Medición

Cuatro dispositivos de medición con calibraciones métricas

Medida es la cuantificación de los atributos de un objeto o evento, que se puede utilizar para comparar con otros objetos o eventos. En otras palabras, la medición es un proceso para determinar qué tan grande o pequeña es una cantidad física en comparación con una cantidad de referencia básica del mismo tipo. El alcance y la aplicación de la medición dependen del contexto y la disciplina. En las ciencias naturales y la ingeniería, las medidas no se aplican a las propiedades nominales de objetos o eventos, lo cual es coherente con las pautas del Vocabulario internacional de metrología publicado por la Oficina Internacional de Pesos 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 la piedra angular del comercio, la ciencia, la tecnología y la investigación cuantitativa en muchas disciplinas. Históricamente, existieron muchos sistemas de medición para los diversos 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 la unificación de estándares ampliamente aceptados que dieron como resultado el moderno Sistema Internacional de Unidades (SI). Este sistema reduce todas las medidas físicas a una combinación matemática de siete unidades básicas. La ciencia de la medición se persigue en el campo de la metrología.

La medición se define como el proceso de comparación de una cantidad desconocida con una cantidad conocida o estándar.

Metodología

La medida de una propiedad se puede categorizar según los siguientes criterios: tipo, magnitud, unidad e incertidumbre. Permiten comparaciones inequívocas entre mediciones.

• El nivel la medición es una taxonomía para el carácter metodológico de una comparación. Por ejemplo, dos estados de una propiedad pueden compararse por ratio, diferencia o preferencia ordinal. El tipo generalmente no se expresa explícitamente, pero implícita en la definición de un procedimiento de medición.
• El magnitud es el valor numérico de la caracterización, generalmente obtenido con un instrumento de medición adecuado.
• A unidad asigna un factor de ponderación matemática a la magnitud que se deriva como una relación a la propiedad de un artefacto utilizado como estándar o una cantidad física natural.
• An incertidumbre representa los errores aleatorios y sistémicos del procedimiento de medición; indica un nivel de confianza en la medición. Los errores se evalúan mediante mediciones de repetición metódica y considerando la precisión y precisión del instrumento de medición.

Estandarización de unidades de medida

Las medidas suelen utilizar el Sistema Internacional de Unidades (SI) como marco de comparación. El sistema define siete unidades fundamentales: kilogramo, metro, candela, segundo, amperio, kelvin y mol. Todas estas unidades se definen sin referencia a un objeto físico particular que sirva como estándar. Las definiciones libres de artefactos fijan las mediciones en un valor exacto relacionado con una constante física u otro fenómeno invariable de 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 vinculada.

Las siete unidades base del sistema SI. Las flechas apuntan de unidades a aquellas que dependen de ellas.

La primera propuesta para vincular una unidad base del SI a un estándar experimental independiente del fiat fue de Charles Sanders Peirce (1839–1914), quien propuso definir el metro 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 a la naturaleza dicta que una pulgada tenga que tener una cierta longitud, ni que una milla sea una mejor medida de distancia que un kilómetro. Sin embargo, a lo largo de la historia humana, primero por 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 prevenir el fraude en el comercio.

Las unidades de medida generalmente se definen sobre una base científica, supervisadas por agencias gubernamentales o independientes, y establecidas en tratados internacionales, entre los que destaca la Conferencia General de Pesos y Medidas (CGPM), establecida en 1875 por el Metro Convención, que supervisa el Sistema Internacional de Unidades (SI). Por ejemplo, el metro fue redefinido en 1983 por la CGPM en términos de la velocidad de la luz, el kilogramo fue redefinido en 2019 en términos de la constante de Planck y la yarda internacional fue definida en 1960 por los gobiernos de Estados Unidos, 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 medidas comerciales. En el Reino Unido, el rol lo desempeña el Laboratorio Nacional de Física (NPL), en Australia el Instituto Nacional de Medición, en Sudáfrica el Consejo para la Investigación Científica e Industrial y en la India el Laboratorio Nacional de Física de la India.

Unidades y sistemas

la unidad es una cantidad conocida o estándar en términos de la cual se miden otras cantidades físicas.

