MEDICION Y ERRORES
La Física, como
toda ciencia experimental, tiene como
criterio de verdad la contrastación de sus teorías con datos
surgidos de mediciones. Así, se dice que una ley, una hipótesis o
un modelo representan adecuadamente la realidad
(fenómeno físico) si las consecuencias que de ella se derivan se
corresponden con los datos experimentales.
En ciencias e ingeniería, el concepto de error tiene un
significado diferente del
uso habitual de este término. Coloquialmente, es usual el empleo del término error como analogo o
equivalente a equivocación. En ciencia e ingeniería, el
error, como veremos en
lo que sigue, esta mas bien asociado al concepto de incerteza en
la determinación del
resultado de una medición. Mas precisamente, lo
que procuramos en toda medición es conocer las cotas (o límites
probabilísticos) de estas incertezas.
El progreso de la Ciencia se debe, en gran medida, a la observación de
los fenómenos reproducidos en forma de experimentos, a fin de medir con
mas comodidad y a la posterior formulación de nuevas
hipótesis luego de analizar los resultados obtenidos.
Antes de medir se debe desarrollar la capacidad de observar.
Observar un fenómeno es descubrir las
principales magnitudes físicas que estan involucradas en
él, analizar su comportamiento en forma global yestudiar cómo y
con qué conviene medirlas.
Puesto que toda conclusión a que se llegue a partir de la
experimentación debe ser, ademas de compatible con otros conocimientos,
susceptible de verificación es imprescindible conocer el grado de
confiabilidad de la medición efectuada para que la información
sea intercambiable y reproducible; por ello, es necesario saber en qué
condiciones se la obtuvo y qué tan fiable es dicha medición.
Dicho grado de confiabilidad esta relacionado con el error de la
medición.
EL MOVIMIENTO
¡EL MOVIMIENTO NOS RODEA! Si reflexionas sobre las experiencias que
tienes del
mundo, podras afirmar que los cuerpos se mueven a tu alrededor, de la
misma forma que tú también te mueves.
En esta unidad estudiaras dos clases de movimiento; el
movimiento rectilíneo uniforme y el movimiento
rectilíneo uniformemente variado.
Con ayuda de algunos de los conceptos que expondremos a continuación,
podras describir y analizar el movimiento de un
cuerpo.
Cuando viajamos en un bus, sabemos que se mueve porque cambia de lugar respecto
a otras cosas, por ejemplo, a los arboles o a las casas, que son cuerpos
que se consideran fijos. En su movimiento, y a medida que pasa el tiempo, el
bus se aleja de unos lugares y se acerca a otros.
El lugar que ocupa un cuerpo, en un momentopreciso, se
define como
su posición. Se dice que un cuerpo
esta en movimiento cuando, en el transcurso del
tiempo, cambia su posición con respecto a otros cuerpos que se
consideran fijos y que se toman como
sistema de referencia. Un cuerpo que se encuentra en
movimiento recibe el nombre de móvil.
El camino que recorre un cuerpo en su movimiento se
llama trayectoria. Así, por ejemplo, para subir hasta la cima de una
montaña, un escalador puede ascender de
distintas maneras: puede atravesar el
monte sin desviarse ni a la derecha ni a la izquierda,
o bien puede hacerlo en zigzag. En el primer caso, la trayectoria del
escalador describira una línea recta, mientras que en el segundo
caso estara compuesta por secciones de líneas rectas dispuestas
en distinta dirección.
Cuando un móvil aumenta o disminuye su
velocidad se produce una aceleración; se habla entonces de
aceleración positiva y de aceleración negativa, respectivamente.
La aceleración es positiva cuando la velocidad aumenta, y negativa
cuando la velocidad disminuye. Así, si decimos que la
aceleración de un móvil es de -3 m/s2, estamos indicando que su
velocidad disminuye' en 3 m/s por cada segundo que recorre. Si
decimos que la aceleración de un móvil es de 3 m/s2 estamos
indicando que su velocidad aumenta en 3 m/s, por cada segundo querecorre.
