ERRORES DE MEDICIÓN

Introducción

Medimos para conocer mejor el mundo a nuestro alrededor. La medición es la piedra angular de la metodología científica. Al medir, expresamos alguna característica de algún objeto o sistema en términos de un estándar conocido. Este estándar conocido es lo que llamamos la unidad de medida y el mismo depende del sistema de medición que utilicemos.
En la actualidad existen dos sistemas de medidas predominantes a saber: el sistema inglés y el sistema métrico. Este último ha sido adoptado como el sistema universal por un comité formado por distintos países. De ahí que el sistema de medida se denomine como el Sistema Internacional de Medidas.
Ninguna teoría o modelo de la naturaleza es sostenible a menos que los resultados que estos ofrezcan estén en armonía con la naturaleza misma. La investigación científica requiere la toma de medidas. El proceso de medir siempre envuelve cierta incertidumbre o error experimental. Dos personas, en forma individual, pueden medir la longitud de algún objeto y es muy poco probable que ambos obtengan el mismo resultado. Entonces: ¿cómo comparan los resultados con el valor aceptado? ¿Cuál medida es la mejor? ¿Cómo se expresan o analizan estos errores en los datos experimentales?
El medir un objeto implica la acción de determinar la proporción entre la magnitud o dimensión de un objeto y una determinada unidad de medida o unidad de medición. Esto significa que es necesario utilizar un sistema de medidas que sea uniforme para todos. Podemos medir el largo, el ancho, la profundidad, la masa y el tiempo entre otros.

La investigación científica requiere de la obtención de datos experimentales para el análisis y la formulación de nuevas conclusiones y modelos que expliquen mejor el mundo a nuestro alrededor. Estos datos experimentales los obtenemos a través de la medición. Sin embargo, toda medida incluye cierta incertidumbre o error experimental. Estos llamados errores experimentales pueden clasificarse en tres categorías: errores personales, errores sistemáticos y errores aleatorios.
Errores personales:
Los errores personales dependen de la persona que realiza la medida. Por lo general este tipo de error surge del descuido del observador al realizar la medida o al manipular los datos experimentales al realizar cálculos matemáticos. En ocasiones al realizar varias medidas de alguna propiedad de algún objeto, el observador se inclina por la primera medida presumiendo erróneamente que esta es la correcta. Este comportamiento hace que al realizar las demás medidas, las ajuste a la primera. Obviamente este comportamiento no es adecuado y por lo tanto añade errores a la medida realizada.Para minimizar esta fuente de error, lo correcto es medir la propiedad del objeto varias veces y calcular un promedio de las medidas obtenidas.
Otra fuente de error personal ocurre al leer la medida de la escala. El leer un valor de una escala conlleva alinear el objeto con las marcas en la escala. La distancia aparente entre la escala y el objeto que medimos, depende de la posición del ojo del observador. Una lectura puede variar si se realiza la medida con un ojo o con el otro. A este error lo denominamos “paralaje”. Para minimizar este tipo de error es necesario alinear la escala, el objeto y los ojos del observador en una misma línea recta. Esto se logra mirando la escala de frente con los dos ojos abiertos.
Al manipular los datos experimentales, es decir, al realizar cálculos matemáticos con ellos es necesario que se observen las reglas relacionadas a las cifras significativas. Este asunto lo discutiremos en la próxima sección. Sin embargo piensa en lo siguiente. Imagina que dentro del bolsillo tienes un dólar, tres monedas de 25 centavos y una de 10 centavos. ¿Qué sería lo más correcto en relación a la cantidad de dinero que tienes? ¿Tienes en el bolsillo: $1.85, $1.90 ó $2.00? Obviamente la contestación correcta es $1.85.
Sin embargo, fíjate que las otras dos cantidades son aproximaciones que se obtienen al “redondear” el valor de la primera. Al medir con un instrumento siempre redondeamos la cantidad medida por lo cual introducimos un error en esta.
Errores sistemáticos
Este tipo de error esta asociado con el instrumento de medición o las técnicas al utilizarlos. Las condiciones que sirven de fuente a los errores sistemáticos son:
Instrumentos mal calibrados o una resolución de escala no apropiada.
El tiempo de reacción del observador cuando realiza la medida. En especial en aquellos casos en que la medida depende del tiempo.
Tendencia del observador de tomar la medida menor o mayor al leer el valor de la escala y este encontrarse entre dos marcas.Para minimizar este tipo de error se recomienda:
Cotejar la calibración del instrumento antes de realizar la medida.
Utilizar el instrumento con la resolución de la escala apropiada a lo que vamos a medir. Imagina que deseamos medir el espesor de una hoja de papel. Debido a lo pequeño de la medida lo ideal sería utilizar un micrómetro y no un metro. La resolución del metro llega hasta los milímetros y esta cantidad es mayor que el espesor del papel. El micrómetro por otro lado, tiene una resolución de fracciones del milímetro lo que lo hace más versátil y efectivo para realizar la medida.
Errores Aleatorios
Estos errores se asocian al resultado de variaciones no predecibles durante la experimentación. Estos errores no están bajo el control del observador. Por ejemplo: variaciones en la temperatura o el voltaje durante la operación de algún instrumento de medición sensitivo a estos y otros factores. A diferencia de los errores sistemáticos que siempre aumentan (o disminuyen) en una cantidad fija, el valor medio de los errores aleatorios varían en magnitud y en dirección, es decir, a veces aumentan el valor medido y a veces lo disminuye El efecto de estos errores puede ser minimizado al mejorar y refinar las técnicas de experimentación así como el repetir las medidas varias veces de forma tal que las medidas erróneas se hagan estadísticamente insignificantes.
El siguiente recurso posee un resumen, imágenes y explicaciones detalladas de cada uno de los errores explicados aquí. Utilízalo como referencia y define los siguientes términos:
Medición, incertidumbre en la medición, error sistemático, instrumental, teórico, paralaje, error aleatorio, error ambiental, error de observación, valor óptimo aproximado, exactitud y precisión