¿Qué significan realmente las cifras significativas?
Los dígitos escritos deben representar información disponible, pero no sustituyen la incertidumbre
información experimental · dígitos · resolución · presentación · incertidumbre
El capítulo avanzará mediante nueve preguntas encadenadas:
¿Qué información comunica un número medido?
¿Cómo identificamos correctamente sus cifras significativas?
¿Cómo redondeamos sin introducir sesgo innecesario?
¿Qué ocurre cuando operamos con cantidades medidas?
¿Cómo se comunica correctamente un resultado?
¿Qué ocurre cuando la magnitud se obtiene indirectamente?
¿Cómo se propagan las incertidumbres?
¿Qué reglas particulares se obtienen para operaciones frecuentes?
¿Cómo integramos todo en un problema experimental completo?
5.1. La calculadora no conoce la calidad del experimento
FUNDAMENTAL · ●○○○Supongamos que una operación produce:
La calculadora puede mostrar nueve cifras después de la coma.
Pero eso solo demuestra que:
No demuestra que el experimento conozca la magnitud hasta nueve posiciones decimales.
La información realmente disponible depende de factores como:
- las mediciones de entrada;
- el instrumento utilizado;
- el procedimiento de medición;
- las correcciones aplicadas;
- la variabilidad observada;
- la incertidumbre asociada al resultado.
5.2. ¿Qué son las cifras significativas?
FUNDAMENTAL · ●○○○En el contexto de cantidades medidas, las cifras significativas son los dígitos que se conservan para comunicar numéricamente la información que se pretende expresar sobre el valor.
Por ejemplo:
contiene:
mientras que:
contiene:
Desde el punto de vista estrictamente aritmético:
pero como formas de comunicar una cantidad medida, las dos escrituras pueden expresar diferente detalle numérico.
La cantidad de cifras significativas no constituye, por sí sola, una medida de exactitud, precisión ni incertidumbre.
5.3. La idea tradicional del «último dígito estimado»
INTERMEDIO · ●●○○En muchos textos introductorios se utiliza una regla pedagógica:
Esta idea puede ser útil, especialmente al aprender a leer una escala analógica.
Sin embargo, no debe convertirse en una definición metrológica universal.
En un instrumento digital, por ejemplo, todos los dígitos aparecen automáticamente en la pantalla. Eso no significa que los primeros sean «exactos» y solo el último posea incertidumbre.
La calidad del resultado depende del proceso completo de medición, no de una clasificación visual entre cifras «seguras» e «inseguras».
Tabla 5.1. Tres ideas que conviene separar desde el comienzo
| Idea | Pregunta que responde | Qué no debemos concluir |
|---|---|---|
| Cifras significativas | ¿Cuántos dígitos se conservan para comunicar el valor? | No determinan por sí solas la incertidumbre. |
| Resolución del instrumento | ¿Qué cambio pequeño puede producir un cambio perceptible en la indicación? | No es sinónimo de precisión ni incertidumbre. |
| Incertidumbre de medida | ¿Qué dispersión caracteriza los valores atribuibles al mensurando? | No puede deducirse simplemente contando decimales. |
La definición metrológica de resolución se refiere al menor cambio de la magnitud medida que produce un cambio perceptible en la indicación correspondiente (Joint Committee for Guides in Metrology [JCGM], 2012).
5.4. El mismo valor aritmético puede comunicarse con diferente detalle
Comparemos:
y:
Aritméticamente:
Sin embargo:
Además, la última cifra escrita se encuentra:
Por tanto:
Pero todavía no podemos afirmar que sus incertidumbres sean respectivamente ±0,1 µm y ±0,01 µm. Para hacerlo necesitaríamos información adicional sobre el proceso de medición.
5.5. 2,3 y 2,30: iguales como números, diferentes como escritura experimental
La diferencia puede visualizarse observando la posición de la última cifra escrita.
5.6. Resolución decimal de presentación
INTERMEDIO · ●●○○Para evitar confusiones, en este capítulo utilizaremos la expresión:
para referirnos simplemente al valor posicional de la última cifra escrita.
Por ejemplo:
última posición:
0,1 V
última posición:
0,01 V
última posición:
0,001 V
Esta propiedad pertenece a:
y no necesariamente a:
5.7. Resolución del instrumento y resolución de presentación no son lo mismo
El VIM define la resolución como el menor cambio de la magnitud medida que causa un cambio perceptible en la indicación correspondiente (JCGM, 2012).
Eso significa que:
es una propiedad relacionada con:
mientras que:
describe:
Tabla 5.2. Diferencias entre tres conceptos que suelen confundirse
| Concepto | Ejemplo | Interpretación correcta |
|---|---|---|
| Resolución del instrumento | 0,01 V | Cambio pequeño que puede producir un cambio perceptible en la indicación, según las condiciones del sistema. |
| Resolución decimal de presentación | 4,50 V | La última cifra escrita se encuentra en centésimas de voltio. |
| Incertidumbre | U=0,06 V | Cantidad evaluada mediante un modelo de incertidumbre y cuyo significado debe especificarse. |
5.8. La última cifra escrita no determina automáticamente la incertidumbre
AVANZADO · ●●●○Consideremos:
La última cifra está escrita en:
De esto sí podemos afirmar:
Pero no podemos deducir automáticamente:
ni:
ni:
Esas tres afirmaciones necesitarían información metrológica adicional.
No utilizaremos:
como regla universal. La posición decimal puede orientar la presentación, pero no reemplaza una evaluación de incertidumbre.
5.9. Cuando la incertidumbre sí está disponible
Supongamos un resultado hipotético cuya evaluación produjo:
Entonces puede comunicarse:
acompañado por:
Ahora el símbolo:
tiene un significado explícito:
El valor principal y la incertidumbre terminan en la misma posición decimal, de acuerdo con las recomendaciones de presentación del GUM (JCGM, 2008).
5.10. Cuando conocemos la incertidumbre, ella gobierna la presentación final
La GUM recomienda que el valor medido y su incertidumbre se comuniquen con posiciones decimales coherentes (JCGM, 2008).
En términos prácticos:
Por ejemplo, si una evaluación produce:
una presentación coherente puede conservar:
y llevar el valor principal hasta milésimas de voltio.
Si en cambio se decide reportar:
el valor principal deberá terminar en centésimas de voltio.
