Resumo de Teoria dos Erros I

Teoria dos Erros A1. Introdução As grandezas físicas são determinadas experimentalmente por medidas ou combinações de medidas. Essas medidas tem uma incerteza intrínseca que advém das características dos equipamentos utilizados na sua determinação e também do operador. Assim, a experiência mostra que, sendo uma medida repetida várias vezes com o mesmo cuidado e procedimento elo mesmo operador ou por vários operadores, os resultados obtidos não são, em geral, idênticos.Ao fazermos a medida de uma grandeza física achamos um número que a caracteriza.Quando este resultado vai ser aplicado, é freqüentemente necessário saber com que confiança podemos dizer que o número obtido representa a grandeza física. Deve-se, então, poder expressar a incerteza de uma medida de forma que outras pessoas possam entende-las e para isso utiliza-se de uma linguagem universal. Também deve-se utilizar métodos adequados para combinar as incertezas dos diversos fatores que influem no resultado. A maneira de se obter e manipular os dados experimentais, com a finalidade de conseguir estimar com a maior precisão possível o valor da grandeza medida e o seu erro, exige um tratamento adequado que é o objetivo da chamada “Teoria dos Erros”, e que será abordada aqui na sua forma mais simples e suscinta. 2. Algarismos significativos Vamos considerar uma situação hipotética em que temos um objeto AB e desejamos medi-lo com uma régua graduada em centímetros. Na leitura do comprimento do objeto AB, podemos afirmar, por exemplo, que ele possui 8 cm exatos, mas a fração de 1 cm a mais dos 8 cm não podemos afirmar com certeza qual é. Esta fração não se pode medir, mas pode ser avaliada ou estimada pelo experimentador dentro de seus limites de percepção. Se 3 experimentadores fossem anotar o comprimento de AB: 1) Todos os três anotariam os 8 cm exatos. 2) Mas poderiam avaliar a fração do 1 cm restante de formas diferentes, como: fração de 1 cm = 0,7 cm fração de 1 cm = 0,8 cm fração de 1 cm = 0,6 cm e nenhum dos três estariam errados. Logo o comprimento de AB poderia ser anotado como sendo: AB = 8 cm + 0,7 cm, ou AB = 8 cm + 0,8 cm, ou AB = 8 cm + 0,6 cm Se, por exemplo, um quarto experimentador anotasse a fração do 1 cm como sendo 0,75 cm, que sentido se poderia atribuir a esse resultado? Ao se medir com uma régua graduada em centímetro, tem sentido avaliar décimos de centímetros (milímetros) mas é discutível ou mesmo inaceitável avaliar centésimos ou frações menores. Em medições, é costume fazer estimativas com aproximações até décimos da menor divisão da escala do instrumento. Estimar centésimos ou milésimos da menor divisão da escala está fora da percepção da maioria dos seres humanos. Se tomarmos a medida que representa o comprimento do objeto AB como 8,7 cm, observamos que ela apresenta 2 dígitos ou algarismos. Um, o 8, que representa a medida exata, isenta de qualquer dúvida, e o outro, o 7, que resultou da medida da fração de 1 cm avaliada na escala, logo, é no algarismo 7 que residirá a dúvida ou incerteza da medida do comprimento. Podemos então, dizer que as medidas realizadas pelos três experimentadores é composta de 1 algarismo exato, (não duvidoso, o 8) e o algarismo duvidoso (onde reside a incerteza da leitura, o 7 ou o 8 ou o 6). Definimos então, algarismos significativos de uma medida como todos os algarismos que temos certeza (os exatos) e mais um duvidoso (sempre o algarismo duvidoso é o último da direita). Exemplos: 15,4 cm: temos 3 algarismos significativos (1 e 5 são exatos e 4 é o duvidoso) 21,31 m/s: temos 4 algarismos significativos (2,1 e 3 são exatos e 1 é o duvidoso) 8,0 m/s2: temos 2 algarismos significativos ( 8 é o exato e 0 é o duvidoso) 6 N: temos 1 algarismo significativo e ele próprio é o duvidoso 1,6 x 10-19: temos 2 algarismos significativos É importante salientarmos aqui, que a quantidade de algarismos significativos de uma determinada medida não se altera quando de uma transformação de unidades. Por exemplo, na medida o objeto AB: 8,7 cm: 2 algarismos significativos 8,7 x 10-3 m = 0,0087 m: 2 algarismos significativos 8,7 x 10-5 km = 0,000087 km: 2 algarismos significativos 8,7 x 10 mm = 87 mm: 2 algarismos significativos Os dígitos ou algarismos de um número contam-se da esquerda para a direita, a partir do primeiro não nulo, e são significativos todos os exatos e somente o primeiro duvidoso. 3. Incertezas É a fração avaliada da menor divisão da escala, isto é, no dígito duvidoso é que reside a incerteza da medida. Se tomarmos, como exemplos, a medida do objeto AB como sendo 8,6 cm, sendo o algarismo 6 o duvidoso, isto significa que a medida AB poderia ser 8,5 ou 8,7 cm; 8,4 ou 8,8 cm. No primeiro caso a amplitude da incerteza é ±0,1 cm e no segundo ±0,2 cm. De forma geral, a amplitude da incerteza é fixada pelo experimentador. Caso ele faça opção para a amplitude de ±0,2, a medida do objeto AB = (8,6 ±0,2) cm. Desta forma o experimentador nos revela que a medida é confiável dentro dos limites de 8,4 a 8,8 cm, mas que o valor mais provável da medida, na sua opinião, é AB = 8,6 cm. A incerteza de uma medida pode ser classificada em dois tipos.

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