El Mètode Científic i la Mesura de Magnituds Físiques

El Mètode Científic

Processos que condueixen al coneixement científic, descrits en un ordre ideal.

Passos principals:

1. Identificació del problema.
2. Formulació d'hipòtesis.
3. Disseny d'experiments.
4. Comprovació d'hipòtesis:

• Si es comproven: Establiment de lleis i teories.
• No es comproven: Reformulació d'hipòtesis.

Primer, es planteja el problema que es vol investigar. Després, s'analitza i es busca simplificar-lo, trobar les variables que hi intervenen, formular la hipòtesi i comprovar-la per mitjà d'experiments.

Lleis i Teories

Llei: És una hipòtesi confirmada. S'expressa habitualment en llenguatge matemàtic.

Teoria: Conjunt de lleis relacionades que expliquen un àmbit més ampli de fenòmens.

Magnituds Físiques i Mesura

Magnituds físiques: Propietats dels cossos que podem mesurar i el resultat de les quals s'expressa amb un valor numèric i una unitat.

Mesura: És comparar el valor d'una magnitud amb el d'un patró al qual anomenem unitat.

Sistema Internacional d'Unitats (SI)

És un conjunt d'unitats fonamentals. Les unitats derivades són obtingudes per combinació de les fonamentals. Com que a vegades amb una unitat fonamental no n'hi ha prou per mesurar alguna cosa, s'usen els múltiples i submúltiples.

Instruments de Mesura

Precisió: És el valor mínim que un instrument pot apreciar de la magnitud.

Sensibilitat: Capacitat d'un instrument per detectar variacions petites de la magnitud mesurada.

Representació de Dades i Errors

Notació Científica

Consta d'una part entera (una sola xifra diferent de zero), una part decimal i una potència de 10. Exemple: 6,37 · 10⁶

Xifres Significatives

Són les xifres que proporciona l'instrument de mesura amb significat físic. Per identificar-les:

• Les xifres diferents de zero són sempre significatives (ex: 1,237 té quatre xifres significatives).
• Els zeros situats entre xifres diferents de zero són significatius (ex: 10,05 té quatre).
• Els zeros a la dreta de la coma decimal són significatius (ex: 5,60 té tres).
• Els zeros a l'esquerra de la primera xifra diferent de zero no són significatius (ex: 0,0455 té tres xifres significatives: 4, 5, 5).
• Els zeros al final d'un nombre sense coma decimal poden ser o no significatius (és ambigu, per això s'usa la notació científica. Ex: 300 pot tenir una, dues o tres xifres significatives).

Arrodoniment

En eliminar xifres no significatives: si la primera xifra eliminada és 5 o més gran que 5, s'augmenta en una unitat l'última xifra conservada; si és menor que 5, l'última xifra conservada no es modifica.

Errors de Mesura

Errors sistemàtics: Són deguts a característiques de l'aparell (ex: error de calibratge) o al seu ús inadequat. Afecten totes les mesures de la mateixa manera.

Errors accidentals (o aleatoris): Es produeixen a l'atzar i no els podem controlar completament. Fan que les mesures fluctuïn al voltant del valor real.

Expressió dels Errors

Error absolut (Ea): Diferència (en valor absolut) entre el valor considerat com a exacte (sovint, la mitjana aritmètica de diverses mesures) i el valor obtingut en cada mesura.

Error relatiu (Er): Es calcula dividint l'error absolut mitjà pel valor considerat com a exacte (la mitjana). No té unitats. Si es multiplica per 100, s'obté el percentatge d'error.

Taules de Dades

Per construir una taula, s'ordenen les mesures numèriques. Per fer-ho, es posen en files o columnes els valors de les variables mesurades, indicant les magnituds i les unitats corresponents.

Unitats Fonamentals del SI i Prefixes