Tabla 5.3. Qué puede y qué no puede inferirse de los dígitos escritos
| Observación | Inferencia válida | Inferencia no justificada |
|---|---|---|
| 3,75 mm | Se presenta hasta centésimas de milímetro. | u=0,01 mm. |
| 4,50 V | Contiene tres cifras significativas. | El instrumento tiene necesariamente resolución 0,01 V. |
| 2,30 µm | Comunica un dígito más que 2,3 µm. | Es automáticamente diez veces más exacta. |
| 12,345678 | El número contiene muchos dígitos. | Todos están experimentalmente respaldados. |
5.11. El símbolo ± siempre necesita contexto
AVANZADO · ●●●○La expresión:
no posee un significado metrológico único.
La cantidad:
podría representar:
- una incertidumbre expandida;
- el semiancho de un intervalo;
- una tolerancia;
- un límite especificado;
- otra cantidad definida por el contexto.
Por eso no escribiremos:
sin explicar qué significa:
NIST también recomienda que cuando se informa una incertidumbre expandida se indique el factor de cobertura utilizado (Taylor & Kuyatt, 1994).
5.12. Un resultado de medición es más que un número
El VIM define el resultado de medición como un conjunto de valores atribuidos al mensurando junto con la información relevante disponible. Generalmente se expresa mediante un valor medido y una incertidumbre (JCGM, 2012).
Esto conduce a una idea fundamental:
5.13. Dos voltímetros pueden mostrar diferente cantidad de dígitos
Supongamos dos indicaciones:
Podemos decir:
También podemos reconocer:
Pero solo a partir de esas pantallas no sabemos:
Para responder esas preguntas necesitaríamos especificaciones, calibración, condiciones de uso y un análisis de incertidumbre.
5.14. Errores frecuentes
Los dígitos adicionales pueden ser simples resultados de cálculo o de formato.
La posición decimal no determina automáticamente u ni U.
La precisión describe concordancia entre mediciones repetidas; la resolución describe capacidad de respuesta del sistema.
Son iguales aritméticamente, pero pueden comunicar diferente detalle numérico.
En una cantidad medida puede formar parte de las cifras que se decidió comunicar.
El símbolo necesita que se declare qué representa la cantidad acompañante.
La cantidad mostrada no sustituye las especificaciones ni la evaluación metrológica.
Son herramientas distintas. Cuando la incertidumbre está disponible, ella debe gobernar la presentación final.
5.15. Práctica, respuestas y comprobación
1. Indica cuáles afirmaciones son correctas:
- 2,3 y 2,30 poseen el mismo valor aritmético.
- 2,3 y 2,30 poseen el mismo número de cifras significativas.
- Una calculadora con diez decimales demuestra que la medición posee diez decimales de exactitud.
- La última cifra escrita indica la posición decimal hasta la cual se presentó el valor.
2. Compara:
con:
- ¿Poseen el mismo valor aritmético?
- ¿Cuántas cifras significativas posee cada uno?
- ¿Cuál es la posición de la última cifra escrita en cada caso?
- ¿Puedes deducir la incertidumbre de cada medición?
3. Analiza la afirmación:
Explica por qué la afirmación contiene una inferencia que no está justificada únicamente por la escritura del número.
4. Una medición se comunica como:
y se especifica que:
- ¿Qué representa 12,347 V?
- ¿Qué representa 0,021 V?
- ¿Por qué ambas cantidades terminan en la misma posición decimal?
- ¿Qué información adicional proporciona k=2?
Respuestas orientadoras
1. Correcta.
2. Incorrecta.
3. Incorrecta.
4. Correcta.
Ambos poseen el mismo valor aritmético.
Las últimas posiciones escritas son:
respectivamente. Sin información adicional, no puede deducirse la incertidumbre de ninguna de las dos.
Ejercicio 3La escritura 5,37 mm solo permite reconocer que el valor se presentó hasta centésimas de milímetro. No informa cómo se evaluaron la repetibilidad, la resolución instrumental, la calibración ni otras fuentes de incertidumbre.
Ejercicio 412,347 V es el valor comunicado. 0,021 V es la incertidumbre expandida declarada. Ambas terminan en milésimas de voltio, lo que mantiene coherencia en la posición decimal. El valor k=2 identifica el factor utilizado para obtener U a partir de la incertidumbre estándar combinada.
Comprueba lo aprendido
- ¿Qué función cumplen las cifras significativas?
- ¿Por qué los dígitos de una calculadora no son evidencia de calidad experimental?
- ¿Son aritméticamente distintos 2,3 y 2,30?
- ¿Comunican necesariamente el mismo detalle numérico?
- ¿Qué significa resolución decimal de presentación?
- ¿Es una propiedad metrológica del instrumento?
- ¿Qué es la resolución del instrumento?
- ¿Por qué resolución y precisión no son sinónimos?
- ¿Puede deducirse u a partir de la última cifra escrita?
- ¿Puede deducirse U?
- ¿Qué debe acompañar al símbolo ±?
- ¿Qué ocurre con las cifras reportadas cuando conocemos la incertidumbre?
- ¿Por qué 4,50 V no es automáticamente más exacto que 4,5 V?
- ¿Qué diferencia existe entre un valor numérico y un resultado de medición?
5.16. Síntesis de la Parte 1
Las cifras significativas ayudan a decidir qué dígitos se comunican, pero no constituyen por sí mismas una evaluación metrológica.
Hemos distinguido:
≠
resolución del instrumento
≠
incertidumbre
También aprendimos que:
pero no poseen la misma cantidad de cifras significativas
Y establecimos una regla que permanecerá durante todo el capítulo:
En la Parte 2 aprenderemos cómo identificar correctamente las cifras significativas de cualquier número.
Referencias
Joint Committee for Guides in Metrology. (2008). Evaluation of measurement data—Guide to the expression of uncertainty in measurement (JCGM 100:2008). Bureau International des Poids et Mesures. https://doi.org/10.59161/JCGM100-2008E
Joint Committee for Guides in Metrology. (2012). International vocabulary of metrology—Basic and general concepts and associated terms (VIM) (3rd ed., JCGM 200:2012). Bureau International des Poids et Mesures. https://doi.org/10.59161/JCGM200-2012
Taylor, B. N., & Kuyatt, C. E. (1994). Guidelines for evaluating and expressing the uncertainty of NIST measurement results (NIST Technical Note 1297). National Institute of Standards and Technology. https://doi.org/10.6028/NIST.TN.1297
Thompson, A., & Taylor, B. N. (2008). Guide for the use of the International System of Units (SI) (NIST Special Publication 811, 2008 ed.). National Institute of Standards and Technology. https://doi.org/10.6028/NIST.SP.811e2008
Cómo identificar correctamente las cifras significativas
Ya sabemos qué función cumplen. Ahora aprenderemos a reconocerlas.
