciones en las mediciones son producto de los instrumentos, o del usuario, y producen errores en los valores medidos.
- Cualquier desviación de los valores medidos con respecto a los reales producidos por los errores o las limitaciones de las mediciones son incertidumbres.
- Los errores pueden ser sistemáticos o aleatorios. Los errores sistemáticos tienen su origen en los instrumentos o el sistema, mientras que los errores aleatorios son el resultado del puro azar.
- La precisión y la exactitud describen la calidad de las mediciones. La exactitud es la propiedad de medir un valor cercano al real, mientras que la precisión es la propiedad de repetir sistemáticamente el mismo valor.
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Preguntas frecuentes sobre Limitaciones físicas de las mediciones
¿Qué son las mediciones en física y cuáles son ejemplos?
Una medición es comparar la magnitud de una propiedad física de un objeto o un sistema con un patrón, o estándar, que nos indique su valor.
Tenemos muchos ejemplos en nuestro día a día, como la medición de la temperatura, medir el tiempo con un cronómetro, etc.
En física, ¿qué factores afectan el proceso de medir ?
A la hora de medir con un instrumento, hay dos fuentes para estos errores: la precisión instrumental y el funcionamiento instrumental.
¿Cuáles son los errores de medición, en física?
Los errores se dividen en dos categorías principales: los errores sistemáticos y los errores aleatorios. Pero, hay un tercer tipo de error, conocido como error de negligencia. Por ejemplo, un sensor roto o una lectura errónea.
¿Cuáles son las causas de los errores de medición?
La fuente del error puede ser el instrumento, el usuario o el sistema.
¿Cómo mejorar la precisión y exactitud de una medición?
La precisión indica el grado de repetibilidad de nuestro valor medido y la exactitud indica el grado de proximidad al valor real. Para mejorarlas, tenemos que utilizar instrumentos precisos, tener conocimientos de como realizar la medición y repetirla varias veces.
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