Profesores: Manuel Orlando Forero García
Willian Cesar Hernández A
Bogotá 14
Colegio San Cristóbal Sur
El desarrollo de las temática del laboratorio es:
Willian Cesar Hernández A
Bogotá 14
Colegio San Cristóbal Sur
Presentamos a continuación el esquema de la clase de Física, concretamente, una clase de
laboratorio con manejo de recursos de internet (blog) y luego el desarrollo de la clase.
Se ha tomado como temática instrumentos de medición de longitudes, pie de rey, tornillo micrométrico y esferómetro. Esta temática se desarrolla en un laboratorio de tal manera que el estudiante pueda interactuar con los instrumentos directamente e ir complementando con la información suministrada en el blog en donde se encuentra la guía, videos, fotografías y enlaces para lecturas en internet. Al finalizar, se presenta a manera de evaluación 2 actividades sobre instrumentos de medida y medición de Educaplay.
Se ha tomado como temática instrumentos de medición de longitudes, pie de rey, tornillo micrométrico y esferómetro. Esta temática se desarrolla en un laboratorio de tal manera que el estudiante pueda interactuar con los instrumentos directamente e ir complementando con la información suministrada en el blog en donde se encuentra la guía, videos, fotografías y enlaces para lecturas en internet. Al finalizar, se presenta a manera de evaluación 2 actividades sobre instrumentos de medida y medición de Educaplay.
El esquema es:
Instrumentos de medida
1. Prerrequisitos
Consultar las siguientes paginas
http://www.sc.ehu.es/sbweb/fisica/unidades/unidadMedida.htm
Historia del sistema internacional de medidas (SI)
2. Fundamentación teórica:
2.1. Exactitud, precisión, sensibilidad
http://youtu.be/GX5BFYDto9g
2.2. Calibrador o pie de rey
http://www.majosoft.com/metalworking/html/pie_de_rey_o_calibrador.html
http://youtu.be/m5ioFckgHe4
2.3. Tornillo Micrométrico
http://youtu.be/FjGV6ve-Nxg
2.4. El esferómetro
3. Objetivos
4. Materiales
5. Precauciones
6. Procedimiento
7. Evaluación
8. Bibliografía
LABORATORIO: INSTRUMENTOS DE MEDICIÓN DE LONGITUD
Duración: 1 Sesión de 2 horas
1. PRERREQUISITOS
Consultar la siguiente página
Consultar la siguiente página
http://www.sc.ehu.es/sbweb/fisica/unidades/unidadMedida.htm
Medición directa e indirecta.
Cifras significativas
Tipos de errores
2.
FUNDAMENTACIÓN TEÓRICA
2.1
Puesto que la física descansa en últimas en el experimento, y el experimento a
su vez muchas veces implica mediciones, éstas juegan por consiguiente un papel
preponderante. Las mediciones más frecuentes en física a nivel de la mecánica
clásica son: mediciones de longitudes, masas y tiempos.
Cuando queremos especificar el valor de cualquier
cantidad física, como resultado de una medición, a lo menos debemos indicar
tres partes:
a. Un número (el valor)
b. Una unidad
c. Una dirección en caso de que la cantidad física sea
de carácter vectorial y
d. La confiabilidad del valor establecido que por lo
común se conoce como "Indice de precisión".
Esta última con frecuencia se menosprecia, pero
virtualmente tiene igual importancia que las demás.
Es tan importante que ella servirá como guía o
criterio a otras personas acerca de si pueden o no utilizar nuestras medidas.
En lo que respecta a los aparatos de medida, hay tres conceptos que vamos a
definir.
Exactitud: Un aparato será tanto más exacto en cuanto
que las medidas que se realicen con él, sean todas más y más próximas al valor
"real" de la magnitud medida.
La precisión: Un aparato será preciso si la diferencia
entre diferentes medidas de una magnitud es "muy pequeña".
La sensibilidad: Está asociada con el valor mínimo de
la magnitud que es capaz de medir; cuando se trate de medidas que sólo se
tomaron una vez el error absoluto será igual a la sensibilidad del aparato
utilizado.
Obsérvese aquí que las cifras significativas al
expresar una medición, tienen relación con las características del aparato de
medida.
2.2
Calibrador o pie de rey. Con una regla graduada en milímetros podemos
obtener una precisión del milímetro pero en ocasiones necesitamos que nuestra
medida sea mucho más precisa
y recurrimos a instrumentos especiales como el Nonio,
el Tornillo Micrométrico o a métodos de interferometría.
El Nonio: Está formado por dos escalas, una que se
desliza sobre la otra, llamadas reglilla y regla respectivamente.