Una botella de bebé que mide en tres sistemas de medición -métricos, imperiales (Reino Unido) y consuetudinarios estadounidenses.

Sistemas consuetudinarios imperiales y estadounidenses

Antes de que las unidades SI se adoptaran ampliamente en todo el mundo, los sistemas británicos de unidades inglesas y, más tarde, las unidades imperiales se usaban en Gran Bretaña, la Commonwealth y los Estados Unidos. El sistema llegó a conocerse como unidades tradicionales estadounidenses en los Estados Unidos y todavía se usa allí y en algunos países del Caribe. Estos diversos sistemas de medición a veces se han llamado sistemas de pie-libra-segundo por las unidades imperiales de longitud, peso y tiempo, aunque las toneladas, los cien pesos, los galones y las millas náuticas, por ejemplo, son diferente para las unidades estadounidenses. Muchas unidades imperiales siguen en uso en Gran Bretaña, que ha cambiado oficialmente al sistema SI, con algunas excepciones, como las señales de tráfico, que todavía están en millas. La cerveza de barril y la sidra se deben vender por pinta imperial, y la leche en botellas retornables se puede vender por pinta imperial. Muchas personas miden su estatura en pies y pulgadas y su peso en piedras y libras, por dar solo algunos ejemplos. Las unidades imperiales se usan en muchos otros lugares, por ejemplo, en muchos países de la Commonwealth que se consideran métricos, el área de tierra se mide en acres y la superficie en pies cuadrados, particularmente para transacciones comerciales (en lugar de estadísticas gubernamentales). De manera similar, la gasolina se vende por galón en muchos países que se consideran métricos.

Sistema métrico

El sistema métrico es un sistema decimal de medida basado en sus unidades de longitud, el metro y de masa, el kilogramo. Existe en varias variaciones, con diferentes opciones de unidades base, aunque estas no afectan su uso diario. Desde la década de 1960, el Sistema Internacional de Unidades (SI) es el sistema métrico reconocido internacionalmente. Las unidades métricas de masa, longitud y electricidad se utilizan ampliamente en todo el mundo para fines científicos y cotidianos.

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 diario como en la ciencia. El SI se desarrolló en 1960 a partir del sistema metro-kilogramo-segundo (MKS), en lugar del sistema centímetro-gramo-segundo (CGS), que, a su vez, tenía muchas variantes. Las unidades SI para las siete cantidades físicas básicas son:

En el SI, las unidades básicas 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 m²·kg·s⁻³. Otras propiedades físicas pueden medirse en unidades compuestas, como la densidad del material, medida en kg/m³.

Convertir 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 en un metro hay 100 centímetros. A la inversa, para pasar de centímetros a metros, se multiplica el número de centímetros por 0,01 o se divide el número de centímetros por 100.

Longitud

Un carpintero de 2 metros

Una regla o regla es una herramienta utilizada, por ejemplo, en geometría, dibujo técnico, ingeniería y carpintería, para medir longitudes o distancias o para dibujar líneas rectas. Estrictamente hablando, la regla es el instrumento utilizado para regla líneas rectas y el instrumento calibrado utilizado para determinar la longitud se denomina medida, sin embargo, el uso común llama a ambos instrumentos reglas y el nombre especial borde recto se usa para una regla sin marcar. El uso de la palabra medir, en el sentido de un instrumento de medición, 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 plegar hasta una longitud de solo 20 centímetros, para caber fácilmente en un bolsillo, y una cinta métrica de cinco metros de largo fácilmente. se retrae para caber dentro de una pequeña carcasa.

Algunos nombres especiales

Algunos nombres no sistemáticos se aplican a algunos múltiplos de algunas unidades.

• 100 kilogramos = 1 quintal; 1.000 kilogramos = 1 tonelada;
• 10 años = 1 decenio; 100 años = 1 siglo; 1000 años = 1 milenio

Construcción de oficios

Los oficios de la 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 generan confusión en la lectura de los planos. Por ejemplo, la longitud de dos metros y medio se suele registrar como 2500 mm o 2,5 m; se consideraría no estándar registrar esta longitud como 250 cm.

