Medición
Definición
La medición es la asignación de un número a una característica de un objeto o evento, que se puede comparar con otros objetos o eventos. El alcance y la aplicación de la medición dependen del contexto y la disciplina. En las ciencias naturales y la ingeniería, las mediciones no se aplican a las propiedades nominales de objetos o eventos, lo cual es consistente con las directrices del vocabulario internacional de metrología publicado por la Oficina Internacional de Pesas y Medidas. Sin embargo, en otros campos, como las estadísticas y las ciencias sociales y del comportamiento, las mediciones pueden tener múltiples niveles, que incluirían escalas nominales, ordinales, de intervalo y de razón.La medición es una piedra angular del comercio, la ciencia, la tecnología y la investigación cuantitativa en muchas disciplinas. Históricamente, existían muchos sistemas de medición para los variados campos de la existencia humana para facilitar las comparaciones en estos campos. A menudo, estos se lograron mediante acuerdos locales entre socios comerciales o colaboradores. Desde el siglo XVIII, los desarrollos progresaron hacia estándares unificadores y ampliamente aceptados que dieron como resultado el moderno Sistema Internacional de Unidades (SI). Este sistema reduce todas las mediciones físicas a una combinación matemática de siete unidades base. La ciencia de la medición se persigue en el campo de la metrología.
Metodología
La medición de una propiedad puede clasificarse según los siguientes criterios: tipo, magnitud, unidad e incertidumbre. Permiten comparaciones inequívocas entre mediciones.
- El nivel de medición es una taxonomía para el carácter metodológico de una comparación. Por ejemplo, dos estados de una propiedad se pueden comparar por razón, diferencia o preferencia ordinal. El tipo comúnmente no se expresa explícitamente, sino que está implícito en la definición de un procedimiento de medición.
- La magnitud es el valor numérico de la caracterización, generalmente obtenida con un instrumento de medición elegido adecuadamente.
- Una unidad asigna un factor de ponderación matemático a la magnitud que se deriva como una relación a la propiedad de un artefacto utilizado como estándar o como una cantidad física natural.
- Una incertidumbre representa los errores aleatorios y sistémicos del procedimiento de medición; indica un nivel de confianza en la medición. Los errores se evalúan repitiendo metódicamente las mediciones y considerando la precisión y precisión del instrumento de medición.
Estandarización de unidades de medida
Las mediciones más comúnmente usan el Sistema Internacional de Unidades (SI) como un marco de comparación. El sistema define siete unidades fundamentales: kilogramo, metro, candela, segundo, amperio, kelvin y topo. Seis de estas unidades se definen sin referencia a un objeto físico particular que sirve como estándar (libre de artefactos), mientras que el kilogramo aún está incorporado en un artefacto que descansa en la sede de la Oficina Internacional de Pesos y Medidas en Sèvres, cerca de París. . Las definiciones sin artefactos fijan las mediciones en un valor exacto relacionado con una constante física u otros fenómenos invariables en la naturaleza, en contraste con los artefactos estándar que están sujetos a deterioro o destrucción. En cambio, la unidad de medida solo puede cambiar a través de una mayor precisión al determinar el valor de la constante a la que está vinculado.
La primera propuesta para unir una unidad base SI a un estándar experimental independiente de fiat fue por Charles Sanders Peirce (1839-1914), quien propuso definir el medidor en términos de la longitud de onda de una línea espectral. Esto influyó directamente en el experimento de Michelson-Morley; Michelson y Morley citan a Peirce y mejoran su método.
Estándares
Con la excepción de algunas constantes cuánticas fundamentales, las unidades de medida se derivan de acuerdos históricos. Nada inherente en la naturaleza dicta que una pulgada tenga una longitud determinada, ni que una milla sea una mejor medida de distancia que un kilómetro. En el transcurso de la historia humana, sin embargo, primero para la conveniencia y luego por necesidad, los estándares de medición evolucionaron para que las comunidades tuvieran ciertos puntos de referencia comunes. Las leyes que regulan la medición se desarrollaron originalmente para evitar el fraude en el comercio.
