Técnicas básicas de medición física: os fundamentos principais dos experimentos
Pengantar
A medición é un aspecto fundamental da física, que nos permite obter datos cuantitativos sobre o mundo que nos rodea. As técnicas básicas de medición da física abarcan unha variedade de ferramentas e métodos empregados para medir cantidades físicas, como lonxitude, masa, tempo, temperatura, etc. Este artigo analizará algunhas técnicas básicas de medición que se empregan con frecuencia nos experimentos de física, así como os principios que as sustentan.
1. Medición de lonxitude
Medir a lonxitude ou a distancia é unha das actividades máis básicas da física. Entre os instrumentos de medición habituais inclúense as regras, os calibre vernier e os calibres micrométricos de rosca.
gobernante
Unha regra é a ferramenta de medición máis sinxela e básica para medir lonxitudes. Normalmente feita de madeira, plástico ou metal, unha regra ten unha escala marcada en metros, centímetros e milímetros. A incerteza de medición cunha regra adoita ser de arredor de ±0.5 mm.
Calibres Vernier
Un calibre é un instrumento de medición máis preciso que unha regra. Pode medir lonxitudes cunha precisión de ata 0.1 mm. Esta ferramenta consta de dúas mordazas, unha fixa e outra móbil, e unha escala vernier para lecturas máis detalladas.
Micrómetro de parafuso
Un calibre de parafuso micrométrico é un instrumento de medición cun nivel de precisión moi alto, normalmente arredor de ±0.01 mm. Úsase para medir obxectos pequenos ou delgados. Un calibre de parafuso micrométrico consta dun eixe fixo e un eixe móbil, cada un equipado cunha escala xiratoria para medicións precisas.
2. Medición de masas
A masa é unha magnitude que indica a cantidade de materia que contén un obxecto. En física, a masa mídese cunha balanza ou báscula.
Básculas analóxicas
Unha báscula analóxica é un instrumento de medición de masas que usa un resorte para medir o peso dun obxecto. A forza gravitacional que actúa sobre a masa do obxecto fai que o resorte se estire e a báscula mostra a masa do obxecto. A incerteza de medición cunha báscula analóxica pode variar dependendo do estado do resorte e da calibración do instrumento.
básculas dixitais
As básculas dixitais proporcionan medicións de masa cun maior grao de precisión que as básculas analóxicas. Estes dispositivos usan sensores electrónicos para medir a masa e mostrar os resultados dixitalmente. A precisión das básculas dixitais pode alcanzar os gramos ou incluso os miligramos, dependendo do tipo e da calidade do dispositivo.
3. Medición do tempo
O tempo é unha das magnitudes básicas da física e adoita medirse cun cronómetro, un reloxo ou un dispositivo electrónico de medición do tempo.
Cronómetro
Un cronómetro é un instrumento de medición do tempo que se emprega habitualmente en experimentos de física. Os cronómetros poden ser analóxicos ou dixitais, e os dixitais adoitan ter unha precisión de ata 0.01 segundos. Adoitan empregarse en experimentos que requiren medir intervalos de tempo relativamente curtos.
Reloxo atómico
Para medicións de tempo extremadamente precisas, utilízanse reloxos atómicos. Os reloxos atómicos empregan a resonancia dos átomos (xeralmente cesio ou rubidio) para controlar o tempo. Os reloxos atómicos poden ter unha precisión dun segundo por millón de anos, o que permite medicións de tempo moi precisas na investigación científica.
4. Medición da temperatura
A temperatura é unha magnitude que indica a enerxía cinética media das partículas dunha substancia. Mídese cun termómetro ou outro dispositivo axeitado para o rango de temperatura e o tipo que se mide.
Termómetro de mercurio e alcohol
Os termómetros tradicionais empregan mercurio ou alcohol como fluído indicador. A medida que a temperatura aumenta, este fluído expándese e ascende nun tubo capilar, alcanzando unha escala específica que indica a temperatura. A precisión destes termómetros depende normalmente do seu rango de medición, pero xeralmente é en díxitos decimais.
Termómetro dixital
Os termómetros dixitais empregan sensores electrónicos para medir a temperatura e mostrar os resultados dixitalmente. Os sensores habituais son os termopares ou os RTD (detectores de temperatura de resistencia). Os termómetros dixitais adoitan ser máis fáciles de ler e poden proporcionar medicións máis precisas, cunha precisión de ata o punto decimal máis próximo.
5. Medición da corrente e a tensión eléctricas
Medir a corrente e a voltaxe eléctricas é un aspecto crucial do estudo da electricidade e a electrónica. Entre os instrumentos empregados inclúense amperímetros, voltímetros e multímetros.
amperímetro
Un amperímetro é un dispositivo que se usa para medir a corrente eléctrica nun circuíto. Conéctase en serie co circuíto para medir a corrente que flúe. A precisión dun amperímetro depende do tipo e da calidade do dispositivo, pero xeralmente úsase para medir a corrente cunha precisión de miliamperios.
Voltímetro
Un voltímetro mide a tensión entre dous puntos dun circuíto. Está conectado en paralelo co compoñente cuxa tensión terminal se vai medir. Os voltímetros dixitais modernos poden proporcionar lecturas con precisión de varios decimais.
Multímetro
Un multímetro é un instrumento de medición versátil que pode medir a corrente, a tensión e a resistencia. Os multímetros están dispoñibles tanto en versións analóxicas como dixitais, e as dixitais adoitan ofrecer unha maior precisión e son máis fáciles de ler.
6. Principios básicos de medición
Nas medicións físicas, hai varios principios básicos que deben observarse:
Calibración
A calibración é o proceso de comparar un instrumento de medición cun estándar coñecido para garantir a súa precisión. Os instrumentos de medición non calibrados poden producir datos sesgados ou erróneos, o que afectará os resultados experimentais.
Incerteza de medición
Toda medición ten unha incerteza que debe ser recoñecida. Esta incerteza pode ser causada polo instrumento de medición, o método de medición ou outros factores externos. Declarar a incerteza da medición é unha parte esencial dos informes científicos.
Medicións repetidas
Tomar medicións repetidas axuda a reducir os erros aleatorios e proporciona datos máis fiables. A media de varias medicións adoita empregarse para obter un valor máis representativo.
Erros sistemáticos e aleatorios
Os erros sistemáticos son erros que se desvían sistematicamente nunha determinada dirección, causados por factores fixos, como instrumentos de medición non calibrados. Os erros aleatorios son erros que varían aleatoriamente, causados por factores imprevisibles ou incontrolables.
Conclusión
A medición é a base de todos os experimentos en física. Dominar as técnicas básicas da medición física e comprender os principios subxacentes é o primeiro paso cara a unha investigación científica precisa e crible. Cos instrumentos de medición axeitados, os métodos correctos e unha comprensión profunda da incerteza da medición, os científicos poden obter datos válidos e extraer conclusións fiables dos seus experimentos.