Estudiaremos:
Y resolveremos preguntas como:
La Parte 2 comienza en 5.17 · Figura 5.6 · Tabla 5.4 · Demostración 4 .
Cómo identificar correctamente las cifras significativas
Ceros, enteros ambiguos, notación científica y números exactos
posición · ceros · ambigüedad · notación científica · exactitud matemática
5.17. Una regla útil: comenzar en el primer dígito distinto de cero
FUNDAMENTAL · ●○○○Para identificar cifras significativas conviene comenzar con una idea sencilla:
A partir de allí, los dígitos deben analizarse según su posición.
Por ejemplo:
Los primeros ceros solo sitúan el separador decimal.
El primer dígito distinto de cero es:
y desde él aparecen:
Por tanto:
5.18. Dígitos distintos de cero
La regla más sencilla es:
Ejemplo:
Las cifras son:
Por tanto:
Otro ejemplo:
5.19. Ceros situados entre cifras significativas
FUNDAMENTAL · ●○○○Un cero situado entre dígitos significativos también es significativo.
Por ejemplo:
contiene:
Por tanto:
También:
contiene:
y por tanto:
Tabla 5.4. Función de los ceros según su posición
| Posición del cero | Ejemplo | ¿Cuenta? | Razón |
|---|---|---|---|
| Antes del primer dígito distinto de cero | 0,0042 | No | Solo localiza la posición decimal. |
| Entre cifras significativas | 606 | Sí | Forma parte de la secuencia significativa. |
| Final de una cantidad decimal | 2,300 | Sí | Expresa el detalle decimal que se decidió comunicar. |
| Final de un entero sin información adicional | 600 | Ambiguo | La escritura no indica cuántos ceros se pretende considerar significativos. |
5.20. Ceros iniciales: 0,000415 kg
Consideremos:
Los ceros anteriores al 4 únicamente sitúan el número en la escala adecuada.
Desde allí encontramos:
Por tanto:
La misma cantidad puede escribirse:
La potencia de diez cambia la escala, pero no modifica el número de cifras significativas del coeficiente.
5.21. Los ceros iniciales no son cifras significativas
Consideremos:
La única cifra significativa es:
Por tanto:
Los ceros iniciales indican:
pero no añaden cifras significativas.
Si cambiar la unidad elimina esos ceros sin cambiar la información, probablemente eran ceros de posición.
Ambas escrituras conservan las mismas dos cifras significativas: 3 y 5.
5.22. Ceros finales después del separador decimal
INTERMEDIO · ●●○○En cantidades expresadas con separador decimal, los ceros finales escritos se consideran parte de las cifras significativas.
Por ejemplo:
contiene:
Por tanto:
También:
Y:
En este último caso:
son las cifras significativas.
Que el cero final cuente no significa que conozcamos automáticamente la incertidumbre de la medición.
describe la escritura significativa, no una incertidumbre u=0,001.
5.23. Comparación: 0,41 · 0,410 · 0,4100
Los tres números poseen el mismo valor aritmético:
Sin embargo:
Las respectivas posiciones finales escritas son:
La escritura comunica diferente detalle, pero la incertidumbre real solo puede establecerse con información adicional.
5.24. El caso delicado: enteros terminados en cero
INTERMEDIO · ●●○○Consideremos:
¿Tiene una, dos o tres cifras significativas?
La escritura:
por sí sola puede ser ambigua.
Podría representar una cantidad que se desea comunicar como:
o:
o:
Todas tienen el mismo valor aritmético:
pero no comunican la misma cantidad de cifras significativas.
Tabla 5.5. Cómo eliminar la ambigüedad del entero 600
| Escritura | Cifras significativas | Interpretación |
|---|---|---|
| 6 × 102 | 1 | Solo el 6 se conserva como cifra significativa. |
| 6,0 × 102 | 2 | Se conservan 6 y 0. |
| 6,00 × 102 | 3 | Se conservan 6, 0 y 0. |
5.25. La notación científica resuelve la ambigüedad
La notación científica utiliza:
donde:
El número de cifras significativas se determina observando el coeficiente:
Por ejemplo:
La potencia:
establece la escala, pero no añade cifras significativas al coeficiente.
5.26. ¿Cuántas cifras significativas tiene 700?
Escrito simplemente como:
el número de cifras significativas puede ser ambiguo.
Si queremos una:
Si queremos dos:
Si queremos tres:
Por eso, cuando la cantidad de cifras significativas importa, la notación científica es preferible a confiar en una interpretación implícita.
5.27. Números exactos
INTERMEDIO · ●●○○No todos los números de un cálculo proceden de una medición.
Algunos son:
o:
Por ejemplo, si un circuito contiene:
el número:
es un conteo exacto.
No debe interpretarse como una medición con una sola cifra significativa.
De manera conceptual, podemos decir que un número exacto no limita el resultado por una regla de cifras significativas.
5.28. Factores definidos
También existen relaciones establecidas exactamente por definición.
Por ejemplo:
En esta igualdad, el factor:
no representa una medición con una cifra significativa.
Es parte de una definición exacta entre unidades.
Por tanto, una conversión exacta de unidades no debe reducir artificialmente el número de cifras significativas.
Tabla 5.6. Cantidades medidas y números exactos cumplen funciones diferentes
| Tipo | Ejemplo | ¿Limita por cifras significativas? |
|---|---|---|
| Cantidad medida | 12,4 V | Puede limitar la presentación de un resultado calculado. |
| Conteo exacto | 4 resistores | No. |
| Factor definido | 1 km=1.000 m | No. |
| Constante matemática exacta | π | No, si se utiliza con suficiente precisión numérica en el cálculo. |
5.29. Constantes matemáticas como π
AVANZADO · ●●●○Consideremos:
En esta expresión:
y:
no proceden de mediciones experimentales.