Las unidades de medida generalmente se definen sobre una base científica, supervisadas por organismos gubernamentales o independientes, y establecidas en tratados internacionales, de los cuales destaca la Conferencia General de Pesas y Medidas (CGPM), establecida en 1875 por la Convención del Metro, que supervisa el Sistema Internacional de Unidades (SI) y la custodia del Prototipo Internacional Kilogram. El medidor, por ejemplo, fue redefinido en 1983 por la CGPM en términos de velocidad de la luz, mientras que en 1960 el territorio internacional fue definido por los gobiernos de los Estados Unidos, el Reino Unido, Australia y Sudáfrica como exactamente 0.9144 metros.
En los Estados Unidos, el Instituto Nacional de Estándares y Tecnología (NIST), una división del Departamento de Comercio de los Estados Unidos, regula las mediciones comerciales. En el Reino Unido, el papel desempeña el National Physical Laboratory (NPL), en Australia el National Measurement Institute, en Sudáfrica el Consejo de Investigación Científica e Industrial y en India el National Physical Laboratory de India.
Unidades y sistemas
Sistemas consuetudinarios imperiales y estadounidenses
Antes de que las unidades del SI fueran ampliamente adoptadas en todo el mundo, los sistemas británicos de unidades inglesas y las unidades imperiales posteriores se usaban en Gran Bretaña, el Commonwealth y los Estados Unidos. El sistema llegó a conocerse como unidades consuetudinarias de EE. UU. En los Estados Unidos y todavía se utiliza allí y en algunos países del Caribe. Estos diversos sistemas de medición a veces se han llamado pie-libra-segundo sistemas después de las unidades imperiales de longitud, peso y tiempo, aunque las toneladas, los céntimos, los galones y las millas náuticas, por ejemplo, son diferentes para las unidades de EE. UU. Muchas unidades imperiales permanecen en uso en Gran Bretaña, que se ha cambiado oficialmente al sistema SI, con algunas excepciones, como las señales de tráfico, que todavía están en millas. La cerveza imperial y la sidra deben ser vendidas por la pinta imperial, y la leche en botellas retornables puede venderse por la pinta imperial. Muchas personas miden su altura en pies y pulgadas y su peso en piedra y libras, por poner solo algunos ejemplos. Las unidades imperiales se usan en muchos otros lugares, por ejemplo, en muchos países de la Commonwealth que se consideran agregados, el área del terreno se mide en acres y superficie en pies cuadrados, particularmente para transacciones comerciales (en lugar de estadísticas gubernamentales). Similar,
Sistema métrico
El sistema métrico es un sistema de medición decimal basado en sus unidades de longitud, el metro y la masa, el kilogramo. Existe en varias variaciones, con diferentes opciones de unidades de base, aunque estas no afectan su uso diario. Desde la década de 1960, el Sistema Internacional de Unidades (SI) es el sistema métrico internacionalmente reconocido. Las unidades métricas de masa, longitud y electricidad son ampliamente utilizadas en todo el mundo para fines cotidianos y científicos.
El sistema métrico presenta una única unidad base para muchas cantidades físicas. Otras cantidades se derivan de las unidades SI estándar. Los múltiplos y las fracciones se expresan como potencias de 10 de cada unidad. Cuando unidades más pequeñas o más grandes son más convenientes para un uso dado, se pueden agregar prefijos métricos a la unidad base para denotar su múltiple por una potencia de diez: una milésima (10) de un metro es un milímetro , mientras que un mil (10) metros es un kilometro. Las conversiones de unidades son siempre simples, de modo que las magnitudes convenientes para las mediciones se logran simplemente moviendo el lugar decimal: 1.234 metros es 1234 milímetros o 0.001234 kilómetros. El uso de fracciones, como 2/5 de un metro, no está prohibido, pero es poco común. No hay una profusión de unidades diferentes con diferentes factores de conversión, como en el sistema Imperial, que utiliza, por ejemplo, pulgadas, pies, yardas, brazas y barras de longitud.
