Medición

La medición es la cuantificación de los atributos de un objeto o evento, que se puede utilizar para comparar con otros objetos o eventos. ^{[1] [2]} En otras palabras, la medición es un proceso de determinar qué tan grande o pequeña es una cantidad física en comparación con una cantidad de referencia básica del mismo tipo. ^[3] El alcance y la aplicación de la medición dependen del contexto y la disciplina. En las ciencias naturales y la ingeniería , las mediciones no se aplican a las propiedades nominales de los objetos o eventos, lo que es coherente con las directrices del Vocabulario internacional de metrología publicado por la Oficina Internacional de Pesas y Medidas . ^[2] Sin embargo, en otros campos como la estadística , así como las ciencias sociales y del comportamiento , las mediciones pueden tener múltiples niveles , que incluirían escalas nominales, ordinales, de intervalo y de razón. ^{[1] [4]}

La medición es una piedra angular del comercio , la ciencia , la tecnología y la investigación cuantitativa en muchas disciplinas. Históricamente, han existido muchos sistemas de medición para los diversos campos de la existencia humana con el fin de facilitar las comparaciones en estos campos. A menudo, esto se lograba mediante acuerdos locales entre socios comerciales o colaboradores. Desde el siglo XVIII, los avances han avanzado hacia estándares unificadores y ampliamente aceptados que dieron como resultado el moderno Sistema Internacional de Unidades (SI). Este sistema reduce todas las mediciones físicas a una combinación matemática de siete unidades básicas. La ciencia de la medición se estudia 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.

Los primeros sistemas de pesas y medidas registrados se remontan al tercer o cuarto milenio a. C. ^[5] Incluso las civilizaciones más antiguas necesitaban la medición para fines agrícolas, de construcción y comerciales. Las primeras unidades estándar podrían haberse aplicado solo a una única comunidad o región pequeña, y cada área desarrollaba sus propios estándares para longitudes, áreas, volúmenes y masas. A menudo, estos sistemas estaban estrechamente vinculados a un campo de uso, de modo que las medidas de volumen utilizadas, por ejemplo, para granos secos no estaban relacionadas con las de líquidos, y ninguna de ellas guardaba una relación particular con las unidades de longitud utilizadas para medir telas o tierras. Con el desarrollo de las tecnologías de fabricación y la creciente importancia del comercio entre comunidades y, en última instancia, en todo el mundo, los pesos y medidas estandarizados se volvieron fundamentales. A partir del siglo XVIII, se desarrollaron sistemas de pesos y medidas modernizados, simplificados y uniformes, y las unidades fundamentales se definieron mediante métodos cada vez más precisos en la ciencia de la metrología . El descubrimiento y la aplicación de la electricidad fue un factor que motivó el desarrollo de unidades estandarizadas de aplicación internacional.

La medición de una propiedad puede clasificarse según los siguientes criterios: tipo , magnitud , unidad e incertidumbre . ^{[ cita requerida ]} Permiten comparaciones inequívocas entre mediciones.

• El nivel de medición es una taxonomía del carácter metodológico de una comparación. Por ejemplo, dos estados de una propiedad pueden compararse por razón, diferencia o preferencia ordinal. El tipo no suele expresarse explícitamente, sino que está implícito en la definición de un procedimiento de medición.
• La magnitud es el valor numérico de la caracterización, normalmente obtenido con un instrumento de medida adecuadamente elegido .
• Una unidad asigna un factor de ponderación matemático a la magnitud que se deriva como una relación con la propiedad de un artefacto utilizado como estándar o una cantidad física natural.
• La incertidumbre representa los errores aleatorios y sistemáticos del procedimiento de medición; indica un nivel de confianza en la medición. Los errores se evalúan repitiendo metódicamente las mediciones y considerando la exactitud y precisión del instrumento de medición.

Las mediciones más comúnmente utilizan 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 otros fenómenos invariables de la naturaleza, en contraste con los artefactos estándar que están sujetos al deterioro o la destrucción. En cambio, la unidad de medida solo puede cambiar mediante una mayor precisión en la determinación del valor de la constante a la que está vinculada.

