Metrología básica. Introducción

Metrología Básica

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Resumen

Se estudia las mediciones de las magnitudes garantizando su normalización mediante la trazabilidad, utilizando medidas directas e indirectas, con la ayuda de los instrumentos de medición como el vernier, la balanza y el tornillo micrométrico. Empleando los datos recolectados experimentalmente, podemos determinar la densidad de un objeto, y la incertidumbre del mismo.

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1. Introducción

Antes del sistema métrico (hace 5.000 a.C) las civilizaciones antiguas desarrollaron formas precisas para medir 4 características: longitud, área, volumen y peso o masa [1]; por ejemplo empleaban el tiempo para medir grandes longitudes y áreas. Y muchas de las unidades de medición antiguas derivaban de partes del cuerpo o de materiales que se podían obtener fácilmente

En 2.500 a.C  fue creado el primer patrón sin fundamento corporal. Es una regla graduada que reposa en las rodillas de dos estatuas del Rey-Dios Gudea. Así como se creó la regla graduada se inventaron varios instrumentos con una mayor precisión, como el Vernier, también llamado como pie del rey, porque atribuye su invento al geómetra Pierre Vernier (1580-1637), aunque lo que verdaderamente inventó fue la regla de cálculo Vernier, que ha sido confundida con el nonio inventado por Pedro Núñez. Este instrumento permite hacer mediciones con una apreciación de (1/10) mm ó (1/20) mm.

En este informe, se van a estudiar los conceptos básicos de la metrología, usando unas metras y un alambre. Se medirán sus densidades respectivas, por diferentes métodos, para luego compararlas con las densidades tabuladas de algunos materiales.

2. Marco Teórico

La metrología está definida por el Buró Internacional de Pesos y Medidas (International  Bureau of Weights and Measures, BIPM) como la ciencia de la medición que abarca tanto a las determinaciones experimentales, como a las teóricas dentro de cualquier campo de la ciencia y tecnología.

Los instrumentos de medición utilizados, dependerán del tipo de información que se quiera tomar del sistema, así por ejemplo para determinar longitudes podemos usar la cinta métrica, el vernier, el tornillo micrométrico, entre otros. En las subsecciones siguientes se presentarán algunos de estos instrumentos.

2.1. Vernier

El vernier (figura 1) es un instrumento de medición que permite determinar longitudes con una mayor precisión que la cinta métrica. Podemos determinar la apreciación de este instrumento de la siguiente manera:

[pic 1]

Donde AP es la Apreciación del vernier, APE la Apreciación de la escala principal y NDN es el número de divisiones del nonio. [pic 2]

El vernier tiene tres parejas de topes que sirven para medir dimensiones exteriores, dimensiones interiores y profundidades respectivamente.

2.2. El Tornillo Micrométrico

El tornillo micrométrico (figura 2), inventado en 1640 por Wiliam Gascoigne (1612-1644) sirve para valorar el tamaño de un objeto con gran precisión, en un rango del orden de centésimas o de milésimas de milímetro (0,01 mm y 0,001 mm respectivamente).

[pic 3]

[pic 4]

Para calcular la apreciación de este instrumento podemos aplicar esta ecuación:

[pic 5]

El primer tornillo micrométrico fue inventado como una mejora del vernier, era tan preciso para ese tiempo que fue utilizado en un telescopio para medir las distancias angulares entre las estrellas.

2.3. Masa

La masa es una medida de la cantidad de materia que posee un cuerpo [2]. Es una propiedad extrínseca de los cuerpos que determinan la medida de la masa inercial y de la masa gravitacional. En el sistema métrico, las unidades utilizadas para medir la masa son, normalmente, los gramos, kilogramos o miligramos.

Existen muchos instrumentos que sirven para medir la masa, uno de ellos es la balanza electrónica.

2.3.1 La balanza electrónica

La balanza (figura 3), es un dispositivo electrónico que es utilizado en industrias, laboratorios y empresas con el fin de determinar el peso, o bien, la masa de un objeto, cosa o sustancia.

[pic 6]

[pic 7]

Las balanzas electrónicas pueden llegar a tener una exactitud notable. Suelen ser muy prácticas para las mediciones de pequeños pesos.

2.4. Volumen

El volumen es una magnitud escalar, definida como la extensión en tres dimensiones de una región en el espacio. Es una magnitud derivada de la longitud, ya que se halla multiplicando la longitud, el ancho y la altura.

Muchas figuras simples, tienen expresiones matemáticas que relacionan el volumen con las dimensiones de las figuras geométricas comunes como:

El volumen de una esfera es:

[pic 8]

El volumen de un cilindro (prisma circular) es:

[pic 9]

En química el dispositivo de uso más frecuente para medir volúmenes es la probeta. Cuando se necesita más exactitud se usa buretas o pipetas.

2.5. Densidad

La densidad es una magnitud escalar referida a la cantidad de masa en un determinado volumen de una sustancia.

[pic 10]

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