Sistema Internacional de Unidades
El Sistema Internacional de Unidades (abreviado como SI del nombre en francés Système International d'Unités ) es la revisión moderna del sistema métrico. Es el sistema de unidades más utilizado en el mundo, tanto en el comercio cotidiano como en la ciencia. El SI se desarrolló en 1960 a partir del sistema de metro-kilogramo-segundo (MKS), en lugar del sistema de centímetro-gramo-segundo (CGS), que, a su vez, tenía muchas variantes. Durante su desarrollo, el SI también introdujo varias unidades recientemente nombradas que anteriormente no formaban parte del sistema métrico. Las unidades SI originales para las siete cantidades físicas básicas fueron:
| Cantidad base | Unidad base | Símbolo | Constantes SI actuales | Nuevas constantes de SI (propuestas) |
|---|---|---|---|---|
| hora | segundo | s | división hiperfina en cesio-133 | igual que el SI actual |
| longitud | metro | metro | velocidad de la luz en el vacío, c | igual que el SI actual |
| masa | kilogramo | kg | masa de Kilogramos Prototipo Internacional (IPK) | La constante de Planck, h |
| corriente eléctrica | amperio | UN | permeabilidad del espacio libre, permitividad del espacio libre | carga del electrón, e |
| temperatura | kelvin | K | punto triple de agua, cero absoluto | Constante de Boltzmann, k |
| cantidad de sustancia | Topo | mol | masa molar de carbono-12 | Constante de Avogadro N A |
| intensidad luminosa | candela | discos compactos | eficacia luminosa de una fuente de 540 THz | igual que el SI actual |
El topo se agregó posteriormente a esta lista y el grado Kelvin retituló el kelvin.
Hay dos tipos de unidades SI, unidades base y unidades derivadas. Las unidades base son las medidas simples de tiempo, longitud, masa, temperatura, cantidad de sustancia, corriente eléctrica e intensidad de la luz. Las unidades derivadas se construyen a partir de las unidades base, por ejemplo, el vatio, es decir, la unidad de potencia, se define a partir de las unidades base como m • kg • s. Se pueden medir otras propiedades físicas en unidades compuestas, como la densidad del material, medida en kg / m.
Conversión de prefijos
El SI permite una fácil multiplicación cuando se cambia entre unidades que tienen la misma base pero diferentes prefijos. Para convertir de metros a centímetros, solo es necesario multiplicar el número de metros por 100, ya que hay 100 centímetros en un metro. Inversamente, para cambiar de centímetros a metros uno multiplica el número de centímetros por 0.01 o divide centímetros por 100.
Longitud
Una regla o regla es una herramienta utilizada en, por ejemplo, geometría, dibujo técnico, ingeniería y carpintería, para medir longitudes o distancias o para dibujar líneas rectas. Estrictamente hablando, la regla es el instrumento usado para gobernar líneas rectas y el instrumento calibrado utilizado para determinar la longitud se llama medida , sin embargo el uso común llama a ambas reglas de instrumento y la regla denombre especial se usa para una regla no marcada. El uso de la palabra medida , en el sentido de un instrumento de medida, solo sobrevive en la frase cinta métrica, un instrumento que se puede usar para medir pero no se puede usar para dibujar líneas rectas. Como se puede ver en las fotografías de esta página, una regla de carpintero de dos metros se puede doblar hasta una longitud de solo 20 centímetros, para caber fácilmente en un bolsillo, y una cinta métrica de cinco metros de largo se retrae fácilmente para ajustarse al interior una pequeña vivienda.
Algunos nombres especiales
Algunos nombres no sistemáticos se aplican para algunos múltiplos de algunas unidades.
