Tutorial: Representación gráfica de datos experimentales. Regresión lineal con Excel.

Transcripción

1 Tutorial: Representación gráfica de datos experimentales. Regresión lineal con Excel. En física, y en especial en el laboratorio es muy habitual la necesidad de analizar datos experimentales y estudiar si estos datos se ajustan a alguna ley determinada. Una de las herramientas más habituales es representar estos datos en una gráfica y ver si se aproximan a algún tipo de función conocida. De entre todas las posibles funciones una muy habitual y la más fácil y conocida es la función lineal o recta 1 : y=ax+b Existen muchas leyes físicas que se ajustan a la forma de esta función, es decir hay muchas magnitudes físicas que tienen una relación lineal entre ellas (piensa en algunos ejemplos que hallas visto este u otros años). Cuando dos magnitudes físicas X e Y guardan una relación de este tipo, si tenemos una serie de datos experimentales con pares de datos (x i,y i ) podemos representarlos datos como puntos en unos ejes de coordenadas. Como estos datos experimentales contendrán errores no se ajustarán exactamente a una recta, pero existe una herramienta matemática que mediante análisis estadísticos de estos datos permite obtener la ecuación de la recta que mejor se ajusta a los datos (denominada recta de mejor ajuste o recta de regresión ). Este procedimiento se denomina regresión lineal. Mediante este procedimiento obtenemos los parámetros a y b de la ecuación de la recta y un coeficiente r denominado coeficiente de correlación que nos da idea de lo buena o mala que es la aproximación de los datos experimentales a una recta 2. El conocimiento detallado de este procedimiento y sus algoritmos se escapa a las posibilidades y objetivos de estas prácticas, pero afortunadamente los ordenadores saben hacerlo por nosotros, y nosotros solo hemos de comprender que significa lo que estamos haciendo, y que botoncitos tenemos que pulsar para que estos ordenadores lo hagan por nosotros. La próxima sección es un breve tutorial de como conseguir representar una serie de puntos y sus errores en una gráfica y de como obtener y representar la recta de regresión que mejor se ajusta a estos datos, todo ello haciendo uso del programa tipo hoja de cálculo Excel de Microsoft. 1. Introducir los datos en dos columnas (primera columna para las X y segunda para las Y) 2. Seleccionar el conjunto de celdas que contienen los datos. 1 y=ax+b es la ecuación en forma explicita de una recta, a se llama pendiente de la recta y de ella depende el grado de inclinación de la recta, b se denomina ordenada en el origen y su valor representa a la altura que la recta corta el eje de ordenadas (eje Y) 2 El coeficiente de correlación r toma valores entre 0 y 1, 1 indicaría un ajuste perfecto a la recta teórica de mejor ajuste y 0 indicaría que los datos no se parecen en nada a una recta.

2 3. Clickar en la opción Gráfico... del menú Insertar. 4. En el menú emergente elegir la opción tipo de grafico : XY(Dispersión) y aceptamos el resto de opciones por defecto pulsando el botón Terminar: 5. El gráfico aparecerá en la misma hoja que la tabla de datos. Puedes moverlo con el ratón (Para eliminar la leyenda Serie1 basta hacer click sobre ella y pulsar Supr).

3 6. Para incluir la recta de regresión se hace click con el botón derecho (secundario) del ratón sobre alguno de los puntos para abrir el menú contextual, y elegir en él la opción Agregar línea de tendencia En el menú emergente tipo de tendencia o regresión elegir la opción lineal 8. Como queremos incluir la ecuación de la recta de regresión abrimos la ficha opciones en la ventana anterior y marcamos las opciónes Presentar ecuación en el gráfico y Presentar el valor R cuadrado en el gráfico. En la opción Extrapolar puedes elegir prolongar la recta algunas

4 unidades hacia alante o hacia atrás de los puntos extremos. Es conveniente prolongar la recta hacia atras hasta hacerla llega al origen de coordenadas. Puedes cambiar de posición la ecuación desplazándola con el ratón. 9. Por último, es interesante introducir barras de error 3 para cada punto. Para ello, hacer click con el botón derecho (secundario) del ratón sobre alguno de los puntos para abrir el menú contextual, y elegir en él la opción Formato de serie de datos En el menú emergente seleccionar la pestañan correspondiente a Barras de error Y marca las opciones Presentar:/ambas y en cuantía del error seleccionar el valor fijo que queremos que tenga (de acuerdo al error de nuestras medidas). 3 Los datos experimentales tienen un error asociado (que depende de la precisión del aparato de medida, etc.) de forma que se suelen presentar en la forma 10,3 ± 0, 4. Para incluir este error en la representación gráfica de los punto se le añade a cada punto unas barras cuya longitud es proporcional (según la escala de la gráfica) al error del dato.

5 11. Finalmente obtenemos una gráfica como la de la figura, donde además podemos observar el valor de la pendiente y del cuadrado del coeficiente de correlación. Está grafica la podéis imprimir o copiar y pegar en vuestra documento WORD. Guión de la memoria de las prácticas. En la memoria se deberán reflejar de forma clara y ordenada todos los datos obtenidos así como las conclusiones etc. Para ello: 1. Presentar las actividades, datos experimentales, resultados y conclusiones distribuidas en apartados acordes con las secciones del boletín de prácticas proporcionado por el profe.

6 2. Presentar los datos en tablas, reflejando claramente las unidades así como el error cometido. Cuando así se pida incluir las gráficas pertinentes, bien realizadas mediante el ordenador (el tutorial anexo os ayudará) bien realizadas a mano en papel milimetrado. Las gráficas deberán deberán reflejar en los ejes la magnitud y la unidades de las que se trata. 3. Responder a todas las preguntas de forma clara y concisa (con la suficiente extensión, no valen las respuestas tipo SI/NO) 4. Si se utiliza algún tipo de información externa libros, paginas web, etc. Citarlas en un apartado de Bibliografía al final de la memoria. Especialmente si se cita algo literalmente. 5. Ante cualquier duda preguntar al profe.