Oficio de topógrafo

Los agrimensores estadounidenses utilizan 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 los enlaces "lks", en escrituras antiguas y agrimensuras realizadas para el gobierno.

El método estándar de medición (SMM) publicado por la Royal Institution of Chartered Surveyors (RICS) consistía en tablas de clasificación y reglas de medición, lo que permitía utilizar una base uniforme para medir las obras de construcción. Se publicó por primera vez en 1922, reemplazando un Método de medición estándar escocés que se había publicado en 1915. Su séptima edición (SMM7) se publicó por primera vez en 1988 y se revisó en 1998. SMM7 fue reemplazado por las Nuevas reglas de medición, volumen 2 (NRM2), que fueron publicados en abril de 2012 por el Grupo profesional de topografía y construcción de RICS y entraron en funcionamiento el 1 de enero de 2013. NRM2 ha estado en uso general desde julio de 2013.

SMM7 fue acompañado por el Código de Procedimiento para la Medición de Obras de Edificación (el Código de Medición SMM7). Si bien SMM7 podría tener un estado contractual dentro de un proyecto, por ejemplo, en el formulario estándar JCT de Contrato de Construcción), el Código de Medición no era obligatorio.

NRM2 es el segundo de los tres componentes de la suite NRM:

• NRM1 - Orden de estimación de costos y planificación de costos para obras de construcción de capital
• NRM2 - Medición detallada para obras de construcción
• NRM3 - Orden de estimación de costos y planificación de costos para obras de mantenimiento de edificios.

Tiempo

El tiempo es una medida abstracta de cambios elementales en un continuo no espacial. Se denota por números y/o períodos nombrados como horas, días, semanas, meses y años. Es una serie aparentemente irreversible de acontecimientos dentro de este continuo no espacial. También se usa para denotar un intervalo entre dos puntos relativos en este continuo.

Masa

Masa se refiere a la propiedad intrínseca de todos los objetos materiales para resistir cambios en su cantidad de movimiento. Peso, por otro lado, se refiere a la fuerza hacia abajo producida cuando una masa está en un campo gravitatorio. En caída libre (sin fuerzas gravitatorias netas), los objetos carecen de peso pero retienen su masa. Las unidades imperiales de masa incluyen la onza, la libra y la tonelada. Las unidades métricas gramo y kilogramo son unidades de masa.

Un dispositivo para medir el peso o la masa se denomina báscula o, a menudo, simplemente báscula. Una báscula de resorte mide la fuerza pero no la masa, una balanza compara el peso, ambas requieren un campo gravitacional para operar. Algunos de los instrumentos más precisos para medir peso o masa se basan en celdas de carga con lectura digital, pero requieren un campo gravitatorio para funcionar y no funcionarían en caída libre.

Economía

Las medidas utilizadas en economía son medidas físicas, medidas de valor de precio nominal y medidas de precio real. Estas medidas difieren entre sí por las variables que miden y por las variables excluidas de las medidas.

Investigación de encuestas

Estación de medición C del experimento EMMA situado a la profundidad de 75 metros en la mina Pyhäsalmi.

En el campo de la investigación mediante encuestas, las medidas se toman a partir de las actitudes, los valores y el comportamiento individuales utilizando cuestionarios como 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 real de la medición y el valor proporcionado con el instrumento de medición. En la investigación de encuestas sustantivas, el error de medición puede conducir a conclusiones sesgadas y efectos estimados incorrectamente. Para obtener resultados precisos, cuando aparecen errores de medición, los resultados deben corregirse por errores de medición.

Designación de exactitud

Las siguientes reglas se aplican generalmente para mostrar la exactitud de las medidas:

• Todos los dígitos no 0 y los 0 que aparecen entre ellos son significativos para la exactitud de cualquier número. Por ejemplo, el número 12000 tiene dos dígitos importantes, y tiene límites implícitos de 11500 y 12.500.
• Los 0s adicionales se pueden añadir después de un separador decimal para denotar una mayor exactitud, aumentando el número de decimales. Por ejemplo, 1 tiene límites implícitos de 0,5 y 1,5, mientras que 1.0 tiene límites implícitos 0,95 y 1,05.

