Los instrumentos de medida son indispensables en la física, la química y otras áreas de la ciencia. Todos los científicos han tenido que utilizar alguna vez un instrumento para medir la masa, la longitud, el tiempo o alguna otra propiedad de los objetos. Pero, ¿qué es la sensibilidad de un aparato de medida? ¿Por qué es importante? En este artículo trataremos de responder estas preguntas y de explicar algunos conceptos relacionados con la sensibilidad, como la precisión, la exactitud, la apreciación, la incertidumbre y la tolerancia.
La medición y sus instrumentos
La medición es el proceso de determinar el valor de una magnitud física por medio de una unidad. Por ejemplo, la longitud se mide en metros, la masa en kilogramos y el tiempo en segundos. Para medir una magnitud es necesario un instrumento que sea capaz de compararla con otra magnitud de la misma especie, que se ha definido de forma convencional como unidad. Los instrumentos de medida son, por tanto, dispositivos para comparar magnitudes. Sin ellos, muchas de las cosas que rodean nuestra vida no podrían existir. Desde un reloj hasta un termómetro, pasando por un altavoz o una pantalla, todos ellos hacen uso de alguna técnica para medir y detectar variaciones en el espacio, la temperatura, la presión o el tiempo.
La Sensibilidad de un Aparato de Medida
Uno de los conceptos que se aplican a los instrumentos de medida es la Sensibilidad. La sensibilidad de un aparato de medida es la mínima variación que es capaz de detectar. Es decir, se trata de la medida más pequeña que el instrumento es capaz de percibir. La sensibilidad de los aparatos de medida depende del uso práctico que se les quiere dar. No tendría ningún sentido fabricar una balanza muy sensible para un panadero, pero sí para un joyero. La Sensibilidad también indica cuántas cifras de una medida son significativas. Un instrumento de medida es más sensible si puede medir cantidades más pequeñas.
Hay muchos ejemplos de Sensibilidad en los distintos aparatos de medida. Una cinta métrica tiene una sensibilidad de 1 milímetro, es decir, la variación de medida más pequeña que aparecerá representada será de 1 milímetro. En un termómetro, la Sensibilidad puede variar dependiendo del rango de temperaturas; por ejemplo, un termómetro de alcohol para medir temperaturas entre 0 y 50 grados centígrados puede tener una Sensibilidad de 0,5 grados centígrados.
Pero no se debe confundir la Sensibilidad con la precisión o exactitud. La precisión se refiere a cuán cercanos son los resultados obtenidos entre sí al repetir la medición varias veces. Si el método utilizado es poco preciso, los resultados obtenidos pueden ser muy distintos. La exactitud, por otro lado, implica la precisión del aparato, es decir, la capacidad de un instrumento de medida para determinar un valor cercano al valor real de la magnitud que se está midiendo.
Relación entre Sensibilidad y Precisión
La Sensibilidad y la precisión de un aparato de medida están estrechamente relacionados. Un instrumento es más sensible cuando es más preciso. La precisión de un instrumento es el valor mínimo que se puede medir con exactitud, y se representa por medio del valor mínimo de la magnitud que es capaz de determinar antecedido por el símbolo ±. Los instrumentos son más precisos cuando su valor de precisión, representado con el mismo múltiplo o submúltiplo de la misma unidad, es más pequeño que el otro.
Por ejemplo, si un instrumento de medida tiene una precisión de 1 gramo, significa que puede medir cualquier masa con una error máximo de ±1 gramo. Si el instrumento de medida tiene una precisión de 0,1 gramos, será capaz de medir con un error máximo de ±0,1 gramos.
Límites de la Sensibilidad
La Sensibilidad de un aparato no siempre es lo más importante. Puede ocurrir que un instrumento de medida sea tan sensible que su error de medida sea mayor que el que tiene un instrumento menos sensible. Por ejemplo, si se mide el peso de un objeto con una balanza de precisión de 0,01 gramos, pero con un error sistemático de 0,5 gramos, la medición no será precisa, aunque el valor sea muy próximo al valor real.
