teoría de errores y presentación de resultados - … · unidades y errores todos los datos deben...

Teoría de errores y Teoría de errores y presentación de resultados

Fundamentos Físicos de la Ingeniería1º Ingeniería Industrial

Curso 2009/2010Dpto. Física Aplicada III Dpto. Física Aplicada III Universidad de SevillaUniversidad de Sevilla

11/45/45

ÍndiceÍndice Unidades Cifras significativas

E l did Error en la medida Expresión de una magnitud con su errorp g

Regla de redondeo

Cálculo de erroresCálculo de errores Medida directa Medida indirecta Medida indirecta

Rectas de mejor ajuste

Curso 2009/2010Curso 2009/2010 Dpto. Física Aplicada IIIDpto. Física Aplicada IIIUniversidad de SevillaUniversidad de Sevilla

22/45/45

Unidades Se recomienda siempre el Sistema

Internacional (SI):Internacional (SI): m, s, kg, A, C, V, Ω, Hz, H, F, T...

Los prefijos pueden usarse con moderación en los resultados finalesmoderación en los resultados finales pF, mA, kHz,... SÍ

V/ A kΩ 1 NO mV/mA, kΩ·μs, μs-1,... NO

Todas las cantidades con dimensiones deben ir acompañadas de sus unidades


33/45/45

de sus unidades

Cifras significativasCifras significativas

ú Número de cifras de un dato

Ejemplos:

Cifras significativasDato

Ejemplos:

3318 kg

412.45 V

423 30 J

30.0321 A

Ambiguo45000 m

423.30 J


44/45/45

Error en la medidaError en la medidaMejor llamarlo incertidumbre

Tipos de error (según la causa)á l bl

j

Sistemático eliminable si se conoce Aleatorio bandas de error

Expresión del error: x ± Ex

Ej: V = 3 2±0 3 VEj: V0 3.2±0.3 V

Forma compacta: V0=3.2(3) V

El b l i id d El error absoluto tiene unidades Error relativo: εx= Ex/x (¡Adimensional!)Curso 2009/2010Curso 2009/2010 Dpto. Física Aplicada IIIDpto. Física Aplicada III

Universidad de SevillaUniversidad de Sevilla55/45/45

Expresión de la cantidadcon su error

La banda de error limita el número de cifras significativas:g

U = 2.32865±0.312689 JSi l lt d i i t i Si el resultado es incierto en su primera cifra decimal no tiene sentido dar más

U = 2.3±0.312689 J Las primeras cifras del error nos dicen Las primeras cifras del error nos dicen

donde está la incertidumbre


66/45/45

Reglas de redondeog1. Se escriben cantidad y error con todas sus cifras:

2. Se examinan las dos primeras cifras del error: ¿Son ≤25?

R R = 2.83256 = 2.83256 ±± 0.086210.08621ΩΩ

¿Son ≤25? Si: se retienen ambas y se redondea No: se retiene la primera y se redondeaNo: se retiene la primera y se redondea

3. Se toman las cifras significativas que marca el R R = 2.83256 = 2.83256 ±± 0.09 0.09 ΩΩ

error y se redondeaR R = 2.83 = 2.83 ±± 0.09 0.09 ΩΩ

R d d f t l últi if t idRedondeo: afecta a la última cifra retenida• Si la siguiente cifra es <5: se mantiene• Si la cifra siguiente es ≥5: se incrementa una unidad


77/45/45

Si la cifra siguiente es ≥5: se incrementa una unidad

Reglas de redondeoReglas de redondeo1 Se escriben la cantidad y su error 1. Se escriben la cantidad y su error

con todas sus cifras:

I = 2.30408415 ± 0.002156 A

I 2 30408415 ± 0 03674 AI = 2.30408415 ± 0.03674 A

I = 2.30408415 ± 0.2036 A

I = 2.30408415 ± 2.87 A

I = 2.30408415 ± 234 A

I = 2.30408415 ± 0.00962 A

I = 2.30408415 ± 0.257 A


88/45/45

Reglas de redondeog2. Se examinan las dos primeras cifras

del error: ¿Son ≤25? del error: ¿Son ≤25? Si: se retienen ambas y se redondea

N ti l i d d No: se retiene la primera y se redondea

I = 2.30408415 ± 0.002156 A 0.0022 A0.0022 A

I = 2.30408415 ± 0.2036 A

I = 2.30408415 ± 0.03674 A 0.04 A0.04 A

0.20 A0.20 A

I = 2.30408415 ± 234 A

I = 2.30408415 ± 2.87 A 3 A3 A

230 A230 A

I = 2.30408415 ± 0.00962 A

I = 2 30408415 ± 0 257 A

. 230 A230 A

0 3 A0 3 A

0.010 A0.010 A


99/45/45

I 2.30408415 ± 0.257 A 0.3 A0.3 A

Reglas de redondeog

3. Se toman las cifras significativas gque marca el error y se redondea

I = 2.30 ± 0.04 A

I = 2.3041 ± 0.0022 A

I = 2.30408415 ± 0.04 A

I = 2.30408415 ± 0.0022 A

I = 2 ± 3 A

I = 2.30 ± 0.20 A

I = 2.30408415 ± 3 A

I = 2.30408415 ± 0.20 A

I = 2 304 ± 0 010 A

I = 0 ± 230 A

I = 2 30408415 ± 0 010 A

I = 002.30408415 ± 230 A

I 2.304 ± 0.010 A

I = 2.3 ± 0.3 A

I 2.30408415 ± 0.010 A

I = 2.30408415 ± 0.3 A


1010/45/45

Reglas de redondeog

4. Resumiendo...4. Resumiendo...

I = 2.30408415 ± 0.002156A I = 2.3041(22)AI = 2.3041 ± 0.0022A

I = 2.30408415 ± 0.2036A

I = 2.30408415 ± 0.03674A

I = 2.3(2)AI = 2.3 ± 0.2A

I = 2.30(4)AI = 2.30 ± 0.04A

I = 2 30408415 ± 234A

I = 2.30408415 ± 2.87A

I 2.30408415 ± 0.2036A

I = 0(230)AI = 0 ± 230A

I = 2(3)AI = 2 ± 3A

I 2.3(2)AI 2.3 ± 0.2A

I = 2.30408415 ± 0.00962A

I = 2.30408415 ± 234A

I = 2.304(10)AI = 2.304 ± 0.010A

I = 0(230)AI = 0 ± 230A

I = 2.30408415 ± 0.257A I = 2.3(3)AI = 2.3 ± 0.3A


1111/45/45

Cálculo de erroresCálculo de errores

Estudiaremos diferentes casos: Medida directa Medida directa Una sola medida

V i did Varias medidas

Medida indirecta Función de una sola variable: z = f(x)

Función de varias variables: z = f(x y ) Función de varias variables: z = f(x,y,…)


1212/45/45

Error de una medida directaError de una medida directa El error depende de la precisión del p p

aparato (mínimo incremento entre medidas)medidas) Aparatos analógicos (respuesta continua):

se toma como error la mitad de la

Aparatos digitales (respuesta discreta): se

se toma como error la mitad de la precisión. Aparatos digitales (respuesta discreta): se

toma como error la propia precisión. Excepción en el redondeo: 0 1 en vez de 0 10 Excepción en el redondeo: 0.1 en vez de 0.10

Si ha de enrasarse por dos extremos: doble error


1313/45/45

doble error

Ejemplos de medidas directasEjemplos de medidas directas Un amperímetro Cursor de un Un amperímetro

analógico Cursor de un

osciloscopio3 4 1

3.6±0.1

Lectura directa:0.8±0.1V

Cursor de un Amplitud pico a pico

3.2±0.1 3.8±0.10

Cursor de un osciloscopio

Amplitud pico a pico con dos cursores

1Al mover el cursor

1 Directa:1 6 0 2Vel display indica

0.72, 0.76, 0.80:

0 76±0 04 V

1.6±0.2V

Display:1 52 0 08V


1414/45/45

00.76±0.04 V

-11.52±0.08V

Error de varias medidas directasError de varias medidas directas Se realizan si existe una incertidumbre no

achacable al aparato de medida:

1 n

1 2 3, , ,..., nx x x x Medidas:

1

1i

i

x xn

1 2 3, , , , n Medidas: Resultado: media aritmética

Error: doble de la desviación cuadrática media de la media de los datos

Si Ex es menor que el errord l i t t d did

2( )iix x del instrumento de medida,

se escoge este último

( )2 2

( 1)ii

x xEn n


1515/45/45

Error de varias medidas directasError de varias medidas directas

Error: cantidades relacionadas σn : desviación estándar

2( )n

de la población (xσn enlas calculadoras)

2( )iin

x x

n

) σn-1 : desviación estándar

de la muestra (xσn 1 en 2

1

( )iin

x x de la muestra (xσn-1 en

las calculadoras)

2 2

1 1n n

12 2

1n n

xEn n

Curso 2009/2010Curso 2009/2010 Dpto. Física Aplicada IIIDpto. Física Aplicada III


1n n

Error de una medida indirectaFunción de una variable

Suponemos: Resultado:

0 con ( )xx x E z f x ( )z f x z f(x)

Resultado:

fE E

0 0( )z f xz0 df/dx

Error:0

z xx

fE E

x

x

Ejemplo: sección de un cable:

20

4

DS

D

x0

4Error de la medida: 0

2s D D

DSE E E

D


1717/45/4502DD

Error de una medida indirectaFunción de una variable

Algunos casos sencillos: Una variable proporcional a otra:

y Kx y x x

yE E KE

x

y x

Función exponencial:0xx

x E

Logaritmo:

xy ae xy x xE ae E yE y xE

Logaritmo:

lny x xy

EE

x y xE


1818/45/45

x

Error de una medida indirectaFunción de varias variables

Suponemos:

0 0 0 ; ; x y wx x E y y E w w E ( , , )z f x y w

0 0 0; ;x y wy y

0 0 0 0, ,z f x y w Resultado:

22 2f f f

Error:2 2

2 2 2z x y w

f f fE E E E

x y w

0 00x wy

x y w

Válido si las variables son independientesCurso 2009/2010Curso 2009/2010 Dpto. Física Aplicada IIIDpto. Física Aplicada III


p

Ejemplos de erroresEjemplos de errores Suma o diferenciaSuma o diferencia

z x y 2 2z x yE E E z x y

Producto o cocientex y

zu v

ln ln ln ln lnz x y u v

u v2 2 2 2

z x y u v Estimación: el error relativo de z es del orden del mayor de los errores relativos de sus argumentos


2020/45/45

mayor de los errores relativos de sus argumentos

Unidades y erroresUnidades y errores Todos los datos deben ir acompañados de

sus errores, si se conocen, y de susunidades.

Serie de medidas consecutivas17(1) mm – 15(1) mm – 12(1) mm – 8(1) mm

17 – 15 – 12 – 8 ( ±1mm) Tablas:

I(±0.1mA) V(±0.1V)

1.0 2.1

I(mA) V(V)

1.0(1) 2.1(1)

I V(V)

1.03(1) mA 2.1(1)

2.0 4.3

3.2 6.2

2.0(3) 4.3(1)

3.2(2) 6.2(2)

870(1) μA 1.8(1)

640(1) μA 1.3(2)


2121/45/45

Rectas de mejor ajustej j Estudio de la dependencia (lineal) de una variable

con otra Permite:

Verificar relación lineal Determinar una magnitud de forma indirecta

con otra. Permite:

de forma indirectaV

VR

Ajustar una función no I

I

Interpolación o extrapolación

Ajustar una función no lineal en una región restringidag

V V


2222/45/45I I

Gráfica de los datosGráfica de los datos

áV(±0.1mV) I(±0.1mA)

Paso 1: gráfica de los datos Permite verificar relación

1.0 2.8

2.0 6.2

2.9 9.1lineal.

