PRÁCTICAS DE LABORATORIO: MEDIR Y REGISTRAR IES Celestino Mutis. Madrid. Departamento de CC Naturales Por J.A. Bertomeu UN POCO DE TEORÍA... MAGNITUD Tomemos un libro y un borrador y observémoslos. Los dos están compuestos de materia que tiene masa. Pero... qué más tienen en común?. Fíjate que los dos pesan; de hecho todos los cuerpos, en la Tierra; comparten esa propiedad. Además los dos tienen cierta longitud (el libro más que el borrador). También comparten otras propiedades como la temperatura o la densidad. Cada una de las características de un cuerpo o fenómeno que se pueden medir es una magnitud. Las magnitudes pueden ser características de los cuerpos como la temperatura, la longitud, el peso o su densidad. Pero también pueden ser características medibles de fenómenos, como el tiempo, el nivel sonoro, la rapidez, etc. Hay magnitudes simples, como la longitud o el tiempo, que pueden ser medidas directamente y otras derivadas que resultan de combinar magnitudes simples, como la velocidad que se halla dividiendo la distancia entre el tiempo o la densidad que se obtiene dividiendo la masa por el volumen de un cuerpo. Magnitud es una característica de un cuerpo o un fenómeno que puede ser medida objetivamente - El dolor, es una magnitud?. No, porque el dolor es una sensación subjetiva que no puede cuantificarse. - La longitud, es una magnitud?. Si porque puede medirse con algún instrumento de una forma objetiva 1. CANTIDAD - Entonces, el peso de mi cartera es una magnitud?. No, el peso en general es una magnitud, pero el peso de mi cartera en concreto es una cantidad. Cada cuerpo tiene una cantidad determinada de la magnitud peso. - Una misma magnitud la pueden compartir muchos objetos. Sin embargo cada uno de ellos tiene una determinada cantidad de esa magnitud. El peso del libro es 600g y eso es una cantidad, el borrador pesa 96g y eso es otra cantidad. Fulanito pesa 42 kg (es otra cantidad). Pero las tres cantidades pertenecen a la misma magnitud: el peso, aunque sus valores son diferentes. Esto también 1 Una medida es objetiva cuando se puede realizar varias veces en un mismo objeto o fenómeno y si éste no ha cambiado, el resultado es siempre el mismo. No se presta, pues, a valoraciones personales. 1
ocurre con el resto de las magnitudes: una bicicleta lleva una velocidad de 20 km/h, un automóvil 80 km/h. Un tren circula a 200 km/h. Son tres cantidades de la misma magnitud: la velocidad. Cuando concretamos en cifras la parte de una magnitud que posee un objeto o fenómeno determinado, esa parte se llama cantidad, ya no magnitud. - Todos los vasos tienen una misma magnitud que se llama capacidad. Pero en todos los vasos no cabe el mismo líquido: Hay diferentes cantidades de la magnitud capacidad. Por ejemplo: En el vaso nº 1 hay una cantidad de100 cm 3 de agua En el vaso nº 2 hay 250 cm 3 de agua Vaso nº 3: cantidad 400 cm 3. Etc - Una cantidad es pues, parte de una magnitud. Cómo se puede medir la cantidad de una magnitud que tiene cada objeto o fenómeno?. Para cuantificar una cantidad de esa magnitud usamos el criterio que llamamos unidad de esa magnitud. UNIDAD La unidades son cantidades fijas de una magnitud que nos sirven para medir otras cantidades mayores, comparándolas con ellas - Por ejemplo: sobre la longitud de esta mesa caben exactamente dos metros, uno tras otro. Entonces decimos que tiene dos metros de longitud. Observa que la unidad que hemos utilizado es el metro. - Las unidades son convencionales: Es decir, varias personas, o un país, o la comunidad científica, se ponen de acuerdo para tomar como unidad una cantidad determinada. - Sin embargo cuando intento medir la longitud de un campo de fútbol con el metro me doy cuenta que es muy engorroso porque el campo es mucho más grande que la unidad. Peor aún, si mido mi cuaderno con el metro observo que es imposible porque es menor que la unidad. MÚLTIPLOS Y SUBMÚLTIPLOS Los múltiplos son otras unidades mayores que contienen a la unidad primitiva un número exacto de veces. Nos facilitan la medida de cantidades grandes. 2