- 100 kilogramos = 1 quintal; 1000 kilogramos = 1 tonelada métrica;
- 10 años = 1 década; 100 años = 1 siglo; 1000 años = 1 milenio
Comercio de construcción
Los comercios de construcción australianos adoptaron el sistema métrico en 1966 y las unidades utilizadas para medir la longitud son metros (m) y milímetros (mm). Se evitan los centímetros (cm) ya que causan confusión al leer los planos. Por ejemplo, la longitud de dos metros y medio se registra generalmente como 2500 mm o 2,5 m; se consideraría no estándar registrar esta longitud en 250 cm.
El comercio del topógrafo
Los topógrafos estadounidenses usan un sistema de medición basado en decimales ideado por Edmund Gunter en 1620. La unidad base es la cadena de Gunter de 66 pies (20 m) que se subdivide en 4 varillas, cada una de 16.5 pies o 100 eslabones de 0.66 pies. Un enlace se abrevia "lk" y enlaza "lks" en las escrituras antiguas y de tierras hechas para el gobierno.
Hora
El tiempo es una medida abstracta de cambios elementales sobre un continuo no espacial. Se indica mediante números y / o períodos con nombre, como horas, días, semanas, meses y años. Es una serie aparentemente irreversible de ocurrencias dentro de este continuo no espacial. También se usa para denotar un intervalo entre dos puntos relativos en este continuo.
Masa
La masa se refiere a la propiedad intrínseca de todos los objetos materiales para resistir los cambios en su momento. El peso , por otro lado, se refiere a la fuerza descendente producida cuando una masa está en un campo gravitacional. En caída libre, (sin fuerzas gravitacionales netas) los objetos carecen de peso pero retienen su masa. Las unidades de masa imperiales incluyen la onza, la libra y la tonelada. Las unidades métricas de gramo y kilogramo son unidades de masa.
Un dispositivo para medir el peso o la masa se denomina escala de pesaje o, a menudo, simplemente una balanza . Una escala de resorte mide la fuerza pero no la masa, un equilibrio compara el peso, ambos requieren un campo gravitacional para operar. Algunos de los instrumentos más precisos para medir el peso o la masa se basan en celdas de carga con lectura digital, pero requieren un campo gravitacional para funcionar y no funcionarían en caída libre.
Ciencias económicas
Las medidas utilizadas en economía son medidas físicas, medidas de valor de precio nominal y medidas de precios reales. Estas medidas difieren entre sí por las variables que miden y por las variables excluidas de las mediciones.
Investigación de encuestas
En el campo de la investigación de encuestas, las medidas se toman de las actitudes, valores y comportamientos individuales utilizando cuestionarios como un instrumento de medición. Como todas las demás mediciones, la medición en la investigación de encuestas también es vulnerable al error de medición, es decir, la desviación del valor verdadero de la medición y el valor proporcionado utilizando el instrumento de medición. En la investigación de encuestas sustantivas, el error de medición puede conducir a conclusiones sesgadas y efectos erróneamente estimados. Para obtener resultados precisos, cuando aparecen errores de medición, los resultados deben corregirse para errores de medición.
Dificultades
Dado que la medición precisa es esencial en muchos campos, y dado que todas las mediciones son necesariamente aproximaciones, se debe realizar un gran esfuerzo para que las mediciones sean lo más precisas posible. Por ejemplo, considere el problema de medir el tiempo que le toma a un objeto caer una distancia de un metro (aproximadamente 39 pulgadas). Utilizando la física, se puede demostrar que, en el campo gravitacional de la Tierra, un objeto debe tardar alrededor de 0,45 segundos en caer un metro. Sin embargo, las siguientes son solo algunas de las fuentes de error que surgen:
- Este cálculo utilizado para la aceleración de la gravedad 9.8 metros por segundo al cuadrado (32 pies / s). Pero esta medida no es exacta, pero solo precisa dos dígitos significativos.
- El campo gravitacional de la Tierra varía ligeramente dependiendo de la altura sobre el nivel del mar y otros factores.
- El cálculo de.45 segundos implicó la extracción de una raíz cuadrada, una operación matemática que requirió redondearse a una cantidad de dígitos significativos, en este caso dos dígitos significativos.
