LA MEDICIÓN

·        La importancia de la medición

En la vida diaria constantemente se hacen mediciones, por ejemplo el tiempo que toma trasladarse de un lugar a otro, la cantidad de mercancías que se compran, etc. Las mediciones son importantes, tanto en la vida cotidiana como en la experimentación en donde permiten reunir información para después organizarla y obtener conclusiones.

El científico inglés William Thomson Kelvin (1824-1907) resumió la importancia de la medición como parte esencial del desarrollo de la ciencia, en el siguiente comentario: "Con frecuencia digo que cuando se puede medir y expresar con números aquello sobre lo cual se está hablando, se sabe algo del tema; pero cuando no se puede medir, es decir, cuando no es posible expresarlo con números, el conocimiento es insuficiente".

·        ¿Cuál es la necesidad e importancia de
las mediciones?

                                                           
Las mediciones es la forma de interpretar, estudiar y conocer un grupo de hechos del mundo natural, llamados hechos físicos. 
Los hechos físicos se agrupan con base en los siguientes aspectos: tiempo, espacio, masa, movimiento, energía, ondas, luz, electromagnetismo y radiaciones. 

La medición es un proceso básico de la ciencia que consiste en comparar un patrón seleccionado con el objeto o fenómeno cuya magnitud física se desea medir para ver cuántas veces el patrón está contenido en esa magnitud. 

Si utilizamos cualquier objeto para medir, los resultados serán diferentes, dependiendo del objeto empleado para comparar, para evitar esto se utilizan los patrones de medida, que son acuerdos internacionales para medir y obtener el mismo resultado. Las razones básicas que justifican la medición:

1.     La medición proporciona una manera de controlar la forma en que se dimensionen sus partes.

2.     Segundo ofrece, el medio para controlar el dimensionado de las partes que hacen para otros.

3.     Es una manera de describir físicamente una parte

El resultado de medir es conocido como medida. Al realizar una medición, se debe tener cuidado para no alterar el sistema que se observa. De todas formas, hay que considerar que siempre las medidas se realizan con algún tipo de error, ya sea por las imperfecciones del instrumental, las limitaciones del medidor o los errores experimentales.

El patrón que permite realizar las mediciones se conoce como unidad de medida y debe cumplir con tres condiciones básicas:

1.     Ser inalterable (no puede cambiar con el tiempo ni en función de quién realice la medida),

2.       Ser universal (puede ser utilizado en todos los países)

3.     Ser fácilmente reproducible.

·             Antecedentes

Uno de los primeros conceptos desarrollados por el hombre fue el de número, pues tenía la necesidad de poder expresar numéricamente todo lo que se encontraba a su alrededor. Entonces el hombre comenzó a medir mediante un simple conteo de objetos. Más tarde, y por propias necesidades de su desarrollo, enunció el concepto de medida, realizando las primeras mediciones a partir de unidades muy rudimentarias en la antigua babilonia.

Las primeras mediciones realizadas estuvieron relacionadas con la masa, la longitud y el tiempo, y posteriormente las de volumen y ángulo como una necesidad debido a las primeras construcciones realizadas por el hombre.
Así, por ejemplo, en las primeras mediciones de longitud se empleaba el pie, el palmo, el brazo, etc., que constituyeron, al mismo tiempo, los primeros patrones de medición (patrones naturales), que eran fácilmente transportables y presentaban una relativa uniformidad.

Además, se comparaban masas de acuerdo con la sensibilidad muscular o se medían distancias relacionándolas con el tiempo, a partir de lo que se podía recorrer a pié en un día y otras mediciones por el estilo.
Todas estas unidades de medida resultaban imperfectas, ya que variaban de individuo en individuo y de un lugar a otro, lo que comenzó a crear dificultades a la hora de establecer las primeras relaciones comerciales entre los hombres.

No obstante, estos primeros pasos condujeron al origen de la Matemática, y de la Metrología o ciencia de la medición.

·      Historia de la medición

Hace algunos siglos, medir resultaba algo muy complicado. Como decíamos, medir es simplemente comparar, y cada persona, cada pueblo, cada país comparaba las cosas con lo que más se le antojaba. Por ejemplo, usaban la medida mano para medir distancias, y aún hoy mucha gente, cuando no tiene una regla o una cinta métrica, mide el ancho de la puerta con la mano o el largo del patio con pasos. El problema con esto es obvio: todos los seres humanos no tienen los pies ni las manos del mismo tamaño, o sea, también un problema de medidas.

