Lectura – Evitando errores en mediciones físicas: buenas prácticas para resultados confiables
¿Cuáles son los errores que ocurren en la ciencia?
Los errores en mediciones pueden ocurrir debido a diversas razones dentro del método científico. Estos errores pueden clasificarse en dos categorías principales: errores sistemáticos y errores aleatorios.
Calibre de Verner o pie de rey. Simon A. Eugster, CC BY-SA 3.0, via Wikimedia Commons
- Errores sistemáticos: Estos son errores que afectan consistentemente las mediciones en una dirección particular, provocando un sesgo en los resultados. Algunas causas comunes de errores sistemáticos son:
- Calibración incorrecta de instrumentos: Si los instrumentos de medición no están calibrados adecuadamente, pueden producir mediciones inexactas en todas las lecturas.
- Errores en el procedimiento: Si el método utilizado para realizar la medición es incorrecto o no se sigue correctamente, se pueden introducir errores sistemáticos en los datos.
- Influencia del entorno: Factores ambientales, como la temperatura, la humedad o la presión, pueden afectar las mediciones y generar errores sistemáticos si no se controlan adecuadamente.
- Errores de paralaje: Ocurren cuando el observador no mira directamente el indicador de la escala, lo que puede llevar a una lectura incorrecta.
- Errores aleatorios: Estos errores son impredecibles y varían en magnitud y dirección en cada medición repetida. Algunas causas comunes de errores aleatorios son:
- Variabilidad en la muestra: Cuando se toman mediciones de una muestra, las características inherentes de la muestra pueden variar de una medición a otra, lo que conduce a errores aleatorios.
- Limitaciones del instrumento: Incluso los instrumentos de medición más precisos tienen límites en su capacidad para proporcionar mediciones exactas, lo que da lugar a errores aleatorios.
- Errores de lectura: Incluso con instrumentos precisos, puede haber pequeños errores al leer las mediciones en la escala.
- Ruido ambiental: Interferencias externas, como vibraciones o interferencias electromagnéticas, pueden introducir variabilidad en las mediciones.
Es esencial abordar estos errores en mediciones para asegurar la confiabilidad y precisión de los datos obtenidos. Esto se puede lograr a través de prácticas adecuadas de calibración, repetición de mediciones, uso de instrumentos confiables y aplicando técnicas estadísticas para identificar y corregir errores sistemáticos y reducir los efectos de los errores aleatorios. Al analizar los datos, también es fundamental tener en cuenta la incertidumbre asociada con las mediciones para brindar resultados más precisos y confiables.
¿Cómo pueden afectar estos errores a la física?
En física, los errores en las mediciones pueden tener un impacto significativo en los resultados y en la precisión de los experimentos y análisis.
Los errores sistemáticos pueden desviar las mediciones de su valor verdadero o valor teórico conocido. Esto puede afectar la precisión de los resultados obtenidos. Por otro lado, los errores aleatorios pueden hacer que las mediciones tengan una alta dispersión y, por lo tanto, disminuyan la precisión general del experimento.
También es esencial que los resultados de los experimentos sean precisos y consistentes con las leyes y teorías establecidas. Si los errores en las mediciones no se tienen en cuenta correctamente, puede conducir a interpretaciones erróneas y conclusiones incorrectas sobre las leyes y principios físicos. Muchas leyes y ecuaciones en física involucran constantes físicas, como la velocidad de la luz, la constante gravitacional o la carga del electrón. Si los errores en las mediciones no se consideran adecuadamente, la incertidumbre en estas constantes puede aumentar y afectar la precisión de otros cálculos y predicciones.
Los errores en mediciones pueden afectar la confiabilidad de un diseño experimental. Si no se conocen y se controlan adecuadamente los errores, el experimento puede dar lugar a resultados inconsistentes y dificultar la identificación de relaciones causales. En estudios cuantitativos, los errores en las mediciones pueden influir en las comparaciones entre diferentes grupos o condiciones. Si los errores no se tienen en cuenta, es posible que las diferencias observadas no sean estadísticamente significativas o que se malinterpreten.
¿Cómo se pueden evitar errores?
Para evitar o minimizar los errores en las mediciones en física y otros campos científicos, se pueden aplicar diversas estrategias y buenas prácticas.