Además, otras fuentes de error experimental incluyen:
- descuido,
- determinar la hora exacta en que se libera el objeto y la hora exacta en que toca el suelo,
- la medición de la altura y la medición del tiempo implican algún error,
- Resistencia del aire.
- postura de los participantes humanos
Los experimentos científicos deben llevarse a cabo con mucho cuidado para eliminar la mayor cantidad de error posible y para mantener las estimaciones de error realistas.
Definiciones y teorías
Definición clásica
En la definición clásica, que es estándar en todas las ciencias físicas, la medición es la determinación o estimación de relaciones de cantidades. La cantidad y la medición se definen mutuamente: los atributos cuantitativos son aquellos que se pueden medir, al menos en principio. El concepto clásico de cantidad se remonta a John Wallis e Isaac Newton, y fue prefigurado en los Elementos de Euclides.
Teoría de la representación
En la teoría representacional, la medición se define como "la correlación de números con entidades que no son números". La forma más elaborada técnicamente de la teoría de la representación también se conoce como medición conjunta aditiva. En esta forma de teoría representacional, los números se asignan en función de las correspondencias o similitudes entre la estructura de los sistemas numéricos y la estructura de los sistemas cualitativos. Una propiedad es cuantitativa si se pueden establecer semejanzas estructurales. En las formas más débiles de la teoría de la representación, como la implícita en el trabajo de Stanley Smith Stevens, los números solo se deben asignar de acuerdo con una regla.
El concepto de medición a menudo se interpreta erróneamente como la mera asignación de un valor, pero es posible asignar un valor de una manera que no es una medida en términos de los requisitos de la medición conjunta aditiva. Se puede asignar un valor a la altura de una persona, pero a menos que pueda establecerse que existe una correlación entre las mediciones de altura y las relaciones empíricas, no es una medida de acuerdo con la teoría de medición conjunta aditiva. Del mismo modo, calcular y asignar valores arbitrarios, como el "valor en libros" de un activo en contabilidad, no es una medida porque no cumple los criterios necesarios.
Tres tipos de teoría representacional
1) Relación empírica
En la ciencia, una relación empírica es una relación o correlación basada únicamente en la observación más que en la teoría. Una relación empírica requiere solo datos confirmatorios independientemente de la base teórica
2) La regla de mapeo
El mundo real es el Dominio del mapeo, y el mundo matemático es el rango. cuando asignamos el atributo al sistema matemático, tenemos muchas opciones para mapear y el rango
3) La condición de representación de la medición
Teoría de la información
La teoría de la información reconoce que todos los datos son de naturaleza inexacta y estadística. Por lo tanto, la definición de medición es: "Un conjunto de observaciones que reducen la incertidumbre cuando el resultado se expresa como una cantidad". Esta definición está implícita en lo que los científicos realmente hacen cuando miden algo e informan tanto la media como las estadísticas de las mediciones. En términos prácticos, uno comienza con una estimación inicial en cuanto al valor esperado de una cantidad, y luego, usando varios métodos e instrumentos, reduce la incertidumbre en el valor. Tenga en cuenta que en esta vista, a diferencia de la teoría de representación positivista, todas las mediciones son inciertas, por lo que en lugar de asignar un valor, se asigna un rango de valores a una medición. Esto también implica que no hay una distinción clara o clara entre estimación y medición.
Mecánica cuántica
En la mecánica cuántica, una medida es una acción que determina una propiedad particular (posición, momento, energía, etc.) de un sistema cuántico. Antes de realizar una medición, un sistema cuántico se describe simultáneamente por todos los valores en un espectro, o rango, de posibles valores, donde la probabilidad de medir cada valor viene determinada por la función de onda del sistema. Cuando se realiza una medición, la función de onda del sistema cuántico "colapsa" a un único valor definido. El significado inequívoco del problema de medición es un problema fundamental no resuelto en la mecánica cuántica.