La primera propuesta para vincular una unidad base del SI a un estándar experimental independiente de la norma fue la de Charles Sanders Peirce (1839-1914), ^[6] quien propuso definir el metro en términos de la longitud de onda de una línea espectral . ^[7] Esto influyó directamente en el experimento de Michelson-Morley ; Michelson y Morley citan a Peirce y mejoran su método. ^[8]

Con excepción de unas pocas constantes cuánticas fundamentales , las unidades de medida se derivan de acuerdos históricos. No hay nada inherente a la naturaleza que dicte que una pulgada tenga que tener una longitud determinada, ni que una milla sea una mejor medida de distancia que un kilómetro . Sin embargo, a lo largo de la historia de la humanidad, primero por conveniencia y luego por necesidad, los estándares de medida evolucionaron de modo que las comunidades tuvieran ciertos puntos de referencia comunes. Las leyes que regulaban la medición se desarrollaron originalmente para prevenir el fraude en el comercio.

Las unidades de medida se definen generalmente sobre una base científica, están supervisadas por agencias gubernamentales o independientes y se establecen en tratados internacionales, entre los que destaca la Conferencia General de Pesas y Medidas (CGPM), establecida en 1875 por la Convención del Metro , 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 los Estados Unidos, el Reino Unido, Australia y Sudáfrica como exactamente 0,9144 metros.

En Estados Unidos, el Instituto Nacional de Normas y Tecnología ( NIST ), una división del Departamento de Comercio de Estados Unidos , regula las mediciones comerciales. En el Reino Unido, la función la desempeña el Laboratorio Nacional de Física (NPL), en Australia el Instituto Nacional de Medición , ^[9] en Sudáfrica el Consejo de Investigación Científica e Industrial y en la India el Laboratorio Nacional de Física de la India .

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

Antes de que las unidades del SI se adoptaran ampliamente en todo el mundo, en Gran Bretaña, la Commonwealth y los Estados Unidos se utilizaban los sistemas británicos de unidades inglesas y, posteriormente, las unidades imperiales . El sistema llegó a conocerse como unidades habituales de los Estados Unidos y todavía se utiliza allí y en algunos países del Caribe . Estos diversos sistemas de medición a veces se han denominado sistemas pie-libra-segundo en honor a las unidades imperiales de longitud, peso y tiempo, aunque las toneladas, quintales, galones y millas náuticas, por ejemplo, son diferentes para las unidades estadounidenses. Muchas unidades imperiales siguen utilizándose en Gran Bretaña, que ha pasado oficialmente al sistema SI, con algunas excepciones, como las señales de tráfico, que siguen estando en millas. La cerveza de barril y la sidra deben venderse por pinta imperial, y la leche en botellas retornables puede venderse por pinta imperial. Mucha gente mide su altura en pies y pulgadas y su peso en stone y libras, por dar sólo algunos ejemplos. Las unidades imperiales se utilizan en muchos otros lugares; por ejemplo, en muchos países de la Commonwealth que se consideran de sistema métrico, la superficie terrestre se mide en acres y la superficie construida en pies cuadrados, en particular para las transacciones comerciales (en lugar de las estadísticas gubernamentales). De manera similar, la gasolina se vende por galón en muchos países que se consideran de sistema métrico.

El sistema métrico decimal se basa en sus unidades de longitud, el metro, y de masa, el kilogramo. Existe en diversas variantes, con diferentes opciones de unidades base , aunque estas no afectan su uso cotidiano. 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 tanto para fines cotidianos como científicos.

El Sistema Internacional de Unidades (SI ) es la versión moderna del sistema métrico decimal . Es el sistema de unidades más utilizado en el mundo , tanto en el comercio cotidiano 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, tuvo muchas variantes. Las unidades del SI para las siete magnitudes físicas básicas son: ^[10]

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 básicas, por ejemplo, el vatio , es decir, la unidad de potencia, se define a partir de las unidades básicas como m ² ·kg·s ⁻³ . Otras propiedades físicas pueden medirse en unidades compuestas, como la densidad de un material, medida en kg/m ³ .