Permite eliminar puntos ó

3.9 12.5

5.0 14.7

6 1 18 1 erróneos.6.1 18.1

7.0 21.0

8.2 24.2

9.0 26.5

10.2 30.0

11 1 33 511.1 33.5

11.9 35.9


2323/45/45

Gráfica de los datosGráfica de los datosV(±0.1mV) I(±0.1mA)

V frente a I

14

1.0 2.8

2.0 6.2

2 9 9 1

8

10

122.9 9.1

3.9 12.5

5.0 14.7

4

6

8

V(m

V)

6.1 18.1

7.0 21.0

8 2 24 2

0

2

8.2 24.2

9.0 26.5

10.2 30.00 5 10 15 20 25 30 35 40

I(mA)11.1 33.5

11.9 35.9


2424/45/45

Gráfica de los datosGráfica de los datos Marcar

V frente a I

14

Marcar claramente datos experimentales (aspas si se

8

10

12

)

(aspas si se representan a mano)

No señalar

4

6

8V

(mV

) No señalar datos experimentales en los ejes

0

2 Magnitudes y

unidades en los ejesD b 0 5 10 15 20 25 30 35 40

I(mA)

Debe ocupar toda la página


2525/45/45

Gráfica de los datosGráfica de los datos Marcar

V frente a I

14

V frente a I

18

20

Marcar claramente datos experimentales (aspas si se

8

10

12

) 12

14

16

18

)

(aspas si se representan a mano)

No señalar

4

6

8

V(m

V)

6

8

10

12

V(m

V) No señalar

datos experimentales en los ejes

0

2

0

2

4

0 10 20 30 40 50

Magnitudes y unidades en los ejesD b 0 5 10 15 20 25 30 35 40

I(mA)

0 10 20 30 40 50

I(mA)

Debe ocupar toda la página


2626/45/45

Coeficiente de correlaciónCoeficiente de correlación Paso 2: Obtención del coeficiente de

correlación (r) Es una medida del grado de alineacióng r (-1,1)

r ≈ 0 r ≈ 1 r ≈ -1r > 0

Redondeo: hasta la primera cifra distinta de 9.

No tiene error No tiene unidades

Ejemplos r = 0.999678 r = 0.9996

r 0 99128 r 0 991 r = 1 099678 ERRÓNEO

cifra distinta de 9.No tiene unidades


2727/45/45

r = -0.99128 r = -0.991 r = 1.099678 ERRÓNEO

Pendiente y ordenada en el origen

ó Paso 3: Obtención de pendiente y ordenada en el origen: y = a+bx Tienen unidades que hay que especificar Tienen error: hay que redondear

a y b lo dan lascalculadoras

22 1

2b

b rE

r N

2 2

a b xE E x ( )x nx

r = 0.99934675 r = 0.9993

b = 0.3366870 Ωb = R = 0 337 ± 0 008 Ω

Ejemplo:

V=a+bIEb =0.00770058 Ω

a = -0.05442597 mV

E 0 17030002 V

b = R = 0.337 ± 0.008 Ω

a = -0.05 ± 0.17 mV

V a+bI


2828/45/45

Ea = 0.17030002 mV

Trazado de la rectaTrazado de la recta

Paso 4: Trazado de la recta de mejor ajuste sobre la gráficaj g Se realiza a partir de dos puntos Estos puntos NO SE REPRESENTAN Estos puntos NO SE REPRESENTAN Debe observarse si, efectivamente, es la

t d j j t recta de mejor ajuste


2929/45/45

Trazado de la rectaTrazado de la recta


3030/45/45

Rectas exponenciales: cálculoRectas exponenciales: cálculo En muchas situaciones prácticas p

aparecen funciones de la formaebxz K

Se transforman en rectas tomando l i

ez K

logaritmos ln lny z K bx a bx

a y b se hallan de la forma usual y

El factor K se halla eaK K a a

KE E KE

Curso 2009/2010Curso 2009/2010 Dpto. Física Aplicada IIIDpto. Física Aplicada III


K a aa

Rectas l

1

exponenciales: representación 0

0,5

p

Puede hacerse la gráfica de

-0,5

la gráfica de y=ln(z) frente a x -1,5

-1

ln(V

(V))

a x.-2

1,5l

-3

-2,5

-3,5

3

0 2 4 6 8 10

t(µs)