- Claro, es mucho más sencillo medir un campo de fútbol con una cinta métrica de 10 m. Se llama, como ya sabes, decámetro. Y una carretera con km, etc. - En cuanto al otro problema, podemos dividir el metro en diez partes y obtendremos dm. Cada dm en 10 partes para obtener cm, etc. Con esas nuevas unidades se puede medir el cuaderno. - Antiguamente como las unidades eran diferentes en cada país e incluso en cada región, había mucha confusión en las medidas. Por eso se llegó a un acuerdo casi universal para usar las mismas unidades en todas las magnitudes. Los patrones de estas unidades están en París para uso de los fabricantes de instrumentos de medida. - También se llegó a otro acuerdo de gran importancia: Los múltiplos aumentarían de 10 en 10 unidades y los submúltiplos disminuirían del mismo modo. A este conjunto de múltiplos y submúltiplos que aumentan y disminuyen de 10 en 10 le llamamos sistema métrico decimal. Los submúltiplos son fracciones exactas de la unidad que facilitan la medida de cantidades pequeñas ERRORES EN LAS MEDIDAS Como medir es comparar, es posible que al hacerlo cometamos errores. Si para medir el tiempo tenemos que pulsar un cronómetro para ponerlo en marcha y pararlo, dependemos de nuestros reflejos. Si para medir el nivel de un líquido en una probeta tenemos que fijarnos en que la superficie del líquido enrase con una marca determinada, dependemos de nuestra vista y de nuestra práctica, etc. A los errores que cometemos por falta de atención, por falta de práctica o por otros motivos personales, les llamamos error experimental. - Aunque el error experimental se puede reducir realizando las mediciones con cuidado y repetidas veces, sin embargo no se puede eliminar totalmente. - Desgraciadamente no sólo nos equivocamos debido al error experimental. También hay otro tipo de error que no podemos controlar. - Imagina que estoy midiendo con un metro mal construido porque tiene 998 milímetros: naturalmente todas las medidas que yo tome con este metro tendrá un error de un 2 por mil. Este error, que no es achacable al experimentador, se llama error sistemático. No puedo corregirlo porque desconozco su existencia. 3
Cuando se da un error en todas las mediciones por culpa de un defecto en el instrumento de medida, recibe el nombre de error sistemático El error total en las medidas es la suma del error experimental y el error sistemático. Como no podemos controlar el error sistemático, deberemos poner especial cuidado al registrar las medidas para reducir, en lo posible, el error experimental. 4
PRÁCTICAS DE LABORATORIO: MAGNITUD. LA MEDIDAS Alumno... Curso... INSTRUMENTOS Y MAGNITUDES.. Tienes sobre la mesa diferentes instrumentos de medida. Debes escribir en la tabla su nombre y la magnitud que miden: - pipeta - calibre - voltímetro - cronómetro - balanza - balanza electrostática - probeta - cinta métrica - flexómetro - termómetro - calibre Instrumento Reloj Magnitud Tiempo ERROR EXPERIMENTAL. Vamos a cometer errores.... Mi compañero ha cometido los siguientes errores: instrumento Metro Balanza Cronómetro Pipeta Termómetro Voltímetro Causa del error de mi amigo No colocó la marca 0 justo donde empieza el espacio que quería medir No tuvo en cuenta la masa del envase de lo que quiere pesar No tuvo buenos reflejos al ponerlo en marcha No enrasó bien el líquido con la marca Retiró el instrumento antes de que hubiera subido completamente el mercurio Lo conectó al revés Yo también cometería error experimental si... 5
- En las siguientes imágenes el experimentador está haciendo algo mal y eso causará error experimental. Señala qué es:.................................... ELECCIÓN DEL INSTRUMENTO - El profesor presenta una serie de objetos y fenómenos. Intento medir las cantidades que contienen y reflejarlas en la tabla: Sustancia Magnitud Instrumento Unidades Resultado H 2 O del vaso de precipitados Volumen 50 cm 3 de agua Masa H 2 O del tubo de ensayo Volumen Mesa Longitud 6
6 hojas del cuaderno Varilla metacrilato Duración clase de laboratorio Pared norte del patio interior Grosor Carga electrostática Tiempo Longitud MEDICIÓN DEL TIEMPO CON UN CRONÓMETRO DE PUERTAS 1- Hemos tomado un plano inclinado. Le hemos la inclinación que hemos querido entre 10º y 40º. 2- Hemos montado el cronómetro, fijando las puertas al principio y al final del plano con unas pinzas. 3- Hemos puesto el cronómetro a 0 y hemos dejado caer una bola de níquel por el plano. 7
4- Observamos cómo el cronómetro arranca y se para automáticamente. Repetimos las medidas con diferentes grados de precisión. 5- Repetimos todo el experimento con un cronómetro manual y anotamos los resultados en la siguiente tabla: A la vista de esa tabla: Intento Cronómetro de puertas Cronómetro manual 1 2 3 4 5 Media = Media = Qué grupo de medidas se parece más a la media?: a) manual b) puertas Significa esto que el cronómetro manual tiene menos error? Si No Por qué?......... 6- Dibuja el experimento y escribe tus comentarios. 8