El valor:
es exacto.
π es una constante matemática exacta, aunque cualquier representación decimal finita de π sea necesariamente aproximada.
Por eso, en un cálculo numérico debemos conservar suficientes dígitos de π para que la aproximación utilizada no domine innecesariamente el error numérico.
π es exacto como entidad matemática, pero 3,14 es solo una aproximación decimal de π.
5.30. ¿El número 2 limita las cifras significativas en r=d/2?
Supongamos:
y:
El número:
surge de la definición geométrica entre diámetro y radio.
Es:
Por tanto, no debemos concluir:
Calculamos:
El número de cifras justificadas en el resultado dependerá de la información de la cantidad medida d y, cuando esté disponible, de su incertidumbre; no del factor exacto 2.
5.31. Método general para contar cifras significativas
Podemos resumir el procedimiento en cuatro pasos.
Localice el primer dígito distinto de cero.
Desde allí, conserve los dígitos siguientes; los ceros intermedios cuentan.
Si hay ceros finales después del separador decimal, cuentan como cifras significativas.
Si un entero termina en ceros y la intención es ambigua, use notación científica.
5.32. Errores frecuentes
Falso. Un cero intermedio o un cero final decimal puede ser significativo.
Falso. Los ceros anteriores al primer dígito distinto de cero solo ubican el separador decimal.
Sin información adicional, la escritura puede ser ambigua.
En notación científica, las cifras significativas se identifican en el coeficiente.
Un conteo o una relación definida exactamente no limita el resultado por una regla de cifras significativas.
No. El número de cifras y la incertidumbre son conceptos relacionados, pero diferentes.
5.33. Práctica graduada
1. Determina el número de cifras significativas:
- 37,2
- 0,0045
- 606
- 8,070
- 0,00250
2. Explica qué función cumple cada cero:
- 0,00092
- 10,04
- 5,300
- 0,004070
3. El número 4.000 se obtuvo como resultado experimental.
Explica por qué la escritura puede ser ambigua respecto del número de cifras significativas y propone tres formas de escribirlo con una, dos y cuatro cifras significativas.
4. Analiza:
si:
Explica por qué ni π ni 4 deben reducir artificialmente las cifras del resultado. Distingue entre:
- constante matemática exacta;
- factor exacto;
- cantidad medida.
5.34. Respuestas orientadoras
En 0,00092 los ceros son iniciales y no cuentan.
En 10,04 los dos ceros están entre cifras significativas y cuentan.
En 5,300 los dos ceros finales decimales cuentan.
En 0,004070: los ceros iniciales no cuentan; el cero entre 4 y 7 cuenta; el cero final también cuenta.
La escritura 4.000 puede confundirse con la convención colombiana de millares. Si se pretende comunicar cifras significativas, la notación científica es más clara.
d es una cantidad medida. El factor 4 es exacto por la relación geométrica. π es una constante matemática exacta, aunque en cálculo numérico utilicemos una aproximación decimal.
Por tanto, la información experimental procede fundamentalmente de d y de su incertidumbre, no del número de dígitos con que escribamos π.
5.35. Comprueba lo aprendido
- ¿Qué función cumplen los ceros iniciales?
- ¿Por qué el cero de 606 sí cuenta?
- ¿Cuántas cifras significativas tiene 0,000410?
- ¿Por qué el último cero de 0,000410 cuenta?
- ¿Por qué 600 puede ser ambiguo?
- ¿Cómo escribirías 600 con dos cifras significativas?
- ¿La potencia 10³ añade cifras significativas?
- ¿Qué diferencia existe entre un conteo exacto y una cantidad medida?
- ¿Un factor definido limita el número de cifras significativas?
- ¿π es exacto?
- ¿3,14 es una representación exacta completa de π?
- ¿Por qué contar cifras significativas no permite obtener u?
5.36. Síntesis de la Parte 2
Identificar cifras significativas exige observar la posición y función de cada dígito.
ceros intermedios → cuentan
ceros iniciales → no cuentan
ceros finales decimales → cuentan
Cuando un entero termina en ceros:
También distinguimos:
≠
conteos exactos
≠
factores definidos
≠
aproximaciones decimales de constantes matemáticas
Y conservamos la regla metrológica establecida en la Parte 1:
En la Parte 3 estudiaremos cómo redondear correctamente sin introducir sesgos ni errores innecesarios.
Referencias
Joint Committee for Guides in Metrology. (2008). Evaluation of measurement data—Guide to the expression of uncertainty in measurement (JCGM 100:2008). Bureau International des Poids et Mesures. https://doi.org/10.59161/JCGM100-2008E
Joint Committee for Guides in Metrology. (2012). International vocabulary of metrology—Basic and general concepts and associated terms (VIM) (3rd ed., JCGM 200:2012). Bureau International des Poids et Mesures. https://doi.org/10.59161/JCGM200-2012
Thompson, A., & Taylor, B. N. (2008). Guide for the use of the International System of Units (SI) (NIST Special Publication 811, 2008 ed.). National Institute of Standards and Technology. https://doi.org/10.6028/NIST.SP.811e2008
Redondear correctamente
Ya podemos identificar qué cifras contiene un número.
Ahora aparece una pregunta diferente:
Estudiaremos:
La Parte 3 comienza en 5.37 · Figura 5.12 · Tabla 5.7 · Demostración 8 .
Redondear correctamente
Cómo eliminar dígitos sin modificar arbitrariamente la información numérica
aproximación · dígito de corte · mitad exacta · redondeo al par · acarreo
5.37. Redondear no es simplemente borrar cifras
FUNDAMENTAL · ●○○○Supongamos que una calculadora produce:
y queremos presentar el número con cuatro cifras significativas.
Una posibilidad sería simplemente cortar:
pero eso sería un:
no un redondeo.
Para redondear debemos estudiar los dígitos que desaparecerán y decidir cuál de los valores permitidos representa mejor al número original.
5.38. Truncamiento y redondeo son procesos diferentes
Consiste en eliminar todas las cifras posteriores al lugar seleccionado.
No examina el valor de las cifras eliminadas.
Examina el bloque que será descartado antes de decidir el valor final.
porque el bloque eliminado está por encima de la mitad.
5.39. Procedimiento general de redondeo
FUNDAMENTAL · ●○○○Usaremos la siguiente secuencia.
