3.5. Instrumentos de medida y errores en el laboratorio

3.5. Instrumentos de medida y errores en el laboratorio

Tema 3: La medida en la ciencia | Física y Química 2º ESO

1. ¿Cómo elegimos un buen instrumento de medida?

En el laboratorio de Física y Química utilizamos diferentes aparatos para medir magnitudes como la masa, el volumen o la longitud. Para saber si un instrumento es adecuado, debemos fijarnos en tres características clave:

• Rango o Cota superior: Es el valor máximo que el instrumento puede medir sin estropearse (por ejemplo, una regla escolar de 30 cm o un termómetro de 110 °C).
• Sensibilidad o Cota inferior: Es la cantidad más pequeña que el aparato puede apreciar. En una regla dividida en milímetros, la sensibilidad es de 1 mm (0,1 cm).
• Precisión: Indica la capacidad del instrumento para dar siempre el mismo resultado cuando medimos la misma cantidad en las mismas condiciones.

💡 ¿Sensibilidad o Precisión? La diferencia clave:
Un instrumento es más sensible cuantas más cifras decimales nos aporta. Una balanza digital de laboratorio que mide centésimas de gramo (0,01 g) es mucho más sensible que una balanza de cocina (1 g).

2. ¿Por qué es imposible hacer una medida perfecta?

En ciencia, ninguna medida es exacta al 100%. Toda medida va acompañada de cierto grado de incertidumbre o error. Existen dos fuentes principales de error:

⚠️ Errores Sistemáticos

¿Por qué ocurren? Se repiten siempre de la misma forma porque el instrumento está mal calibrado o se usa de manera incorrecta.

Ejemplos: Una balanza que marca 2 g estando vacía (no está ajustada a cero) o mirar una probeta desde arriba o desde abajo en lugar de a la altura de los ojos (error de paralaje).

🎲 Errores Aleatorios o Accidentales

¿Por qué ocurren? Son inevitables y se deben al azar o a pequeñas variaciones del entorno.

Ejemplos: Una ráfaga de aire sobre la balanza o pequeñas diferencias en el tiempo de reacción al pulsar un cronómetro. Se reducen haciendo varias medidas y calculando la media.

3. Cómo calcular el Error Absoluto y el Error Relativo

1. Error Absoluto (Ea)

Es la diferencia (siempre en positivo) entre el valor medido y el valor real o verdadero. Nos indica cuánto nos hemos desviado y lleva las mismas unidades que la medida:

Error Absoluto = |Valor medido - Valor real|

2. Error Relativo (Er)

Divide el error absoluto entre el valor verdadero. Se expresa en porcentaje (%) y sirve para conocer la calidad real de la medida (no lleva unidades):

Error Relativo = (Error Absoluto / Valor real) · 100

📌 Ejemplo resuelto de laboratorio:
Una pieza de cobre pesa según el fabricante exactamente 50 g (Valor real). Un alumno la pesa en la balanza del laboratorio y obtiene 49 g (Valor medido).

• Error absoluto: 50 - 49 = 1 g (nos hemos desviado 1 gramo).
• Error relativo: (1 / 50) · 100 = 0,02 · 100 = 2% (hemos cometido un 2% de error).

✏️ Actividades de consolidación (Apartado 3.5)

1. Identificando instrumentos: Di qué aparato utilizarías para medir las siguientes magnitudes y señala cuál es más sensible en cada pareja:
   • a) Una probeta graduada en mL frente a un vaso de precipitados graduado de 50 en 50 mL.
   • b) Una regla que aprecia milímetros frente a un calibrador (pie de rey) que aprecia décimas de milímetro.
2. Clasifica el error: Indica si los siguientes errores son sistemáticos o aleatorios:
   • a) No ajustar a cero la balanza antes de pesar la muestra.
   • b) Tardar un instante más en pulsar el cronómetro por distracción.
   • c) Mirar la escala de una probeta inclinando la cabeza hacia arriba.
3. Cálculo directo de errores: Un grupo de estudiantes mide la longitud de una mesa cuyo valor real es de 120 cm. La medida obtenida por el grupo es de 117 cm.
   • a) Calcula el error absoluto indicando sus unidades.
   • b) Calcula el error relativo expresado en porcentaje (%).
4. ¿Qué medida está mejor hecha?: Al medir un bolígrafo de 10 cm cometemos un error absoluto de 1 cm. Al medir la pista de atletismo de 400 m cometemos un error absoluto de 1 m. Justifica cuál de las dos medidas tiene mayor calidad calculando sus errores relativos.

👁️ Haz clic aquí para ver las soluciones paso a paso

1. Instrumentos y sensibilidad:
   • a) Medimos volumen. La probeta graduada es más sensible porque sus divisiones son de 1 mL.
   • b) Medimos longitud/grosor. El calibrador (pie de rey) es más sensible (0,1 mm).
2. Clasificación de errores:
   • a) Error sistemático: Afectará por igual a todas las pesadas hasta que se corrija el cero.
   • b) Error aleatorio: Ocurre de forma puntual y por azar.
   • c) Error sistemático: Es el error de paralaje por una postura incorrecta de observación.
3. Cálculo de errores:
   • a) Error absoluto: 120 - 117 = 3 cm.
   • b) Error relativo: (3 / 120) · 100 = 0,025 · 100 = 2,5%.
4. Comparación de medidas:
   • • Bolígrafo: Error relativo = (1 / 10) · 100 = 10% de error.
   • • Pista de atletismo: Error relativo = (1 / 400) · 100 = 0,25% de error.
   • Conclusión: La medida de la pista está mucho mejor hecha porque su error relativo es muy inferior (0,25% frente al 10%). Un error de 1 cm en un objeto pequeño es grave, mientras que 1 m en 400 m es casi insignificante.