Los sistemas más raros de medición coexistían hasta la Revolución Francesa, allá por el año 1789. En esta época de tumulto y grandes cambios, los franceses, enardecidos por su afán de cambiar y ordenar el mundo, decidieron que tenían que fundar un sistema de mediciones racional y único que fuera superior a todos los demás. Mientras los políticos se dedicaban a mandar a sus enemigos a la guillotina, la Asamblea Nacional (francesa) le encomendó en 1790 a la Academia de Ciencias que creara este nuevo sistema. Después de mucho pensar, los científicos de la época se pusieron de acuerdo en que la unidad de medición debería tener que ver con el planeta Tierra. Y se propuso: ¿por qué no hacer que la unidad de longitud sea la diez millonésima parte de un cuarto de meridiano terrestre?. 

Pues un meridiano terrestre es la distancia que va desde el Polo Norte al Polo Sur y vuelta al Polo Norte, es decir, una vuelta completa al planeta pasando por ambos polos. La Academia de Ciencias, le encomendó a un grupo de aventureros que fueran a medir, no todo un meridiano, que es muy largo, sino un cuarto de meridiano, que igual es bastante. Estos medidores midieron la distancia de la ciudad de Dunkirk, FRANCIA, hasta la de Barcelona, España. 

A partir de esa medición y mediante observaciones astronómicas se pudo calcular el largo del cuarto de meridiano terrestre. A ese número se le dividió por diez millones. El largo que resultó de esa cuenta se usó para fabricar una barra de platino bautizándola con el nombre de metro. 

Entonces, se hicieron y guardaron varias copias del metro patrón en una bóveda de seguridad, protegida de la herrumbre, el frío, el calor y los ladrones. También se decidió que el kilogramo sería, por definición, el peso del agua que cabe en un cubo de un décimo de metro de lado (es decir, 10 centímetros). También se construyó y guardó una pesa patrón de exactamente un kilogramo  junto con el metro. A partir de ese momento, todas las mediciones fueron comparaciones con esa barra y esa pesa de platino.

·          Métodos de medida antiguos

Los métodos antiguos de medición constaban de diferentes maneras según el lugar donde se desarrollaba

Griego, maya, azteca pero en la antigüedad los más utilizados eran los siguientes:

	Codo	El hombre utilizó inicialmente alguna parte de su cuerpo, por ejemplo el codo, que una unidad muy mencionada en la biblia
	Dedo	El dedo equivalía al ancho real, aproximadamente: 18 mm.
	Mano	La mano equivalía al ancho de la mano, aun se usa en algunos países para maedir la alzada de un caballo.
	Pie	Esta medida vale: 30,5cm. y se usa para medir por ejemplo las chapas de los techos
	Cuarta	Se extiende o abre la mano y la medida entre la punta del pulgar y el meñique equivale a un palmo o cuarta(ver figura)
	Braza	Equivale a 1.67 m. y es el resultado de extender ambos brazos
	Cable	Es una unidad utilizada para estimar la distancia entre dos objetos poco alejados, equivale a 120 brazas, es decir, unos 200 m.
	Vara	En España valía 0,84 m. y en Argentina 0.866.
	Pulgada	Medida inglesa y vale, luego de un acuerdo internacional: 2.54 cm. Muy usada actualmente.
	Pertiga	Vale entre 16 y 22 pies, según la zona donde se utilice.
	Linea	Corresponde a la 1/12 parte de la pulgada
	Paso	Equivale a la medida entre un pie y el próximo, al efectuar un paso
	Milla	Deriva de mille passuum y signifca unos 1000 pasos.

ü Sistema de medida griego

Unidades de longitud de la antigua Grecia Los griegos usaron como medida básica de longitud la anchura de un dedo (daktylos) con 4 dedos en una palma (palaiste), 12 en un palmo (spithame), 16 en un pie (pous) y 24 en un codo (pechua). El daktylos medía algo más de 3/4 de pulgada (19,275 mm), y el codo griego algo más de 18 pulgadas (unos 460 mm.) de largo (aunque las diferencias regionales de su definición causaron cierta variación en la longitud de estas unidades).

Los múltiplos de estas unidades eran orguia, 6 pies, stadion, 600 pies (nombre adoptado del edificio donde se corrió esta distancia en los Juegos Olímpicos), y millos, 5.000 pies.