Determine hasta qué posición o cuántas cifras desea conservar.
Identifique la última cifra que permanecerá.
Examine todo el bloque que será descartado, empezando por el dígito inmediatamente siguiente.
Aplique la regla correspondiente y elimine el bloque restante en una sola operación.
A la última cifra que se conservará la denominaremos aquí:
Es una expresión didáctica útil para identificar el lugar donde terminará el número redondeado.
Tabla 5.7. Regla de decisión para el redondeo
| Bloque que se descarta | Decisión sobre el dígito de corte | Ejemplo |
|---|---|---|
| Comienza por 0, 1, 2, 3 o 4 | Se conserva. | 8,543 → 8,54 |
| Comienza por 6, 7, 8 o 9 | Se aumenta una unidad. | 7,286 → 7,29 |
| Comienza por 5 y después existe al menos un dígito distinto de cero | Se aumenta una unidad. | 3,14159 → 3,142 |
| Es exactamente 5 o 5 seguido únicamente de ceros | Si se adopta redondeo al par: conservar si el dígito de corte es par; aumentar si es impar. | 2,09250 → 2,092 |
5.40. Cuando el bloque descartado está por debajo de la mitad
Redondeemos:
a:
Conservaremos inicialmente:
El dígito de corte es:
El bloque eliminado comienza por:
Como:
el dígito de corte no cambia.
5.41. Cuando el bloque descartado supera la mitad
FUNDAMENTAL · ●○○○Si el primer dígito descartado es:
la cantidad descartada supera la mitad de la unidad del último lugar conservado.
Por tanto:
Por ejemplo:
al conservar tres cifras significativas.
Existe además un caso equivalente:
Por ejemplo:
al redondearse a cuatro cifras significativas no presenta una mitad exacta, porque después del 5 aparece:
Por tanto:
5.42. El 5 no siempre representa una mitad exacta
Redondeemos:
a cuatro cifras significativas.
Conservamos inicialmente:
El bloque descartado es:
Aunque comienza por 5, existe después:
Por tanto, el número original está por encima de la mitad exacta.
La decisión debe basarse en todo el bloque descartado, no únicamente en mirar que el primer dígito sea 5.
5.43. El caso especial: una mitad exacta
AVANZADO · ●●●○Existe una situación especial cuando el bloque descartado es:
o:
En ese caso el número se encuentra exactamente a mitad de camino entre dos resultados posibles.
Por ejemplo:
redondeado a cuatro cifras significativas se encuentra exactamente entre:
y:
Para resolver estos empates adoptaremos el:
Esta regla también aparece en las recomendaciones de redondeo de NIST (Thompson & Taylor, 2008).
Tabla 5.8. Regla del par para una mitad exacta
| Último dígito que se conservaría | Acción | Resultado final |
|---|---|---|
| Par: 0, 2, 4, 6 u 8 | Se conserva. | El último dígito queda par. |
| Impar: 1, 3, 5, 7 o 9 | Se aumenta una unidad. | El último dígito queda par. |
5.44. Dos mitades exactas, dos decisiones diferentes
Primer caso:
Conservamos inicialmente:
El bloque descartado es:
Es una mitad exacta y el último dígito conservado es:
Segundo caso:
Conservamos inicialmente:
El bloque descartado es:
También es una mitad exacta, pero el último dígito conservado es:
Por tanto:
5.45. ¿Por qué utilizar redondeo al par?
PROFUNDIZACIÓN · ●●●●Supongamos que, cada vez que apareciera una mitad exacta, adoptáramos automáticamente la regla:
Si ese procedimiento se repitiera sobre una gran cantidad de datos con empates en ambas direcciones, todas las mitades exactas serían desplazadas hacia arriba.
El redondeo al par reparte los empates:
permanece
aumenta
De esta forma se evita introducir una preferencia sistemática hacia arriba debida exclusivamente a la regla de desempate.
El redondeo al par es una regla de desempate. No debe aplicarse cuando el 5 está seguido por cualquier cifra distinta de cero.
5.46. El acarreo puede cambiar varias cifras
A veces aumentar una unidad el dígito de corte produce un:
Por ejemplo:
redondeado a tres cifras significativas.
Queremos conservar inicialmente:
y el siguiente dígito es:
El último 9 debe aumentar:
El acarreo continúa a través del 9 anterior:
Por tanto:
No escribimos simplemente:
porque en este ejercicio queremos conservar:
5.47. Resolver un acarreo sin perder las cifras solicitadas
Deseamos:
La parte que conservaríamos inicialmente es:
El siguiente dígito es:
Por tanto:
Los dos ceros finales son necesarios para conservar explícitamente las tres cifras significativas.
5.48. El signo no cambia la regla de redondeo
Si el número es negativo, la decisión se aplica a su magnitud numérica y después se conserva el signo.
Por ejemplo:
a tres cifras significativas:
Como:
entonces:
El signo indica dirección o sentido algebraico; no altera cuál es el valor representable más próximo.
5.49. Redondear una sola vez: evitar el doble redondeo
AVANZADO · ●●●○Cuando un número debe reducirse mucho, no conviene redondearlo en varias etapas sucesivas.
Consideremos:
y supongamos que necesitamos una sola cifra después de la coma.
Si redondeamos directamente:
porque el bloque descartado:
está por encima de la mitad.
Pero si hacemos dos redondeos:
y después:
mediante redondeo al par, obtenemos un resultado diferente.
5.50. En cálculos de varios pasos, conservar información intermedia
Redondear introduce una aproximación.
Por eso, si un cálculo todavía no ha terminado, no conviene reducir prematuramente todos los resultados intermedios.
Consideremos:
Si el cálculo continúa, es preferible conservar ese valor o suficientes cifras de guarda, en lugar de reemplazarlo inmediatamente por:
La razón es sencilla:
No redondear arbitrariamente en cada paso. Conservar suficientes cifras durante el cálculo y efectuar el redondeo de presentación cuando corresponda al resultado final.
5.51. Cuando el resultado ya tiene una incertidumbre evaluada
AVANZADO · ●●●○En la Parte 1 establecimos que la posición de la última cifra escrita no permite inventar una incertidumbre.
La situación es diferente cuando la incertidumbre ya ha sido evaluada.
Por ejemplo:
con una incertidumbre ya comunicada como:
La incertidumbre termina en centésimas de voltio.