El SI permite realizar multiplicaciones sencillas al cambiar 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.

Una regla o regla es una herramienta que se utiliza, por ejemplo, en geometría , dibujo técnico , ingeniería y carpintería, para medir longitudes o distancias o para trazar líneas rectas. En sentido estricto, la regla es el instrumento que se utiliza para trazar líneas rectas y el instrumento calibrado que se utiliza para determinar la longitud se denomina compás , sin embargo, el uso común denomina a ambos instrumentos reglas y se utiliza el nombre especial de regla para una regla sin marcar. El uso de la palabra compás , en el sentido de instrumento de medición, solo sobrevive en la frase cinta métrica , un instrumento que se puede utilizar para medir pero no para trazar 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 se retrae fácilmente para caber dentro de una carcasa pequeña.

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

La masa se refiere a la propiedad intrínseca de todos los objetos materiales de resistir cambios en su momento. El peso , por otro lado, se refiere a la fuerza descendente producida cuando una masa está en un campo gravitacional. En caída libre (sin fuerzas gravitacionales netas), los objetos carecen de peso pero conservan 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 peso o masa se llama báscula o, a menudo, simplemente balanza . Una báscula de resorte mide fuerza pero no masa, una balanza compara peso, ambas requieren un campo gravitatorio para funcionar. Algunos de los instrumentos más precisos para medir peso o masa se basan en celdas de carga con una lectura digital, pero requieren un campo gravitatorio para funcionar y no funcionarían en caída libre.

Las medidas que se utilizan en economía son las medidas físicas, las medidas de valor nominal y las medidas de precio real . Estas medidas se diferencian entre sí por las variables que miden y por las variables excluidas de las mediciones.

En el campo de la investigación de encuestas, se toman medidas de actitudes, valores y comportamientos 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 utilizando el instrumento de medición. ^[11] En la investigación de encuestas sustantiva, el error de medición puede conducir a conclusiones sesgadas y efectos estimados erróneamente. Para obtener resultados precisos, cuando aparecen errores de medición, los resultados deben corregirse para corregir los errores de medición .

Las siguientes reglas se aplican generalmente para mostrar la exactitud de las mediciones: ^[12]

• Todos los dígitos distintos de 0 y los 0 que aparecen entre ellos son significativos para la exactitud de cualquier número. Por ejemplo, el número 12000 tiene dos dígitos significativos y tiene límites implícitos de 11500 y 12500.
• Se pueden agregar ceros adicionales después de un separador decimal para indicar 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 de 0,95 y 1,05.

Dado que la medición precisa es esencial en muchos campos y que todas las mediciones son necesariamente aproximaciones, se debe hacer 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 (aproximadamente 39  pulgadas ). Utilizando la física, se puede demostrar que, en el campo gravitatorio de la Tierra, cualquier objeto debería tardar aproximadamente 0,45 segundos en caer un metro. Sin embargo, las siguientes son solo algunas de las fuentes de error que surgen:

• Este cálculo se basa en una aceleración de la gravedad de 9,8 metros por segundo al cuadrado (32 ft/s2 ⁾ . Sin embargo, esta medida no es exacta, sino que solo tiene una precisión de dos dígitos significativos.
• El campo gravitacional de la Tierra varía ligeramente dependiendo de la altura sobre el nivel del mar y otros factores.
• El cálculo de 0,45 segundos implicó extraer una raíz cuadrada , una operación matemática que requería redondear a una cierta cantidad de dígitos significativos, en este caso dos dígitos significativos.

Además, otras fuentes de error experimental incluyen:

• descuido,
• determinación del momento exacto en que se suelta el objeto y el momento exacto en que toca el suelo,
• Tanto la medición de la altura como la medición del tiempo implican algún error,
• resistencia del aire ,
• postura de los participantes humanos. ^[13]

Los experimentos científicos deben realizarse con sumo cuidado para eliminar la mayor cantidad de errores posible y mantener estimaciones de error realistas.