Es fundamental asegurarse de que los instrumentos de medición estén correctamente calibrados antes de realizar cualquier medición. La calibración garantiza que el instrumento mida con precisión y proporcione resultados confiables.
Junto con esto el realizar múltiples mediciones del mismo valor permite obtener un promedio y reducir los errores aleatorios. Cuantas más mediciones se realicen, más precisos serán los resultados. Al Incorporar controles experimentales adecuados ayuda a aislar y controlar las variables que pueden afectar las mediciones. Esto permite distinguir entre el efecto del fenómeno que se está estudiando y cualquier otro factor que pueda generar errores.
Otro aspecto para tomar en cuenta es mantener condiciones experimentales constantes durante todo el proceso de medición minimiza los errores sistemáticos asociados con cambios en el entorno o el procedimiento. Calcular y comunicar la incertidumbre asociada con las mediciones es esencial para proporcionar una evaluación completa de la precisión de los resultados.
Si se emplean los instrumentos de medición más adecuados para el tipo de magnitud que se desea medir aumenta la precisión y minimiza errores. Al leer instrumentos con escalas, como un termómetro o una regla, asegúrese de mirar directamente desde la posición de la escala para evitar errores de paralaje.
Cuando se registran cuidadosamente las mediciones y las condiciones experimentales ayudará a evitar errores debidos a errores humanos o falta de documentación. En ciertos casos, es posible aplicar técnicas estadísticas para corregir o reducir errores sistemáticos y aleatorios en los datos.
Ejemplos
Supongamos que deseamos medir la longitud de un objeto utilizando una regla común. El objeto tiene una longitud real de 10 cm.
Error sistemático: Supongamos que la regla utilizada tiene una pequeña deformación en uno de sus extremos, lo que hace que la longitud medida sea siempre 1 cm más corto en todas las mediciones. En este caso, el error sistemático es de -1 cm, lo que significa que todas las mediciones estarán desviadas en esa cantidad hacia valores más bajos.
Error aleatorio: Durante el proceso de medición, pueden ocurrir pequeñas variaciones en cómo se coloca la regla o cómo se alinea con el objeto. Esto puede conducir a mediciones ligeramente diferentes en cada intento. Por ejemplo, una medición podría dar 9.8 cm, otros 10.2 cm, otros 9.9 cm y así sucesivamente. Estas diferencias son ejemplos de errores aleatorios y se deben a variaciones intrínsecas en el proceso de medición.
Es importante abordar estos errores para obtener mediciones más precisas y confiables. En el caso del error sistemático, se podría corregir utilizando una regla calibrada y en buen estado. En cuanto a los errores aleatorios, realizar múltiples mediciones y tomar el promedio puede reducir su influencia y proporcionar una mejor estimación de la longitud real del objeto.
Ejemplo real
El accidente en la planta nuclear de Chernóbil, ocurrido el 26 de abril de 1986, fue el resultado de una serie de errores humanos y fallos en el diseño del reactor. El error fundamental que desencadenó la explosión y posterior desastre se debió a una prueba de seguridad que se llevó a cabo de manera incorrecta.
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El reactor número 4 de la planta de Chernóbil estaba experimentando una reducción de potencia debido a la prueba de un nuevo sistema de enfriamiento. Durante la prueba, los operadores redujeron la potencia del reactor demasiado, lo que llevó a una inestabilidad en el núcleo del reactor.
Sin embargo, en lugar de detener la prueba una vez que se identificó la inestabilidad, los operadores decidieron continuar con el experimento, ignorando las señales de advertencia y desactivando algunos sistemas de seguridad esenciales.
Además, el diseño del reactor RBMK, utilizado en Chernóbil, presentaba una característica insegura específica. A bajas potencias, el reactor RBMK tenía una tendencia a una reactividad positiva, lo que significa que si las condiciones eran inadecuadas, la tasa de reacción nuclear podía aumentar en lugar de disminuir. Esto provocó un rápido aumento en la potencia, lo que llevó a la fusión del núcleo del reactor y la liberación de grandes cantidades de radiación.
El resultado final fue una explosión de vapor que destruyó el reactor y liberó una cantidad masiva de materiales radiactivos a la atmósfera, causando uno de los peores accidentes nucleares de la historia y afectando gravemente la salud de miles de personas y el medio ambiente en toda Europa.