El valor principal debe expresarse en una posición decimal coherente:
Por tanto, si 0,04 V es una incertidumbre expandida debidamente definida:
La GUM recomienda evitar un número excesivo de cifras en la incertidumbre y expresar el valor estimado hasta la misma posición decimal que la incertidumbre comunicada (JCGM, 2008).
Aquí no estamos deduciendo U a partir de 85,6342. Partimos de una incertidumbre que ya fue evaluada por un procedimiento metrológico.
Tabla 5.9. Ejemplos de redondeo cuando la incertidumbre ya está establecida
| Valor antes de presentar | Incertidumbre ya evaluada | Valor armonizado |
|---|---|---|
| 3,34 | 0,1 | 3,3 |
| 85,6342 | 0,04 | 85,63 |
| 1,4142136 | 0,002 | 1,414 |
5.52. Errores frecuentes
Truncar elimina cifras sin considerar su valor. Redondear aplica una regla de aproximación.
No si se adopta redondeo al par y el 5 representa una mitad exacta.
3,14159 no es una mitad exacta: después del 5 aparece un 9.
El bloque descartado se considera en una sola decisión.
Puede acumular aproximaciones y modificar la respuesta final.
En casos como 4,998, el incremento puede propagarse por varias posiciones.
Si se solicitan tres cifras significativas, 4,998 se presenta como 5,00, no como 5.
Redondear un valor hasta centésimas no implica automáticamente una incertidumbre de ±0,01.
5.53. Práctica graduada, respuestas y comprobación
1. Redondea según se indica:
- 6,274 a tres cifras significativas.
- 9,167 a tres cifras significativas.
- 0,004376 a tres cifras significativas.
- 73,142 a cuatro cifras significativas.
2. Aplica redondeo al par en los empates exactos:
- 4,3650 a tres cifras significativas.
- 4,3750 a tres cifras significativas.
- 28,450 a tres cifras significativas.
- 28,550 a tres cifras significativas.
3. Explica por qué:
redondeado a tres cifras significativas no debe tratarse como un empate exacto, aunque el primer dígito eliminado sea 5.
4. Investiga el doble redondeo:
Compara:
- redondear directamente a una cifra decimal;
- redondear primero a dos decimales y después a uno.
Explica por qué los resultados pueden ser distintos.
Respuestas orientadoras
En todos los casos el 5 es exacto o está seguido solamente de ceros.
El 6 es par y permanece.
El 7 es impar y aumenta a 8.
El 4 es par y permanece.
El 5 retenido es impar y aumenta a 6.
Ejercicio 3En 6,2451, al conservar tres cifras significativas, el bloque eliminado es:
No es una mitad exacta porque después del 5 aparece una cifra distinta de cero.
Redondeo directo:
porque 51 está por encima de la mitad.
En dos pasos:
El segundo paso convierte 2,45 en una mitad exacta y activa artificialmente la regla del par. Por eso se debe redondear directamente desde el número original al nivel final requerido.
Comprueba lo aprendido
- ¿Qué diferencia existe entre truncar y redondear?
- ¿Qué denominamos dígito de corte?
- ¿Qué ocurre cuando el bloque descartado comienza por 3?
- ¿Qué ocurre cuando comienza por 8?
- ¿Es 5 seguido por 9 una mitad exacta?
- ¿Cuándo se aplica el redondeo al par?
- ¿Qué ocurre si el último dígito retenido es par?
- ¿Qué ocurre si es impar?
- ¿Por qué 4,998 se convierte en 5,00 al conservar tres cifras significativas?
- ¿Por qué no conviene redondear repetidamente?
- ¿Qué es un redondeo intermedio?
- ¿Por qué es preferible conservar cifras de guarda durante un cálculo?
- ¿Cómo se armoniza un valor con una incertidumbre ya evaluada?
- ¿Redondear hasta centésimas permite afirmar que u=0,01?
5.54. Síntesis de la Parte 3
Redondear significa reemplazar un número por una aproximación de menor detalle mediante una regla explícita.
bloque descartado > mitad → aumentar
Cuando existe una mitad exacta y se adopta redondeo al par:
último dígito impar → aumenta
También aprendimos que:
un 5 seguido por cifras no nulas ≠ mitad exacta
redondear varias veces ≠ redondear directamente
Y conservaremos durante todo el capítulo esta regla de cálculo:
En la Parte 4 estudiaremos qué ocurre cuando sumamos, restamos, multiplicamos o dividimos cantidades medidas.
Referencias
Joint Committee for Guides in Metrology. (2008). Evaluation of measurement data—Guide to the expression of uncertainty in measurement (JCGM 100:2008). Bureau International des Poids et Mesures. https://doi.org/10.59161/JCGM100-2008E
Thompson, A., & Taylor, B. N. (2008). Guide for the use of the International System of Units (SI) (NIST Special Publication 811, 2008 ed.). National Institute of Standards and Technology. https://doi.org/10.6028/NIST.SP.811e2008
Operaciones con cantidades medidas
Ya sabemos:
y:
Ahora aparece una nueva pregunta:
Veremos que no existe una sola regla para todos los casos.
requieren estudiar la posición decimal, mientras que:
requieren un análisis diferente.
También estudiaremos:
La Parte 4 comienza en 5.55 · Figura 5.17 · Tabla 5.10 · Demostración 12 .
Operaciones con cantidades medidas
Suma, resta, multiplicación, división y cifras de guarda
posición decimal · cifras significativas · cálculo · redondeo final · incertidumbre
5.55. La operación realizada importa
FUNDAMENTAL · ●○○○No existe una única regla de cifras significativas que pueda aplicarse indiscriminadamente a todas las operaciones.
Tradicionalmente se distinguen:
importa la posición decimal hasta la cual están expresados los términos.
se utiliza como regla práctica el número de cifras significativas de los operandos.
Por tanto, antes de redondear debemos preguntar:
5.56. Dos reglas prácticas, dos preguntas diferentes
Para una suma o resta preguntamos:
Para una multiplicación o división preguntamos, como regla introductoria:
Tabla 5.10. Comparación de las reglas prácticas de presentación
| Operación | Criterio práctico | Pregunta clave |
|---|---|---|
| Suma | Posición decimal | ¿Cuál término llega a una posición decimal menos fina? |
| Resta | Posición decimal | ¿Cuál término llega a una posición decimal menos fina? |
| Multiplicación | Número de cifras significativas | ¿Qué operando medido posee menos C.S.? |
| División | Número de cifras significativas | ¿Qué operando medido posee menos C.S.? |
No llamaremos «precisión decimal» a la cantidad de decimales. En este capítulo hablaremos de posición decimal o de resolución decimal de presentación. La palabra precisión conserva el significado metrológico estudiado en el Capítulo 4.