Figura 1
Están graduadas de manera que n divisiones de la
reglilla corresponden a (n-1) divisiones de la regla. Si el tamaño de las divisiones
de la regla es D y el de la reglilla es d, entonces:
Esto significa que la diferencia entre una división de
la regla y una de la reglilla (D-d) es D/n. Este
cociente se denomina precisión p del aparato y por tanto podremos leer n-ésimas partes de la unidad D.
El instrumento provisto de nonio que permite medir por
ejemplo el diámetro exterior e interior de un tubo, se denomina calibrador o
Pie de Rey. También existen nonios circulares para la medida de ángulos.
Figura 2
Para tomar el
valor de la medida se deben hacer dos lecturas:
La parte entera de la regla principal que corresponde
a los milímetros que aparecen antes del cero de la reglilla. En la figura 2
corresponde a 20 mm.
La parte decimal que corresponde al número de
divisiones del nonio que coincida con una división por la precisión (usualmente
está grabada en cada nonio y puede ser 0.01, 0.05 o 0.1. Para
la figura 2 se tiene
4*0,1=0,4
4*0,1=0,4
La lectura se hace de la siguiente forma:
Lectura = (Lectura de la regla principal) + (Lectura del nonio) * (Precisión)
Lectura = (20 mm) + (4)*(0,1 mm)
Lectura= 20,4 mm
http://www.majosoft.com/metalworking/html/pie_de_rey_o_calibrador.html
2.3. Tornillo Micrométrico: El tornillo
Micrométrico es en esencia, un tornillo de paso de rosca que avanza en una
tuerca apropiada. Al darle al tornillo una vuelta completa, éste avanza
respecto a la tuerca, una distancia h igual a su paso. Una escala solidaria con
la tuerca permite apreciar el número de vueltas completas que da el tornillo,
en tanto que las fracciones de vuelta se pueden apreciar en un tambor circular
o limbo graduado, fijo en la cabeza del tornillo.
Lectura sobre el cilindro 4 mm
Lectura entre el 4 y el borde del
tambor 0.5
|
 |
Linea del tambor que coincide con el cilindro 0.49
|
Figura 3
Si la escala del tambor está dividida en n
partes iguales, podremos apreciar n-ésimas partes de vuelta, o lo que es lo
mismo, n-ésimas partes del paso h.
La precisión del tornillo micrométrico está dada por:
P = (Paso de rosca h) / (Número de divisiones del tambor n)
Para realizar la lectura se debe tener
presente que el cilindro tiene 2
escalas. En la parte principal de la línea horizontal las divisiones vienen
dadas en milímetros y la inferior marca
medios milímetros, es decir, 0.5 mm.
Para la figura 3 se tiene 4 mm en la escala superior y en la escala inferior
0.5 después de la línea que indica los 4 mm. La lectura es 4mm + 0,5 mm = 4,5 mm.
La lectura en el tambor se realiza con la línea que de este coincida con la
línea horizontal (central) del cilindro.
Lectura = (Lectura en el cilindro) + (Lectura en el tambor)*(Precisión)
Lectura = (4 mm + 0,05 mm) + (49)*(0,01 mm)
Lectura = 4,5 mm + 0,49 mm
Lectura = 4,99 mm
Lectura = (Lectura en el cilindro) + (Lectura en el tambor)*(Precisión)
Lectura = (4 mm + 0,05 mm) + (49)*(0,01 mm)
Lectura = 4,5 mm + 0,49 mm
Lectura = 4,99 mm
Tanto en el Tornillo Micrométrico como en
el Calibrador, hay que verificar antes de usarlo, que cuando los topes de los
aparatos están en contacto, el cero de las distintas escalas coincidan. En caso
contrario se dice que el aparato tiene error de cero. Este puede ser por
defecto o por exceso. ¿Por qué?
Finalmente se debe tener en cuenta que en
la lectura de cualquier medición se puede cometer el error de paralaje. ¿En qué
consiste?
2.4 El esferómetro: Es un instrumento destinado a
determinar el radio de curvatura de una superficie esférica. Consta de un cuerpo
rígido que se apoya en tres patas equidistantes como los vértices de un
triángulo equilátero.
Por el centro penetra un tornillo micrométrico
provisto de un limbo circular dividido en 100 partes que tiene en su lado
superior una pequeña cápsula para asirlo y girarlo. Su extremo inferior es una
punta roma. Si el paso de rosca es de 1 milímetro, con el auxilio del círculo
graduado se pueden leer directamente avances de 1/100 de milímetro. Los
milímetros enteros se pueden leer en una escala vertical.