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 tarda un objeto en caer una distancia de un metro (alrededor de 39 pulgadas). Utilizando la física, se puede demostrar que, en el campo gravitatorio de la Tierra, cualquier objeto debería tardar unos 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 cuadrado (32 pies/s)²). Pero esta medición no es exacta, pero sólo precisa a dos dígitos significativos.
• El campo gravitacional de la Tierra varía ligeramente dependiendo de la altura sobre el nivel del mar y otros factores.
• La computación de 0.45 segundos implicaba la extracción de una raíz cuadrada, una operación matemática que requería redondear a algún número de dígitos significativos, en este caso dos dígitos significativos.

Además, otras fuentes de error experimental incluyen:

• descuido,
• determinar el tiempo exacto en el que se libera el objeto y el tiempo exacto que golpea el suelo,
• medición de la altura y la medición del tiempo implican algún error,
• Resistencia al aire.
• postura de los participantes humanos

Los experimentos científicos deben llevarse a cabo con mucho cuidado para eliminar tantos errores como sea posible y para mantener estimaciones de error realistas.

Definiciones y teorías

Definición clásica

En la definición clásica, que es estándar en todas las ciencias físicas, medida es la determinación o estimación de proporciones de cantidades. Cantidad y medida se definen mutuamente: los atributos cuantitativos son los posibles de medir, al menos en principio. El concepto clásico de cantidad se remonta a John Wallis e Isaac Newton, y fue presagiado en los Elementos de Euclides.

Teoría de la representación

En la teoría representacional, medida se define como "la correlación de números con entidades que no son números". La forma técnicamente más elaborada de teoría representacional 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 tales similitudes estructurales pueden establecerse. En formas más débiles de teoría de la representación, como la implícita en el trabajo de Stanley Smith Stevens, los números solo necesitan asignarse de acuerdo con una regla.

El concepto de medida a menudo se malinterpreta como la mera asignación de un valor, pero es posible asignar un valor de una manera que no sea una medida en términos de los requisitos de la medida conjunta aditiva. Se puede asignar un valor a la altura de una persona, pero a menos que se pueda establecer que existe una correlación entre las medidas de altura y las relaciones empíricas, no se trata de una medida según la teoría de la medida conjunta aditiva. Asimismo, calcular y asignar valores arbitrarios, como el "valor contable" de un activo en contabilidad, no es una medición porque no satisface los criterios necesarios.

Tres tipos de teoría representacional

1) Relación empírica

En ciencia, una relación empírica es una relación o correlación basada únicamente en la observación y no en la teoría. Una relación empírica requiere solo datos confirmatorios independientemente de la base teórica

2) La regla del 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 el mapeo y el rango

3) La condición de representación de la medida

Teoría de la información

La teoría de la información reconoce que todos los datos son inexactos y de naturaleza estadística. Por lo tanto, la definición de medición es: "Un conjunto de observaciones que reducen la incertidumbre donde 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 del valor esperado de una cantidad y luego, usando varios métodos e instrumentos, reduce la incertidumbre en el valor. Tenga en cuenta que en esta perspectiva, a diferencia de la teoría representacional positivista, todas las medidas son inciertas, por lo que en lugar de asignar un valor, se asigna un rango de valores a una medida. Esto también implica que no existe una distinción clara o ordenada entre estimación y medición.

Mecánica cuántica

En 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 rango de valores posibles, donde la probabilidad de medir cada valor está determinada por la función de onda del sistema. Cuando se realiza una medición, la función de onda del sistema cuántico "colapsa" a un valor único y definido. El significado inequívoco del problema de la medición es un problema fundamental sin resolver en la mecánica cuántica.

Biología

En biología, generalmente no existe una teoría de medición bien establecida. Sin embargo, se enfatiza la importancia del contexto teórico. Además, el contexto teórico derivado de la teoría de la evolución conduce a articular la teoría de la medición y la historicidad como noción fundamental. Entre los campos de medición más desarrollados en biología se encuentran la medición de la diversidad genética y la diversidad de especies.