3232/45/45

Rectas l

10

exponenciales: representaciónp

Empleando papel semi

1

papel semi-logarítmico pueden

V(V

)

pueden ponerse directamente

0,1

directamente las magnitudes

0,01

0 2 4 6 8 10

t(µs)

¡Ojo! Se emplean logaritmos decimales


3333/45/45

Rectas potenciales: cálculoRectas potenciales: cálculo En ocasiones se tiene una ley y

potencial de exponente desconocidonz Kt n: exponente

Se transforman en rectas tomando l i

z Kt n: exponente

logaritmos ln ln lny z K n t a bx ln lna K b n x t

a y b se hallan de la forma usual y

El factor K se halla:eaK

K

KE E KE


3434/45/45

K a aE E KEa

Rectas l

3,5

potenciales: representación

3

p

Puede hacerse la gráfica de 2

2,5

T))la gráfica de

y=ln(z) frente a x ln(t)

1,5ln(B

(mT

a x=ln(t).1

0,5

0

-1 0 1 2

ln(x(cm))


3535/45/45

Rectas l

100

potenciales: representaciónp

Empleando papel log log )papel log-log pueden ponerse

10

B(m

T)

ponerse directamente las magnitudeslas magnitudes

¡Ojo! Se emplean logaritmos decimales

1

0,1 1 10

x(cm)


3636/45/45

Rectas de mejor ajuste: ejemplosRectas de mejor ajuste: ejemplosV frente a I¡Recta mal

12

14

¡calculada

o mal

8

10

mV

)trazada!

4

6V(m

La ordenada en el origen

0

2

0 5 10 15 20 25 30 35 40

en el origen es incorrecta

I(mA)


3737/45/45

Rectas de mejor ajuste: ejemplosRectas de mejor ajuste: ejemplosV frente a I

12

14

8

10

mV

)

2

4

6V(m

0

2

0 5 10 15 20 25 30 35 40

¡Punto erróneo!: debe eliminarse

I(mA)


3838/45/45

¡Punto erróneo!: debe eliminarse


12

14

8

10

12

4

6

0

2

0 5 10 15 20 25 30 35 400 5 10 15 20 25 30 35 40

¡Faltan etiquetas en los ejes!Curso 2009/2010Curso 2009/2010 Dpto. Física Aplicada IIIDpto. Física Aplicada III


¡Faltan etiquetas en los ejes!

Rectas de mejor ajuste: ejemplosRectas de mejor ajuste: ejemplos¡Recta mal V frente a I¡calculada

o mal 12

14

trazada!8

10

mV

)

4

6V(m

La pendiente de la recta es incorrecta

0

2

0 5 10 15 20 25 30 35 40

incorrecta

I(mA)


4040/45/45


12

14

8

10

V

2

4

6

V

0

2

0 5 10 15 20 25 30 35 40

I

¡Faltan puntos experimentales y unidades!

I


4141/45/45

¡Faltan puntos experimentales y unidades!


12

14

8

10

mV

)

2

4

6V(m

0

2

0 5 10 15 20 25 30 35 40

I(mA)

Para gráficas por ordenador: incluir tramas

I(mA)


4242/45/45

Para gráficas por ordenador: incluir tramas


12

14

Datos caso 1

R 1

8

10

mV

)

Recta caso 1

Datos caso 2

Recta caso 2

4

6V(m

0

2

0 5 10 15 20 25 30 35 40

Para varias curvas: distintos símbolos y colores

I(mA)


4343/45/45

Para varias curvas: distintos símbolos y colores

Rectas de mejor ajusteRectas de mejor ajuste

Re men de p o eg iResumen de pasos a seguir:

Representar los datos experimentales

Obtener el coeficiente de correlación

C l l d l di t l d d Calcular de la pendiente y la ordenada en el origen con su error

Obtener información física

R t l t d j j t Representar la recta de mejor ajuste


4444/45/45

Cosas que nunca hay que olvidarCosas que nunca hay que olvidar

Poner todas las unidades Poner todos los errores Poner todos los errores Redondear correctamente El error absoluto tiene unidades a y b tienen unidades a y b tienen unidades Poner los puntos en las gráficas Poner las unidades en las gráficas


4545/45/45

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