BLOQUE 1. La medición

1. Entrando en tema

En este bloque, comenzaremos a transitar el contenido de Física  visitando un tema que resulta muy importante para todas las disciplinas científicas: la METROLOGÍA, es decir, la ciencia de medir. 

Las mediciones están presentes en nuestro día a día de maneras muy variadas y en circunstancias muy diferentes. Y las razones por las que medimos son diversas.

Los invitamos a pensar a cada uno/a en su vida cotidiana, en su espacio laboral o en su hogar: ¿qué medidas realizan usualmente?

Les proponemos escribir sus ejemplos en la siguiente pizarra, incluyendo:

1) ¿Qué se mide?

2) ¿Con qué se mide?

3) ¿Quién mide?

4) ¿Para qué se mide?

2. Medición en las ciencias experimentales

La METROLOGÍA, como mencionamos, es la ciencia de medir. 

Todas las ciencias, en especial la física, intentan describir a la naturaleza en una forma objetiva y por eso la medición es una de sus herramientas más importantes. En el proceso de medición tiene que haber:

Qué medir: una propiedad de un objeto que se desea conocer. Por ejemplo, la longitud, la temperatura, el tiempo o la masa son propiedades que pueden medirse. A estas propiedades las llamaremos magnitudes.

Con qué: un instrumento de medición que nos permita “acceder” a estas magnitudes y nos diga cuánto hay de ellas.

Quién: se necesita alguien que opere este instrumento, un operador. Este operador debe saber cómo se utiliza el instrumento.

Medir significa conocer “cuánto hay” de alguna propiedad de un objeto. Para estar todos de acuerdo en los valores, comparamos esa propiedad que nos interesa conocer con un patrón de referencia. De esta manera, cuando se expresa el resultado de una medición, no basta con decir un número, sino que hay que indicar cuál es la unidad correspondiente.  

En el siguiente video, podremos ver una breve historia de las medidas, y cuán importantes fueron y son para toda la humanidad:

3. Unidades de medida

Entonces, ¿cómo expresamos el resultado de nuestras medidas?  Para una medición, el instrumento en general determinará la unidad en que estará expresado el resultado (salvo que se trate de una escala de divisiones a la que habrá que encontrar equivalencia en la magnitud de que se trate; ver más adelante calibración). En nuestro país se utiliza el sistema de unidades denominado SISTEMA MÉTRICO LEGAL ARGENTINO (SIMELA). Con la ley 19511 se instauró el Sistema Métrico Legal Argentino. Allí encontrarán las unidades de algunas magnitudes físicas y sus definiciones. La longitud, la masa y el tiempo serán algunas de las magnitudes que más utilizaremos en este curso.

Siempre que estemos midiendo una longitud en la Argentina tenemos que usar la unidad "metro". Si viviéramos en Estados Unidos usaríamos las "pulgadas". ¿En qué unidad se expresa la masa? En nuestro sistema se pueden utilizar los gramos o kilogramos. ¿Se les ocurre alguna otra unidad de masa?

Ahora, miremos el siguiente cuadro, donde encontramos las principales magnitudes y sus unidades: clic acá. 

Y la ventaja principal de este sistema de unidades está relacionada con el hecho de que es un sistema decimal, esto es, se utiliza como familias de unidades relacionadas por el factor 10 (Clic acá para ver nombres y ejemplo). 

Además acá tienen un enlace a la página del INTI (Instituto Nacional de Tecnología Industrial) donde pondrán encontrar las nuevas definiciones de algunas unidades que fueron definidas por la CONFERENCIA GENERAL DE PESAS Y MEDIDAS (CGPM) en noviembre de 2018. Este organismo, es el órgano de decisión en estos temas que se reúne desde el año 1889, y también decide sobre patrones primarios o prototipos. 

Ahora bien, como definimos un metro? "El metro es la longitud del camino recorrido por la luz en el vacío durante el lapso de 1/299 792 458 segundos."

