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Todo al respecto de ecuaciones empíricas, Esquemas y mapas conceptuales de Matemáticas

Ecuaciones empíricas y todo lo relacionado a ello

Tipo: Esquemas y mapas conceptuales

2023/2024

Subido el 25/05/2024

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ECUACIONES EMPÍRICAS
La Física es una ciencia experimental por excelencia y como tal en el estudio de un
fenómeno físico, no se puede dejar de realizar mediciones. Generalmente, en el
Laboratorio, al empezar el estudio de un fenómeno físico, se obtiene un conjunto de
valores correspondientes a dos variables, una dependiente de la otra. Esta dependencia
entre variables se puede expresar matemáticamente mediante una ecuación que toma
el nombre de ecuación empírica.
Variable. Es una cantidad a la cual se le puede asignar, durante un proceso de análisis, un
número ilimitado de valores.
Constante. Es una cantidad que tiene un valor fijo durante un proceso de análisis. Se
distinguen dos tipos de constantes: las absolutas y las arbitrarias; las absolutas tienen el
mismo valor en todos los procesos (por ejemplo: , e, 3), en tanto que las arbitrarias
pueden tener un valor diferente en cada proceso particular. En Física se acostumbra
llamar parámetros a éstas últimas.
Función. Cuando dos variables x e y están relacionadas de forma tal que para cada valor
de x le corresponde uno de y, se dice que y es una función de x y se denota de la
siguiente manera:
y = f(x)
donde: y es la variable dependiente o función, y x es la variable independiente. Durante
un experimento a la variable independiente se le dan valores predeterminados y el valor
de la variable dependiente es observado y medido subsecuentemente.
Para deducir la correcta ecuación empírica es necesario obtener un buen gráfico de
nuestros datos experimentales, por lo que debemos tener en cuenta lo siguiente:
1. Trazar en papel milimetrado dos ejes perpendiculares. En el eje horizontal se anotan
los valores de la variable independiente (x) y en el eje vertical los valores de la variable
dependiente (y).
2. Elegir escalas apropiadas en cada uno de los ejes, de acuerdo al rango de variación de
los datos. En este aspecto es recomendable usar las escalas: 1:1; 1:2; 1:5. Es decir
que, si el conjunto de valores de la variable x es: 1,4 kg; 2,8 kg; 3,6 kg; 4,0 kg; 5,8
kg debemos usar la escala 1:1. Esto significa que 1 kg del valor de la variable debe
ser representado por 1 cm en el correspondiente eje sobre el milimetrado. En algunos
casos es conveniente usar potencias de 10. Así por ejemplo, si los valores de alguna
de las variables son: 0,003; 0,015; 0,018; 0,025, podremos escribir: 3103; 15103;
18103; 25103.
3. Tratar en lo posible que el gráfico ocupe la mayor parte del papel milimetrado y
tenga un ubicación simétrica con respecto a los dos ejes. Se puede utilizar diferentes
escalas en cada uno de los ejes.
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ECUACIONES EMPÍRICAS

La Física es una ciencia experimental por excelencia y como tal en el estudio de un fenómeno físico, no se puede dejar de realizar mediciones. Generalmente, en el Laboratorio, al empezar el estudio de un fenómeno físico, se obtiene un conjunto de valores correspondientes a dos variables, una dependiente de la otra. Esta dependencia entre variables se puede expresar matemáticamente mediante una ecuación que toma el nombre de ecuación empírica. Variable. Es una cantidad a la cual se le puede asignar, durante un proceso de análisis, un número ilimitado de valores. Constante. Es una cantidad que tiene un valor fijo durante un proceso de análisis. Se distinguen dos tipos de constantes: las absolutas y las arbitrarias; las absolutas tienen el mismo valor en todos los procesos (por ejemplo: , e, 3), en tanto que las arbitrarias pueden tener un valor diferente en cada proceso particular. En Física se acostumbra llamar parámetros a éstas últimas. Función. Cuando dos variables x e y están relacionadas de forma tal que para cada valor de x le corresponde uno de y, se dice que y es una función de x y se denota de la siguiente manera: y = f(x) donde: y es la variable dependiente o función, y x es la variable independiente. Durante un experimento a la variable independiente se le dan valores predeterminados y el valor de la variable dependiente es observado y medido subsecuentemente. Para deducir la correcta ecuación empírica es necesario obtener un buen gráfico de nuestros datos experimentales, por lo que debemos tener en cuenta lo siguiente:

