Teoría de los errores experimentales

El proceso de medición se debe realizar siguiendo un protocolo que ya ha sido probado, derivado de otros que possen alta confiabilidad de obtención del valor de la medida dentro de un rango de incertidumbre aceptable. Son varios los actores que intervienen en el proceso de medición:

  • El objeto: este posee algunas caracterśiticas importantes para el investigador o técnico que va ha realizar su medición. La estabilidad del objeto en cuanto a sus factores geométricos, químicos y físicos afectarán la calildad de la medida obtenida. ejemplo: Piense en como pesar un tigre salvaje sin adormecerlo cuando está asustado.
  • El instrumento:  es el responsable de generar el valor buscado, este debe guardar algunas características importantes como: no alterar sustancialmente las condiciones semi-ideales para el proceso de medición, debe tener una resolución adecuada para el grado de precisión que se necesite. Debe ser estable en sí mismo para las condiciones en que se realiza la medición. Piense, en que si usted mediría el tamaño de una guayaba con un metro con marcas cada 20 cm. O bien, usted mediría la temperatura de un ácido corrosivo poderoso con un termómetro de envoltura metálica.
  • El observador:  Es el responsable de verificar que los procesos se realicen de una forma correcta. Es el encargado de reportar adecuadamente los valores de las medidas y resguardar dicha información.. Piense en el grado que puede afectar el proceso de medición un observador que no ha sido capacitado o que tiene poca experiencia para medir algo.
  • Protocolos (metodología): es el conjunto de acciones que se deben ejecutar siguiendo el orden pre-establecido, con el fin de asegurar la confiabilidad de la medición. Usted no ha escuchado que hay organismos que indican o recomiendan la forma adecuada para medir ciertas valores que identifican a objetos y sutancias.
  • Entorno: es todo aquello que puede interactuar en el proceso de medición que tenga probabilidad de alterar en forma signifcativa o no la confiabilidad de la medida obtenida del proceso de medición. Piense en medir el largo de un riel en la vía, recuerde que es sensible a cambios de temperatura.

Los errores se pueden clasificar en:

  • Sistemáticos:  son errores que se producen durante la medición debido a: metodología inadecuada, instrumentos de medida defectuosos, patrones de medida defectuosos, etc. Se puede eliminar o reducir su efecto si se conoce las causas del mismo. Pueden ser sistemáticos instrumentales (siempre está presente la resolución del instrumento, calibración, exactitud y de interacción)  o personales.
  • Aleatorios o estadísticos: son errores que se producen al azar, en general se deben causas múltiples y fortuitas.
  • Error accidental: Errores provocados por pequeñas variaciones en las condiciones del experimento, debido a vibraciones, fluctuaciones en las condiciones ambientales ( presión, temperatura, etc.), condiciones de trabajo,  errores aleatorios del experimentador, etc. Normalmente este error es agrupado a la categoría anterior. Su efecto se puede minimizar aumentando el número de mediciones de la muestra de datos.

El error total de la medición es la suma de los valores absolutos de los errores o incertidumbre asociadas antes mecionadas. Los errores producen incertidumbres en donde nunca uno cancela al otro, siempre se suman.

El error total se puede expresar en tres formatos:

  • Absoluto: corresponde al valor de la resolución del instrumento o de la incertidumbre calculada. Posee las unidades de la medida a medir.
  • Relativo: indica la fracción a que corresponde la incertidumbre respecto al valor más probable de la media. No posee unidades. Ejemplos una incertidumbre igual a la mitad del valor más confiable o 0,5 del valor  antes mecionado.
  • Porcentual: corresponde al porcentaje que representa la incertidumbre respecto al valor más probable de la medida.

Ejercicio:

Se mide el largo de una regla con un metro graduado en centímetros. El valor de la medida es 50 ± 1cm.  Indique el valor de la incertidumbre del largo en el formato : a) absoluto, b) relativo y c) porcentual.

Solución:

a) incertidumbre absoluta = 1 cm.

Respuesta: La incertidumbre absoluta es 1 cm.

b) incertidumbre relativa = 1/50 = 0.02.

Respuesta: la incertidumbre es dos centésimas del valor más probable.

c) incertidumbre porcentual = 1 *100% / 50 = 2 %

Respuesta: La incertidumbre porcentual es 2 % del valor más probable.

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