¿Notaron el nivel de especificidad a la hora de definir a qué corresponde cada una de las unidades mencionadas? 

En cualquier parte del planeta cuando hablamos de un metro nos referimos a esa definición. 

Si mido una mesa con una cinta métrica, ¿cómo sé que la mesa mide lo que me indica la cinta métrica? o dicho de otra forma ¿cómo sé que el valor 1 m de la cinta métrica corresponde a 1 m de la realidad? Para eso preciso calibrar el instrumento de medida: ¿Qué es calibrar?

4. Calibración y sensibilidad

El proceso por el cual se construye la escala en función de un sistema de unidades dado se llama calibración. La calibración garantiza que el resultado obtenido por la medición se corresponda con la cantidad indicada. 

La calibración se lleva a cabo por comparación con un patrón. Por ejemplo, existe un patrón del metro, un elemento que se sabe a ciencia cierta que mide 1m. Para calibrar una cinta métrica se compara la cinta métrica con el patrón. 

Una característica muy importante de los instrumentos de medición es la sensibilidad. La sensibilidad de un instrumento está dada por la mínima porción de magnitud que puede registrar. Es decir, qué tan finamente está dividida la escala del instrumento de medición. 

5. La masa, el tiempo y el espacio

Profundicemos algunos conceptos.

Hemos mencionado las magnitudes longitud, la masa y el tiempo, como las que más usaremos en nuestros contenidos.

Pero, ¿qué es una MAGNITUD?

Un objeto tiene variedad de características, atributos y propiedades, tanto visibles como no visibles. Pero sólo aquellas que sean observables y atribuibles con un valor numérico son magnitudes. Una magnitud se define como toda aquella propiedad que puede ser medida. Son magnitudes: la temperatura, la masa, el tiempo, la longitud, el volumen, la superficie, la velocidad, la fuerza, entre otras.

La magnitud LONGITUD es la cantidad de espacio, medido entre dos puntos en una dimensión, o la medida de un objeto en una de sus dimensiones, habitualmente el largo. Al medir un espacio unidimensional utilizamos una longitud, dos longitudes para un espacio bidimensional, y tres longitudes para un espacio tridimensional.  La longitud es la propiedad básica del espacio.

La magnitud TIEMPO es considerada como el intervalo de duración de un fenómeno. Así, por ejemplo, el intervalo transcurrido entre el momento de la luz de un relámpago y el momento del sonido del trueno.

La magnitud MASA se refiere a la cantidad de materia que conforma un cuerpo. Y no debemos confundirla con el peso, concepto que desarrollaremos en el bloque sobre La Física de Newton.

Para medir una magnitud se hace necesario el uso de las unidades. Como ya vimos, cada una de las magnitudes posee su correspondiente conjunto de unidades. 

6. Entonces: ¿Qué era medir?

Nos introdujimos en el mundo de las mediciones en las ciencias experimentales. Sin embargo, también pudimos darnos cuenta que las medidas nos rodean en nuestra vida cotidiana: Medimos la velocidad a la que conducimos nuestros vehículos para no sobrepasar el límite permitido, medimos la temperatura de nuestros cuerpos para saber si estamos pasando (o no) por un proceso inflamatorio, medimos la longitud de un lado de un armario para ver si entra en el espacio que le asignamos en nuestra casa, entre otras cosas. 

Como dijimos, medir significa conocer “cuánto hay” de alguna propiedad de un objeto. Entonces, medimos MAGNITUDES y expresamos el resultado de las mediciones en UNIDADES DE MEDIDA.

Repasemos algunos conceptos sobre la medición:

a) medir es "comparar” (contra un patrón de referencia, con las unidades de medida correspondientes)

b) en la medición se involucran interactuando “lo que se va a medir”, el instrumento y el operador,

c) muchas veces uno mide una cantidad de magnitud conocida (una cantidad “patrón”) para verificar si nuestro sistema de medición funciona adecuadamente (cuando calibramos  o controlamos una calibración previa).