LA SEGUNDA LEY DE NEWTON
Las leyes de Newton
son la muestra clara de lo que de una u otra manera
nuestros movimientos denotan la aplicación continua de fuerzas, las
cuales constantemente tienen una acción y reacción, que son el
producto de algo.
Una vez que se conocen las características del movimiento
cuando no actúa una fuerza o cuando la fuerza resultante es cero, las
preguntas que surgen naturalmente son: ¿Qué pasa si la suma de
las fuerzas no se anula? ¿Cómo se mueve un
sistema sujeto a la acción de una sola fuerza o de una fuerza resultante
diferente de cero?
La observación, los experimentos y la reflexión llevaron a Newton a concluir que en
estas condiciones la velocidad de un cuerpo no se
mantiene constante. Si esta en reposo,
comenzara a moverse y si esta en movimiento, su rapidez o la
dirección y sentido de su movimiento cambiara; en pocas palabras,
el cuerpo adquiere una aceleración.
Un ejemplo que sirvió a Newton de guía en su analisis
fue el de la caída libre de los cuerpos. En este
caso la única fuerza que actúa sobre el objeto es su peso, y el
movimiento que sigue es uniformemente acelerado.
Newton determinó que la aceleración que adquiere un cuerpo
depende tanto de la magnitud, la dirección y el sentido de la fuerza
resultante que actúa sobre él, como de la masadel objeto. La
fuerza resultante y la masa son las únicas variables involucradas.
La aceleración es directamente proporcional a la magnitud de la fuerza
resultante. Así, si se duplica la fuerza, la
aceleración se duplica; si se triplica la fuerza, se triplica la
aceleración.
Por otro lado, la aceleración es inversamente proporcional a la masa del
cuerpo que se acelera. Esto es, a mayor masa, menor
aceleración. Si aplicas la misma fuerza sobre
dos cajas, una con el doble de la masa que otra, la aceleración de la de
mayor masa sera sólo la mitad. La masa resulta ser una
medida de la inercia del
objeto o de su resistencia
a ser acelerado.
ARQUIMEDES Y LA FLOTACION
Cuando hablamos de que un objeto flota, probablemente
pensamos en un barco o un submarino que puede sumergirse en el océano.
Pero seguramente no pensamos en objetos que flotan en el aire, aunque de
niños jugamos con globos llenos de helio, o vimos globos
aerostaticos. Sin embargo, para todos es claro que no todo flota en el
aire o en el agua. ¿Por qué algunos objetos
pueden flotar? ¿Qué es lo que permite
que esto suceda?
Los griegos también se habían hecho estas
preguntas. Una leyenda cuenta que Arquímedes (287-212 a. C.), como sabio de Siracusa, fue
llamado por el rey Hierón II, quien deseaba confirmar si su corona
estabahecha solamente de oro como
decían los artesanos que la habían fabricado, o si también
le habían puesto plata.
Se dice que, al estar en el baño público, Arquímedes
observó que al introducirse en el agua, el nivel de ésta
subía. Consideró que la cantidad de agua desplazada estaba en
relación con su peso. Pensó entonces que con la corona
ocurría lo mismo y como el peso (en realidad la masa)
dependía de su densidad, una corona que no fuera sólo de oro,
desplazaría una cantidad de agua diferente a una de oro puro. Esta
experiencia dio pauta para que Arquímedes resolviera el problema de la
corona, pero ademas le permitió establecer lo que ahora conocemos
como principio de Arquímedes:
Un objeto total o parcialmente sumergido en un líquido, flotara
debido a la fuerza, de magnitud igual al peso del líquido desplazado,
con la que el líquido actúa sobre el objeto.
Esta fuerza se conoce como
fuerza de flotación y actúa en sentido contrario al peso del objeto. La fuerza de
flotación tiene su origen en la presión del interior del
líquido.
Una característica diferente de cada material es su peso ademas,
en objetos con igual volumen, por ejemplo, una canica y un balín de
acero, el peso del balín sería mayor que el de la canica, lo cual
indica otra característica que debemos considerar: la densidad.