5.57. Suma y resta: importa la posición decimal
INTERMEDIO · ●●○○Consideremos:
El primer término está expresado hasta:
mientras que el segundo llega únicamente hasta:
La posición limitante para comunicar la suma será:
5.58. Suma de dos cantidades expresadas con diferente detalle decimal
Calculamos primero sin redondear:
Analizamos las posiciones finales:
La posición limitante es:
Redondeamos el resultado:
Esta es una regla práctica de presentación. No hemos calculado aquí una incertidumbre combinada.
5.59. ¿Por qué no usamos «el menor número de cifras significativas» en una suma?
Consideremos:
El primer término tiene:
y el segundo:
Si aplicáramos mecánicamente la regla «usar el menor número de cifras significativas», podríamos terminar presentando el resultado con dos C.S., lo cual no refleja correctamente el valor posicional de los sumandos.
Realizamos:
Las posiciones finales son:
La posición limitante es:
Por tanto:
5.60. La misma regla se aplica a la resta
Resta con posiciones decimales diferentes
Calculemos:
Sin redondear:
Analizamos:
La posición limitante es:
Entonces:
5.61. Multiplicación y división: cambia el criterio práctico
INTERMEDIO · ●●○○En productos y cocientes, la regla introductoria tradicional es:
Por ejemplo:
Tenemos:
Por tanto, la regla práctica limita el resultado a:
Tabla 5.11. Ejemplos de productos y cocientes
| Operación | Resultado de calculadora | Criterio | Presentación |
|---|---|---|---|
| 3,45 × 2,1 | 7,245 | 2 C.S. | 7,2 |
| 19,70 ÷ 4,2 | 4,690476… | 2 C.S. | 4,7 |
| 4,52 × 3,10 | 14,012 | 3 C.S. | 14,0 |
5.62. Multiplicación paso a paso
Aplicar la regla de cifras significativas a un producto
Calculamos:
Contamos:
El operando limitante posee:
Al conservar dos cifras significativas:
El bloque descartado es 45, que queda por debajo de la mitad de una décima.
5.63. División paso a paso
Consideremos:
La calculadora produce:
Los operandos contienen:
La regla práctica conduce a:
Por tanto:
5.64. Los números exactos no deben convertirse en falsos limitantes
AVANZADO · ●●●○Recordemos:
El número:
es exacto por la relación geométrica entre radio y diámetro.
Si:
no debemos razonar:
Eso sería incorrecto.
Calculamos:
El factor exacto 2 no limita la cantidad de información experimental.
Número exacto frente a cantidad medida
El diámetro es:
mientras que 2 es:
Entonces:
La presentación definitiva del radio dependerá del propósito y, cuando se disponga de ella, de la incertidumbre asociada a d.
5.65. Cálculos de varios pasos: cifras de guarda
INTERMEDIO · ●●○○Consideremos:
El primer paso produce:
Si redondeáramos inmediatamente:
y luego multiplicáramos:
Pero conservando el valor intermedio:
Los resultados difieren.
Por eso:
5.66. Conversiones de unidades: distinguir factores exactos de factores medidos
Algunas conversiones entre unidades son exactas por definición.
Por ejemplo:
El factor:
no posee una incertidumbre de medición.
Si:
entonces:
sin que la conversión haya creado o destruido información.
Una conversión exacta de unidades cambia la representación numérica, no la información física disponible.
5.67. Aplicación a circuitos: ley de Ohm como cálculo introductorio
INTERMEDIO · ●●○○Supongamos un resistor sometido a:
con:
Utilizamos:
Los dos datos medidos poseen:
Por tanto, si únicamente utilizamos la regla introductoria de cifras significativas:
La presentación sería:
5.68. Las reglas de cifras significativas no sustituyen la propagación de incertidumbre
PROFUNDIZACIÓN · ●●●●Este punto es fundamental.
Dos cantidades pueden poseer el mismo número de cifras significativas y, sin embargo, tener incertidumbres relativas muy diferentes.
Comparemos hipotéticamente:
y:
Ambas cantidades poseen:
Pero sus incertidumbres relativas son aproximadamente:
y:
Por tanto:
La GUM establece que la incertidumbre de un resultado calculado debe evaluarse a partir del modelo de medición, las incertidumbres de las magnitudes de entrada y, cuando corresponda, sus covarianzas (Joint Committee for Guides in Metrology [JCGM], 2008).
Tabla 5.12. Regla de cifras significativas frente a propagación de incertidumbre
| Aspecto | Regla de cifras significativas | Propagación de incertidumbre |
|---|---|---|
| Propósito | Presentación práctica aproximada | Evaluación metrológica de la incertidumbre del resultado |
| Información utilizada | Dígitos o posiciones decimales | Modelo, incertidumbres de entrada y dependencias |
| Considera sensibilidad | No explícitamente | Sí |
| Considera correlaciones | No | Sí, cuando existen |
| Resultado | Cantidad de dígitos a presentar | Incertidumbre estándar o expandida, según el análisis |
5.69. Errores frecuentes
Suma/resta y producto/cociente utilizan criterios prácticos diferentes.
En sumas y restas interesa la posición decimal limitante.
La regla introductoria de producto y cociente se formula con cifras significativas.
Conteos y factores definidos no limitan el cálculo del mismo modo.
Los redondeos intermedios pueden acumular modificaciones innecesarias.
Tres cifras significativas no representan una incertidumbre concreta.
Mantendremos precisión para la propiedad metrológica definida en el Capítulo 4.
Cuando existen incertidumbres de entrada, el modelo de medición contiene más información que el simple conteo de dígitos.
5.70. Práctica graduada
1. Presenta los resultados usando la regla práctica apropiada:
- 24,36 cm + 1,2 cm
- 81,427 g − 3,15 g
- 3,42 × 1,6
- 15,80 ÷ 2,3
2. Analiza el siguiente cálculo:
- Obtén el resultado sin redondeos intermedios.