Por otra parte, la Sensibilidad de un aparato tiene unos límites. Existe una zona en la que pequeñas perturbaciones, como variaciones de temperatura o de la tensión eléctrica, pueden modificar el resultado de la medida. Por tanto, la Sensibilidad no puede hacerse infinitamente mayor sin perjudicar la precisión y la exactitud del instrumento.
Ejemplo de la Sensibilidad en la Medición de Tiempos
Para ilustrar mejor cómo se aplica la Sensibilidad en la práctica, podemos tomar como ejemplo la medición de tiempos. Imagine que queremos medir el tiempo que tarda un objeto en caer desde una cierta altura. Para ello, utilizamos un cronómetro, que tiene una Sensibilidad de 0,01 segundos.
La pregunta es: ¿hasta qué punto podemos confiar en la medida del tiempo? Si el objeto se mide en diferentes lugares, la intensidad del campo gravitatorio puede cambiar, y por tanto, el tiempo que tarde en caer. Para tener una idea de la dispersión de los resultados obtenidos, se utiliza la desviación típica corregida de Bessel. Sin embargo, en este artículo vamos a utilizar otra forma más sencilla de calcular la precisión.
Imaginemos que hemos hecho tres mediciones, y hemos obtenidos los siguientes tiempos: 3,31 s; 3,61 s; 3,09 s. Si restamos el valor mínimo al valor máximo, obtenemos 0,52 segundos. Si dividimos esa cantidad entre 2, obtenemos 0,26 segundos. Este valor nos indica la precisión de nuestras medidas.
La Incertidumbre en las Mediciones
La Sensibilidad, la precisión y la exactitud son importantes, pero también hay que tener en cuenta la Incertidumbre. La incertidumbre se refiere a la medida de la falta de conocimiento sobre el valor verdadero de la magnitud medida.
La Incertidumbre se mide mediante el error relativo. El error relativo es el cociente entre el error absoluto (la incertidumbre experimental) y el valor estimado de la magnitud, puesto en tantos por cien. Por ejemplo, si la longitud de un objeto se mide con una cinta métrica con una Sensibilidad de 1 mm y se obtiene una medición de 54,6 cm, el error absoluto máximo será de 0,5 mm.
El error relativo se calculará como:
error relativo = (0,5/546) x 100% = 0,09%
Es importante tener en cuenta que la incertidumbre no es lo mismo que el error absoluto. El error absoluto es la diferencia entre la medición y el valor verdadero de la magnitud, mientras que la incertidumbre es la falta de conocimiento sobre el valor verdadero de la magnitud.
Conclusiones
La medición es un proceso clave en la ciencia y la tecnología y su exactitud, precisión y sensibilidad son vitales para los resultados obtenidos. Es importante tener en cuenta la relación entre la Sensibilidad y la precisión del instrumento de medida. Una medida muy sensible que no sea precisa puede llevar a resultados erróneos. Además, la Sensibilidad tiene unos límites y su valor no puede hacerse infinitamente mayor sin perjudicar la precisión y la exactitud del instrumento.
Por otro lado, la Incertidumbre es una magnitud importante porque mide cuánto desconocemos del valor verdadero de lo que estamos midiendo.
En conclusión, para obtener resultados valiosos y confiables se requiere el uso de instrumentos de precisión y la consideración de la incertidumbre en la medida. Se necesita una formación adecuada en instrumentación y técnicas de medida, para evitar errores y mejorar la precisión y exactitud de las mediciones.
- Sensibilidad: Es la mínima variación que un instrumento puede detectar.
- Precisión: Es la capacidad de un instrumento para determinar un valor cercano al valor real de la magnitud.
- Exactitud: Implica la precisión del aparato de medición.
- Aprecación: Cantidad más pequeña que se puede diferenciar en una escala.
- Incertidumbre: Magnitud que mide la falta de conocimiento sobre el valor verdadero de la magnitud medida.
