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Valencian Community PAU Physics: Habilidades experimentales, medida y análisis de datos

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Habilidades experimentales, medida y análisis de datos

La PAU valenciana incorpora la competencia experimental dentro de los problemas: interpretar una tabla de medidas, calcular incertidumbres, linealizar una relación, obtener una constante a partir de una pendiente y valorar la calidad del resultado. No se trata de repetir teoría, sino de justificar numéricamente qué mide cada gráfica y cuánto se desvía del valor de referencia.

Medida y cifras significativas

  • Instrumento analógico: incertidumbre = mitad de la división mínima. Digital: la resolución (última cifra) o ±1 de ella.
  • Se escribe (x̄ ± Δx) unidad, con Δx de una cifra significativa (dos si empieza por 1) y x̄ coherente con ella.
  • Error relativo ε_r = Δx/|x|; porcentual = 100·ε_r. Discrepancia frente al valor teórico: |x_exp − x_teo|/x_teo.
  • Precisión = reproducibilidad (dispersión); exactitud = cercanía al valor verdadero. Un error sistemático afecta a la exactitud y no se reduce promediando.

Propagación de incertidumbres

  • Suma o resta: Δz = Δx + Δy (peor caso).
  • Producto o cociente: Δz/z = Δx/x + Δy/y.
  • Potencia: z = xⁿ → Δz/z = |n|·Δx/x.
  • Media de N medidas: Δx̄ = Δx/√N.

Análisis gráfico

  • Linealizar: T² frente a L en el péndulo, log I frente a log r para hallar el exponente (pendiente) de una ley de potencias.
  • Ajuste por mínimos cuadrados: la pendiente lleva unidades y es la magnitud física de interés; la ordenada en el origen debe comprobarse experimentalmente.
  • R² mide la bondad del ajuste lineal, no la validez física del modelo.
  • Toda constante obtenida debe expresarse con unidades y compararse con la tabulada.

Ejemplo resuelto

Al representar T² (s²) frente a L (m) de un péndulo, el ajuste da pendiente 4,05 s²/m.

De T = 2π√(L/g) se obtiene T² = (4π²/g)·L, luego la pendiente = 4π²/g y

g = 4π²/4,05 = 9,75 m/s².

Discrepancia frente a 9,81 m/s²: |9,75 − 9,81|/9,81 ≈ 0,6 %, compatible con la precisión del montaje. La ordenada en el origen debería ser ≈ 0; si no lo es, hay un error sistemático (longitud mal medida, por ejemplo).

Errores que cuestan nota

  • Dar el resultado como 9,7534 m/s² sin incertidumbre ni cifras significativas coherentes.
  • Aplicar la propagación absoluta a un cociente en lugar de la relativa.
  • Interpretar un R² alto como prueba de que el modelo físico es correcto.
  • Olvidar las unidades de la pendiente o invertir el cociente al despejar la constante.
  • No linealizar y pretender extraer la constante de una curva.
  • Atribuir a error aleatorio lo que es un desfase sistemático constante.