  1. Trazar en papel milimetrado dos ejes perpendiculares. En el eje horizontal se anotan los valores de la variable independiente ( x ) y en el eje vertical los valores de la variable dependiente ( y ).
  2. Elegir escalas apropiadas en cada uno de los ejes, de acuerdo al rango de variación de los datos. En este aspecto es recomendable usar las escalas: 1:1; 1:2; 1:5. Es decir que, si el conjunto de valores de la variable x es: 1,4 kg; 2,8 kg; 3,6 kg; 4,0 kg; 5, kg debemos usar la escala 1:1. Esto significa que 1 kg del valor de la variable debe ser representado por 1 cm en el correspondiente eje sobre el milimetrado. En algunos casos es conveniente usar potencias de 10. Así por ejemplo, si los valores de alguna de las variables son: 0,003; 0,015; 0,018; 0,025, podremos escribir: 3 10 –^3 ; 15 10 –^3 ; 18  10 –^3 ; 25 10 –^3.
  3. Tratar en lo posible que el gráfico ocupe la mayor parte del papel milimetrado y tenga un ubicación simétrica con respecto a los dos ejes. Se puede utilizar diferentes escalas en cada uno de los ejes.
  1. Trazar una línea contínua y nítida que pase por entre los puntos, de forma tal que estos queden uniformemente distribuidos a ambos lados de la línea.
  2. Comparar la línea obtenida con cada una de las curvas tipo que se muestran en las Figuras 1, 2 y 3 y por similitud asignar la ecuación empírica que le corresponde. Figura 1. Relación Lineal y = k xn, para n < 0 y = k xn^ , para 0 < n < 1 y = k xn, para n > 1 Figura 2. Relación Potencial y = k e a^ x, para a > 0 y = k e a x^ , para a < 0 Figura 3. Relación Exponencial y = Bx + A y = Bx A y 0 x y x 0 y^ y x 0 x y x 0 0 y y x x  0

Y = BX (6)

Determinación de las Constantes. Método Gráfico. Este método consiste en determinar directamente la pendiente y el intercepto a partir de la gráfica. Para hallar la pendiente de la recta se eligen dos (2) puntos de ésta que no sean los puntos experimentales. Por ejemplo: P 1 (x 1 , y 1 ) y P 2 (x 2 , y 2 ) y entonces el valor de la pendiente se obtiene usando la fórmula: B = 2 1 2 1 X X Y Y   = X Y 

El valor del intercepto se lee en el punto de corte de la recta graficada o su prolongacion con el eje de ordenadas. Método Analítico o Estadístico. Este método consiste en aplicar el método de los cuadrados mínimos para calcular las constantes A y B. Este método tiene la ventaja de minimizar los errores experimentales en la determinación de A y B , para ello usamos las siguientes fórmulas: A = 2 j 2 j j j j j 2 j N( X ) ( X ) ( X )( Y ) ( X )( XY )         (8) B = 2 j 2 j j j j j N( X ) ( X ) N( X Y ) ( X )( Y )        (9) La dispersion de los puntos en torno a la recta de regresión está caracterizada por las diferencias en la forma dada por: Yj = Yj – BXj-A (10) La desviación estandar de estas diferencias es: sy = N 2 ( Yi)^2 

N 2 (Y (^) i BXi A)^2 

y las incertidumbres en la pendiente y el intercepto son respectivamente: B = sy

 ^ ^ 

2 j 2 N (Xj ) X N , A = sy

 ^ 

 2 j 2 j 2 j N X X X