Medidas mercantiles Hacia el año 400 a.C, la plaza del mercado de Atenas era un centro de comercio, desde donde el sistema griego de pesas y medidas se extendió por todo el Mediterráneo. Los griegos tenían unidades separadas de volumen para líquidos y áridos (que veremos más adelante en los sistemas imperial y de EE UU) y los estándares de medición en el mercado estaban muy controlados. Los griegos también tenían un sistema de pesas basado en la unidad del dracma (1/4-1/6 onza, 4,5-6 gramos). El sistema monetario se basaba en la misma unidad en plata.

ü  Sistema de medida romano

Los romanos estuvieron muy influidos por el sistema griego y adoptaron muchas de las unidades, aunque las definiciones no siempre eran iguales. Por ejemplo, el digitus en la raíz del sistema romano era ligeramente menor que el daktylos griego y, por tanto, el pie romano (pes), ligeramente menor que el griego.

El pes también es algo menor que el pie inglés (11,65 pulgadas o 296 mm). Igual que el pousgriego, el pie romano se dividía en 16 partes (4 palmas de 4 dedos cada una), pero al inicio de la Edad Media, en Gran Bretaña, el pie se dividió en 12 unciae, que significa “doceavos”. La “pulgada” y la “onza” inglesas derivan de la palabra uncía en latín, y encontraremos la libra de 12 onzas un poco más tarde.

Un codo romano medía 16 palmas (4 pies romanos), la distancia de la cadera de un hombre a la punta del brazo contrario levantado. Igual que el posterior ell medieval inglés, era una forma práctica de medir ropa y cuerdas.

Los romanos también usaban úgradus (paso simple) y el passus (paso doble). Se basaban en el paso de un hombre al caminar (los tómanos caminaban mucho); el gradus medía 21/2 pies y elpassus, 5 pies. La milla romana era mille passuum o “mil pasos dobles”, que equivale a 5.000 pies. También usaban unidades comopertica (10 pies) y actus (120 pies).

·            Sistema de medida actual

Después de la Revolución Francesa los estudios para determinar un sistema de unidades único y universal concluyeron con el establecimiento del Sistema Métrico Decimal. La adopción universal de este sistema se hizo con el Tratado del Metro o la Convención del Metro, que se firmó en Francia el 20 de mayo de 1875, y en el cual se establece la creación de una organización científica que tuviera, por una parte, una estructura permanente que permitiera a los países miembros tener una acción común sobre todas las cuestiones que se relacionen con las Así, el Sistema Internacional de Unidades , abreviado SI , también denominado sistema internacional de medidas , es el sistema de unidades más extensamente usado. Junto con el antiguo sistema métrico decimal,  que es su antecedente y que ha mejorado, el SI también es conocido como sistema métrico, especialmente en las naciones en las que aún no se ha implantado para su uso cotidiano. Fue creado en 1960 por la Conferencia General de Pesas y Medidas, que inicialmente definió seis unidades físicas básicas o fundamentales. En 1971 fue añadida la séptima unidad básica, el mol.

El Sistema Internacional de Unidades está formado hoy por dos clases de unidades: unidades básicas o fundamentales y unidades derivadas.

ü Instrumentos de medición  

Para todo este sistema existen instrumentos para medir las diferentes áreas que existen en el área de la medida.

Un instrumento de medición es un aparato que se usa para comparar magnitudes físicas mediante un proceso de medición. Como unidades de medida se utilizan objetos y sucesos previamente establecidos como estándares o patrones, y de la medición resulta un número que es la relación entre el objeto de estudio y la unidad de referencia. Los instrumentos de medición son el medio por el que se hace esta lógica conversión.

              Las características importantes de un instrumento de medida son:

·          Precisión: es la capacidad de un instrumento de dar el mismo resultado en mediciones diferentes realizadas en las  mismas condiciones

·         Exactitud: es la capacidad de un instrumento de medir un valor cercano al valor de la magnitud real

·         Apreciación: es la medida más pequeña perceptible en un instrumento de medida

·         Sensibilidad: es la relación de desplazamiento entre el indicador de la medida y la medida real

Ø Tipos

Se utilizan una gran variedad de instrumentos para llevar a cabo mediciones de las diferentes magnitudes físicas que existen. Desde objetos sencillos como reglas y cronómetros hasta los microscopios electrónicos y aceleradores de partículas.