En la definición clásica, que es la estándar en todas las ciencias físicas, la medición es la determinación o estimación de proporciones de cantidades. ^[14] La cantidad y la medición se definen mutuamente: los atributos cuantitativos son aquellos que se pueden medir, al menos en principio. El concepto clásico de cantidad se remonta a John Wallis e Isaac Newton , y fue prefigurado en los Elementos de Euclides . ^[14]

En la teoría representacional, la medición se define como "la correlación de números con entidades que no son números". ^[15] La forma más elaborada técnicamente de la teoría representacional también se conoce como medición conjunta aditiva . En esta forma de teoría representacional, los números se asignan en función de correspondencias o similitudes entre la estructura de los sistemas numéricos y la estructura de los sistemas cualitativos. Una propiedad es cuantitativa si se pueden establecer tales similitudes estructurales. En formas más débiles de teoría representacional, como la implícita en el trabajo de Stanley Smith Stevens , ^[16] los números solo necesitan asignarse de acuerdo con una regla.

El concepto de medición se suele entender erróneamente como la mera asignación de un valor, pero es posible asignar un valor de una manera que no sea una medición en términos de los requisitos de la medición 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 mediciones de altura y las relaciones empíricas, no es una medición según la teoría de la medición conjunta aditiva. Del mismo modo, 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 únicamente 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 mapeamos el atributo a un sistema matemático, tenemos muchas opciones para el mapeo y el rango.

3. La condición de representación de la medición

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". ^[17] Esta definición está implícita en lo que los científicos hacen realmente cuando miden algo e informan tanto la media como las estadísticas de las mediciones. En términos prácticos, uno comienza con una estimación inicial sobre el valor esperado de una cantidad y luego, utilizando varios métodos e instrumentos, reduce la incertidumbre en el valor. En esta perspectiva, a diferencia de la teoría representacional positivista , todas las mediciones son inciertas, por lo que en lugar de asignar un valor, se asigna un rango de valores a una medición. Esto también implica que no hay una distinción clara o nítida entre estimación y medición.

En mecánica cuántica , una medición es una acción que determina una propiedad particular (posición, momento, energía, etc.) de un sistema cuántico. Las mediciones cuánticas son siempre muestras estadísticas de una distribución de probabilidad; la distribución de muchos fenómenos cuánticos es discreta. ^{[18] : 197} Las mediciones cuánticas alteran los estados cuánticos y, sin embargo, las mediciones repetidas en un estado cuántico son reproducibles. La medición parece actuar como un filtro, cambiando el estado cuántico en uno con el único valor cuántico medido. ^[18] El significado inequívoco de la medición cuántica es un problema fundamental sin resolver en mecánica cuántica ; la interpretación más común es que cuando se realiza una medición, la función de onda del sistema cuántico " colapsa " a un único valor definido. ^[19]

En biología, no existe una teoría de medición bien establecida. Sin embargo, se enfatiza la importancia del contexto teórico. ^[20] Además, el contexto teórico que surge de la teoría de la evolución lleva a articular la teoría de la medición y la historicidad como una noción fundamental. ^[21] Entre los campos de medición más desarrollados en biología se encuentran la medición de la diversidad genética y la diversidad de especies. ^[22]

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Wikiquote tiene citas relacionadas con Medición .

• Medios relacionados con Medición en Wikimedia Commons
• Schlaudt, Oliver 2020: "medición". En: Kirchhoff, Thomas (ed.): Enciclopedia en línea Filosofía de la naturaleza. Heidelberg: Universitätsbibliothek Heidelberg, medición.
• Tal, Era 2020: "Medición en la ciencia". En: Zalta, Edward N. (ed.): The Stanford Encyclopedia of Philosophy (edición de otoño de 2020), URL = <Medición en la ciencia>.
• Ball, Robert Stawell (1883). "Medición"  . Encyclopædia Britannica . Vol. XV (novena edición). Págs. 659–668.
• Diccionario de unidades de medida Archivado el 6 de octubre de 2018 en Wayback Machine
• 'Metrología en breve' 3.ª edición, julio de 2008 ISBN 978-87-988154-5-7