Ahora, pensemos algunas cuestiones, para ir entrando en tema:  cada uno/a, en su vida cotidiana en su espacio laboral o en su hogar, realiza medidas usualmente. ¿Pueden confiar en las mismas? (¿Qué significa ¨confiar¨ en una medida?) 

7. El error en las mediciones

Una de las respuestas posibles al interrogante que planteábamos recién es: Si, podemos confiar... siempre y cuando el/los instrumentos de medida utilizados estén CALIBRADOS  y el/la operador/a sepan como utilizar dicho instrumento correctamente. Por otro lado, siempre que realicemos una medida, estaremos cometiendo un error...

Básicamente nunca conocemos la medida "real" de cualquiera de las magnitudes que midamos, lo importante es que conozcamos cuantitativamente el error (es decir, ¿qué parte de la medida es un error? y ¿cuán alejada está mi medida del valor "real"?)  y qué tipo de error estamos cometiendo. Existen dos tipos de errores que se pueden cometer al realizar una medición:

­Error aleatorio, es aquel que no tiene una causa conocida y que por lo tanto no puede predecirse. Si midiéramos muchas veces el mismo objeto con la suficiente sensibilidad, los resultados que obtendríamos serían diferentes entre sí, a causa del error aleatorio que puede ser por exceso o por defecto. ­

Error sistemático, corresponde a problemas solucionables que afectan a todas las mediciones por igual. Por ejemplo, una balanza que sin nada encima marca un peso distinto de cero. Todas las mediciones que realicemos van a estar afectadas en la misma dirección y por la misma cantidad.

Ahora veamos un ejemplo: ¿Cuándo una medida presenta errores aleatorios?

Supongamos que queremos preparar un bizcochuelo, la receta dice: 6 huevos, 180 gr de manteca, 120 gr de harina y 60 gr de maizena. Procedemos a pesar en una balanza de cocina, los 180 gramos de manteca, para empezar: 

- Encendemos la balanza

- Ponemos encima el recipiente que vamos a usar para contener la manteca. 

- Llevamos la balanza a cero. 

- Pesamos la manteca: 181 gr. 

¿Qué pasaría si pesáramos nuevamente lo que acabamos de pesar? Supongamos que lo hacemos y el nuevo valor es 182 g. Lo realizamos 3 veces más y obtenemos: 181 g, 183 g, y 181 g. 

Entonces: ¿Cuál es el valor real? ¿Por qué la balanza no nos otorgó siempre el mismo valor? la medición de la masa del modo en que lo hacemos presenta un error aleatorio, es decir que el mismo no es predecible y las distintas medidas están distribuidas alrededor del valor real. Podés ver más acá.

8. Para saber más ...

Aquí tienen un video, realizado por profesionales del INTI (Instituto Nacional de Tecnología Industrial), para el Canal Encuentro. Nos servirá como resumen de todo lo visto.

9. ¿Practicamos?

Les proponemos ahora una actividad para comprender mejor los conceptos planteados.

Analicemos las siguientes imágenes donde se pueden observar distintos instrumentos de medida:

¿Qué magnitudes miden estos instrumentos? ¿En qué unidades se miden? ¿Qué sensibilidad presentan?

La regla mide longitud, en este caso se mide en cm, y la longitud más chica que puede detectar es 1 milímetro.

El reloj mide el tiempo en horas, minutos y segundos, y la porción más pequeña de tiempo que puede detectar es  1 segundo. Su sensibilidad es de 1 segundo.

Con la balanza de la imagen se mide la masa de un objeto en kg, y la porción más pequeña de masa que puede indicar es la décima de kilogramo, es decir, 0,1 kg. 

10. Autoevaluación

Ahora sí, llega el momento de la autoevaluación para que puedas registrar cuánto aprendiste. Ingresá al siguiente cuestionario.

11. ¿Qué tal te resultó este bloque?