Ø  Para medir masa: Ø  balanzaØ  báscula Ø  espectrómetro de masa Ø  catarómetro Ø  Para medir tiempo: ·         calendario ·         cronómetro ·         Reloj de arena ·         reloj ·         reloj atómico ·         datación radiométrica Ø  Para medir longitud: ·         Cinta métrica ·         Regla graduada ·         Calibre ·         vernier ·         micrómetro ·         reloj comparador ·         interferómetro ·         odómetro Ø  Para medir ángulos: ·         goniómetro ·         sextante ·         transportador Ø  Para medir temperatura: ·         termómetro ·         termopar ·         pirómetro Ø  Para medir presión: ·         barómetro ·         manómetro ·         tubo de Pitot Ø  Para medir velocidad: ·         velocímetro ·         anemómetro (Para medir la velocidad del viento) ·         tacómetro (Para medir velocidad de giro de un eje) Ø  Para medir propiedades eléctricas: ·         electrómetro (mide la carga) ·         amperímetro (mide la corriente eléctrica) ·         galvanómetro (mide la corriente) ·         óhmetro (mide la resistencia) ·         voltímetro (mide la tensión) ·         vatímetro (mide la potencia eléctrica) ·         multímetro (mide todos los valores anteriores) ·         puente de Wheatstone ·         osciloscopio Ø  Para medir volúmenes ·         Pipeta ·         Probeta ·         Bureta ·         Matraz aforado Ø  Para medir peso ·         dinamometro ·         bascula ·         barometro ·         pluviometro ·         catetómetro Ø  Para medir otras magnitudes: ·         Caudalímetro (utilizado para medir caudal) ·         Colorímetro ·         Espectroscopio ·         Microscopio ·         Espectrómetro ·         Contador geiger ·         Radiómetro de Nichols ·         Sismógrafo ·         pHmetro (mide el pH) ·         Pirheliómetro

ü Grados o Fuentes de Incertidumbre

Todas las mediciones tienen asociada una incertidumbre que puede deberse a los

Siguientes factores:

·         la naturaleza de la magnitud que se mide,

·         el instrumento de medición,

·         el observador,

·         las condiciones externas.

Cada uno de estos factores constituye por separado una fuente de incertidumbre

y contribuye en mayor o menor grado a la incertidumbre total de la medida. La

Tarea de detectar y evaluar las incertidumbres no es simple e implica conocer

Diversos aspectos de la medición.

En principio, es posible clasificar las fuentes de incertidumbres en dos conjuntos

Bien diferenciados, las que se deben a:

·         Errores accidentales o aleatorios que aparecen cuando mediciones

Repetidas de la misma variable dan valores diferentes, con igual probabilidad

De estar por arriba o por debajo del valor real. Cuando la dispersión de las

Medidas es pequeña se dice que la medida es precisa.

·         Errores sistemáticos que son una desviación constante de todas las medidas

Ya sea siempre hacia arriba o siempre hacia abajo del valor real y son

Producidos, por ejemplo, por la falta de calibración del instrumento de

Medición.

ü Incertidumbre en medidas reproducibles

 Cuando al realizar una serie de medidas de una misma magnitud se obtienen los mismos resultados, no se puede concluir que la incertidumbre sea cero; lo que sucede es que los errores quedan ocultos ya que son menores que la incertidumbre asociada al aparato de medición. En este caso, puede establecerse un criterio simple y útil: cuando las medidas son reproducibles, se asigna una incertidumbre igual a la mitad de la división más pequeña del instrumento, la cual se conoce como resolución. Por ejemplo, al medir con un instrumento graduado en mililitros repetidas veces el volumen de un recipiente se obtiene siempre 48.0 ml, la incertidumbre será 0.5 ml. Lo que significa que la medición está entre 47.5 a 48.5 ml, a éste se le conoce como intervalo de confianza de la medición y su tamaño es el doble de la incertidumbre. Esto generalmente se aplica cuando se trata de aparatos de medición tales como reglas, transportadores, balanzas, probetas, manómetros, termómetros, etc

ü Incertidumbre en medidas no-reproducibles

 Cuando se hacen repeticiones de una medida y estas resultan diferentes, con valores x1, x2,...,xN, surgen las preguntas:

·         ¿Cuál es el valor que se reporta?

·         ¿Qué incertidumbre se asigna al valor reportado?

La respuesta a estas preguntas se obtiene a partir del estudio estadístico de las mediciones, el cual debe de arrojar cual es la tendencia central de las medidas y su dispersión.