Física Geral - Laboratório (2014/1) Estimativas e erros em medidas diretas (I)
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- João Lucas Vasques Eger
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1 Física Geral - Laboratório (2014/1) Estimativas e erros em medidas diretas (I) 1
2 Medida L (cm)
3 Medida L (cm)
4 Experimentos: medidas diretas Experimento de medidas diretas de uma grandeza: Aquisição de um conjunto de dados através de medições repetidas e independentes de uma mesma grandeza Medições independentes realizadas nas mesmas condições experimentais, ambientais, etc. Objetivo: Estimativa do valor esperado da grandeza sendo medida 4
5 Experimentos: medidas diretas Experimento de medidas diretas de uma grandeza: Aquisição de um conjunto de dados através de medições repetidas e independentes de uma mesma grandeza Medições independentes realizadas nas mesmas condições experimentais, ambientais, etc. Objetivo: Estimativa do valor esperado da grandeza sendo medida No processo de medição de uma grandeza, há inevitavelmente incertezas Imperfeições instrumentais, limitações observacionais, condições ambientais, etc. Hipóteses, modelos teóricos Natureza possivelmente aleatória do fenômeno 4
6 Valor esperado de uma grandeza Valor esperado: valor hipotético, μ, de uma grandeza, equivalente ao valor médio de medições repetidas indefinidamente 5
7 Valor esperado de uma grandeza Valor esperado: valor hipotético, μ, de uma grandeza, equivalente ao valor médio de medições repetidas indefinidamente É claro que não podemos repetir uma medição infinitamente.. Dessa forma, fazemos uma estimativa para o valor esperado, a partir de um conjunto finito de medidas da grandeza Chamamos esse conjunto finito de uma amostra de todos os possíveis valores para as medidas, ou população 5
8 Resultado de uma medição estimativa do valor esperado ± erro (unidade) x ± x (unidade) 6
9 Estimativa do valor esperado A partir de medições de uma grandeza, com instrumentos bem calibrados e procedimentos apropriados, e para um grande número de medidas diretas, a média da distribuição de frequência dos dados tende ao valor esperado da grandeza A distribuição de frequência dos dados é chamada de distribuição amostral Ou seja, a melhor estimativa para o valor esperado de uma grandeza, x, a partir de uma amostra {xi} de dados, é a média x! µ (Podemos pensar no limite para um número grande de medidas, ou seja, N ) 7
10 Estimativa do valor esperado 8
11 Estimativa do valor esperado 8
12 Estimativa do valor esperado 8
13 Estimativa do valor esperado 8
14 Estimativa do valor esperado 8
15 Estimativa do valor esperado 8
16 Estimativa do valor esperado 8
17 Estimativa do valor esperado 8
18 Estimativa do valor esperado 8
19 Incertezas aletórias e sistemáticas Incertezas aleatórias: devido a flutuações inevitáveis no processo de medição, que provocam a dispersão das medidas em torno da média Incertezas sistemáticas: desvios em geral regulares, devido a imperfeições instrumentais, observacionais, ou do modelo teórico As incertezas aleatórias estão associadas à precisão do experimento, enquanto as incertezas sistemáticas, com a sua exatidão 9
20 Medições: precisão e exatidão 10
21 Medições: precisão e exatidão preciso 10
22 Medições: precisão e exatidão exato preciso 10
23 Erro da média 11
24 Erro da média 11
25 Erro da média 11
26 Erro da média 11
27 Erro da média Distribuição das médias de 100 experimentos, cada um com 100 medidas Note que o erro da média é menor que o erro da medida 12
28 Estimativa do erro da medida e da média Podemos também estimar o erro da média a partir de uma única bateria de N medidas diretas. Vamos estimar primeiramente o erro de cada medida como: s x = v ux N t i=1 (x i x) 2 N 1 = r N N 1 x O erro da média pode ser aproximado por: x = s x p N 13
29 Estimativa do erro da medida e da média Podemos também estimar o erro da média a partir de uma única bateria de N medidas diretas. Vamos estimar primeiramente o erro de cada medida como: s x = v ux N t i=1 desvio padrão experimental ou amostral (x i x) 2 N 1 = r N N 1 x O erro da média pode ser aproximado por: x = s x p N desvio padrão 13
30 Estimativa do erro da medida e da média Podemos também estimar o erro da média a partir de uma única bateria de N medidas diretas. Vamos estimar primeiramente o erro de cada medida como: s x = v ux N t i=1 desvio padrão experimental ou amostral (x i x) 2 N 1 = r N N 1 x O erro da média pode ser aproximado por: x = s x p N desvio padrão O desvio padrão experimental (sx) será comumente representado igualmente por σx 13
31 Estimativa do erro da medida e da média Para um número grande de medidas: N!1)s x x x x p N 14
32 Estimativa do erro da medida e da média Para um número grande de medidas: N!1)s x x x x p N Quanto maior o número de medidas em um experimento, menor o erro estimado da média 14
33 Resultado de uma medição: Estimativa do valor esperado de um conjunto de medidas estimativa do valor esperado ± erro (unidade) 15
34 Resultado de uma medição: Estimativa do valor esperado de um conjunto de medidas estimativa do valor esperado ± erro (unidade) x 15
35 Resultado de uma medição: Estimativa do valor esperado de um conjunto de medidas estimativa do valor esperado ± erro (unidade) x x = s x p N 15
36 Resultado de uma medição: Estimativa do valor esperado de um conjunto de medidas estimativa do valor esperado ± erro (unidade) x x = s x p N Note que aqui estamos estimando o que definimos antes como incertezas aleatórias. Incertezas aleatórias podem ser reduzidas por repetição (maior número N de medidas). Incertezas sistemáticas, no entanto, não podem em geral ser reduzidas por mera repetição. Elas dependem do entendimento do instrumento e das técnicas de medição. A partir de um número suficientemente grande de medidas, elas passam a ser dominantes. 15
37 Resultado de uma medição: Estimativa do valor esperado de um conjunto de medidas estimativa do valor esperado ± erro (unidade) x x = s x p N Exemplo: x = 10, 0835 x = 10, 08 ± 0, 07(unid.) x =0,
38 Resultado de uma medição: Estimativa do valor esperado de um conjunto de medidas estimativa do valor esperado ± erro (unidade) x x = s x p N Exemplo: x = 10, 0835 x = 10, 08 ± 0, 07(unid.) x =0, 072 Número de algarismos significativos determinado pelo valor do erro 16
39 Atividade de aula (Roteiro) 1- Realizar a medição dos valores do período de oscilação de um pêndulo. 2- As medições serão feitas em 8 grupos de medidas, cada grupo com 10 medidas. 3 - Calcular a média e o desvio padrão de cada grupo de medidas. Compare os valores entre os grupos de medidas. 4- Calcular a média e o desvio padrão do conjunto completo de 80 medidas. Compare com os valores dos 8 grupos de medidas 5 - Calcular o erro da média de cada grupo de medidas, e o desvio padrão das 8 médias obtidas anteriormente. Compare os valores. 17
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