Para calibrarlo, se coloca previamente sobre un vidrio
extraplano y se gira el tornillo, accionando el instrumento únicamente por la
cápsula, hasta que las patas y el tornillo toquen el plano. El contacto se
detecta por un sonido de la cápsula (tic) o porque el conjunto gira cuando la
punta del tornillo toca la superficie. Se anota la lectura. Sobre la superficie
esférica, cuyo radio queremos determinar se procede de la misma manera y se
anota esta nueva lectura. La diferencia entre las dos lecturas es la elevación
de la superficie del casquete esférico limitado por la circunferencia
circunscrita al triángulo equilátero formado por las patas. La llamamos h. Para
calcular el radio de curvatura de la superficie esférica aplicamos la fórmula:
r = (d^2+3h^2) / (6h)
Donde d es la distancia entre los centros de las patas
y es una constante del instrumento. Si no se conoce, se aplica el esferómetro
sobre una cartulina haciendo una ligera presión y se mide la distancia entre
dos marcas con un calibrador.
3.
OBJETIVOS
3.1
Estudio y aplicación de los principales conceptos relacionados con la técnica
de la medida.
3.2
Determinación experimental de las principales características de los
instrumentos de medida de longitud más usuales.
4. MATERIALES
4.1 1
regla graduada en milímetros.
4.2 1
calibrador.
4.3 1
tornillo micrométrico.
4.4 1
probeta.
4.5 1
pieza metálica de forma regular.
4.6 1
esfera.
4.7 1
esferómetro.
5. PRECAUCIONES
5.1
No golpee ninguno de los instrumentos de
medida.
5.2 No moje los aparatos de medida, a menos que
sean de vidrio.
5.3
Por ningún motivo se deben someter los
instrumentos de medida a cambios de temperatura grandes. Aún en el caso de las
variaciones ambientales de temperatura los fabricantes especifican las
correcciones que se deben hacer y a qué temperatura las lecturas son correctas.
5.4.
Verifique que ninguno de los instrumentos de medida tenga error de cero, (o
téngalo en cuenta en las medidas).
6. PROCEDIMIENTO
6.1
Conocida la fórmula que da la aproximación para el nonio el calibrador, calcule
la aproximación tanto en el sistema métrico como en el sistema inglés. ¿En cuál
es mayor la aproximación? Determine la aproximación del tornillo micrométrico.
6.2
Determine la sensibilidad de cada uno de los instrumentos de medida que se le
suministraron.
6.3
En una tabla preparada previamente consigne las medidas de las dimensiones de
la esfera y de la pieza de forma regular. Mida cada una de dichas dimensiones
tres veces, tanto con la regla como con el calibrador, expresando cada medida
con la incertidumbre correspondiente. t-talle el promedio en cada caso y
finalmente calcule el volumen usando las medidas tomadas con cada instrumento.
6.4
Determine también el volumen de los sólidos suministrados mediante el volumen
de agua desplazada en la probeta, colocando para cada cuerpo tres volúmenes de
agua diferentes. Halle el promedio. Compare los resultados obtenidos en (5.2) y
(5.3) para el volumen de cada cuerpo; ¿qué concluye? ¿Para cuál de los dos
cuerpos será menor el porcentaje de error? ¿Por qué?
6.5
Tome la esfera, la lente o el objeto que contiene la superficie esférica cuyo
radio deseamos conocer y proceda a determinarlo con el esferómetro, como ya se
indicó.
Repita la medida 10 veces con el fin de
adoptar el promedio de las medidas como valor de r y determinar además el error
cuadrático medio. Tabule los datos y los cálculos para el efecto. Escriba el
resultado en la forma.
r = (Valor medio de r) más o menos (la desviación standar)
Si se trata de una esfera completa, mida
el radio directamente con la mayor precisión posible y compare resultados.
6.6.
Investigue sobre los procedimientos para
la medición de masa. ¿Cómo funciona una balanza de brazos iguales?
7. EVALUACION
Realice las siguientes actividades para evaluar lo aprendido
7. BIBLIOGRAFIA
SUAREZ, Alfonso., Carlos Lombana, Guillermo
Calderón. Laboratorio de Física Mecánica. Pontificia universidad Javeriana
facultad de ciencias básicas departamento de Física. Segunda edición. 1990
ÁRDILA, Angel Miguel, Física Experimental.
Departamento de Física Facultad de
Ciencias Universidad Nacional de Colombia Sede Bogotá. Unibiblos. 2ª Edición. 2007
CRISTANCHO,
Fernando. Fajardo, Jairo. Física Experimental II (Mecánica e introducción a la
física térmica). Departamento de Física
Facultad de Ciencias Universidad
Nacional de Colombia Sede Bogotá.
Unibiblos. 1ª Edición. 2003.
SERWAY,
Raimond A., Robert J. Beichner. Física para Ciencias e Ingeniería. Tomo I. McGraw
Hill. 5ª Edición. 2001