- Determina el número de C.S. para la presentación final usando la regla introductoria.
- Compara con el resultado obtenido si redondeas después de la primera multiplicación.
3. Circuito resistivo
Una fuente proporciona:
y un resistor se expresa como:
- Calcula I=V/R.
- Presenta el resultado mediante la regla introductoria de cifras significativas.
- Explica por qué esa respuesta todavía no constituye una evaluación de incertidumbre de I.
4. Compara estas dos mediciones hipotéticas:
Ambas tienen tres cifras significativas.
- Calcula su incertidumbre relativa.
- Compara los resultados.
- Explica por qué el número de C.S. no permite evaluar por sí solo la calidad relativa de ambas mediciones.
5.71. Respuestas orientadoras y comprobación
Sin redondeo intermedio:
Los operandos medidos poseen:
Por la regla introductoria:
En cálculos más sensibles, un redondeo prematuro puede cambiar los últimos dígitos de la respuesta final.
Ejercicio 3Ambos datos poseen tres cifras significativas. Sin embargo, para obtener una incertidumbre de I se necesitan las incertidumbres asociadas a V y R y el modelo de propagación correspondiente.
Ejercicio 4Las dos cantidades poseen tres cifras significativas, pero sus incertidumbres relativas difieren aproximadamente por un factor de diez.
Comprueba lo aprendido
- ¿Qué criterio práctico se utiliza en una suma?
- ¿Y en una resta?
- ¿Qué criterio introductorio se utiliza en una multiplicación?
- ¿Y en una división?
- ¿Por qué no conviene utilizar el menor número de C.S. en una suma?
- ¿Qué es una cifra de guarda?
- ¿Por qué no conviene redondear cada resultado intermedio?
- ¿Un factor exacto limita las C.S. del resultado?
- ¿Una conversión exacta de unidades modifica la información experimental?
- ¿Qué diferencia existe entre una regla de C.S. y una propagación de incertidumbre?
- ¿Dos números con tres C.S. tienen necesariamente la misma incertidumbre relativa?
- ¿Por qué no debemos usar «precisión decimal» como sinónimo de número de decimales?
5.72. Síntesis de la Parte 4
El tipo de operación determina qué regla práctica de presentación utilizamos.
multiplicación y división → cifras significativas
Pero también aprendimos que:
cálculo intermedio ≠ presentación final
cifras significativas ≠ incertidumbre
Para cálculos de varios pasos:
Y establecimos una distinción que será fundamental más adelante:
una propagación de incertidumbre evalúa la incertidumbre del resultado
En la Parte 5 estudiaremos cómo presentar correctamente un resultado científico o de ingeniería.
Referencias
Joint Committee for Guides in Metrology. (2008). Evaluation of measurement data—Guide to the expression of uncertainty in measurement (JCGM 100:2008). Bureau International des Poids et Mesures. https://doi.org/10.59161/JCGM100-2008E
Joint Committee for Guides in Metrology. (2012). International vocabulary of metrology—Basic and general concepts and associated terms (VIM) (3rd ed., JCGM 200:2012). Bureau International des Poids et Mesures. https://doi.org/10.59161/JCGM200-2012
Thompson, A., & Taylor, B. N. (2008). Guide for the use of the International System of Units (SI) (NIST Special Publication 811, 2008 ed.). National Institute of Standards and Technology. https://doi.org/10.6028/NIST.SP.811e2008
Cómo presentar correctamente un resultado
Ya sabemos calcular y redondear un resultado.
Pero todavía debemos decidir:
Estudiaremos:
La Parte 5 comienza en 5.73 · Figura 5.22 · Tabla 5.13 · Demostración 16 .
Cómo presentar correctamente un resultado
Notación decimal, científica, de ingeniería e incertidumbre
resultado · unidad · formato · escala · incertidumbre · comunicación
5.73. Obtener el número no termina el problema
FUNDAMENTAL · ●○○○Una calculadora puede producir:
pero todavía debemos decidir cómo comunicar ese número.
Por ejemplo, puede escribirse como:
o:
o:
Las tres expresiones pueden representar el mismo valor aproximado, pero utilizan formas diferentes de presentación.
5.74. Valor de trabajo y resultado final
INTERMEDIO · ●●○○Durante un cálculo puede ser útil conservar:
porque esos dígitos ayudan a evitar redondeos prematuros.
En ese contexto hablamos de:
Pero si el número representa el resultado final de una medición, la decisión cambia.
La presentación debe considerar:
- la incertidumbre evaluada;
- la unidad;
- la escala adecuada;
- la legibilidad;
- el propósito de la comunicación.
5.75. Posiciones decimales y cifras significativas no son lo mismo
Consideremos:
Este número posee:
pero:
Los ceros iniciales solo sitúan el valor decimal.
Por tanto:
Tabla 5.13. Posiciones decimales y cifras significativas responden a preguntas diferentes
| Número | Posiciones decimales | Cifras significativas |
|---|---|---|
| 0,0254 | 4 | 3 |
| 0,02540 | 5 | 4 |
| 125,3000 | 4 | 7 |
| 4,500 | 3 | 4 |
5.76. Cuatro decimales no significa cuatro cifras significativas
Consideremos:
Después de la coma aparecen:
Pero los ceros iniciales no cuentan.
Las cifras significativas son:
Si queremos expresar cuatro cifras significativas:
El cero final añade una cifra significativa, aunque el valor aritmético sea el mismo.
5.77. Notación científica
INTERMEDIO · ●●○○En notación científica escribimos:
donde:
y:
es un número entero.
Por ejemplo:
También:
si se desean comunicar dos cifras significativas.
La potencia de diez:
5.78. Notación de ingeniería
INTERMEDIO · ●●○○La notación de ingeniería se parece a la notación científica, pero exige:
La secuencia de exponentes es:
Por ejemplo:
Y:
Esta forma es especialmente útil en ingeniería porque se conecta directamente con los prefijos del Sistema Internacional.
5.79. Notación de ingeniería y prefijos SI
Los exponentes múltiplos de tres se relacionan naturalmente con prefijos del SI.
Tabla 5.14. Algunos prefijos del SI de uso frecuente en ingeniería
| Factor | Prefijo | Símbolo | Ejemplo eléctrico |
|---|---|---|---|
| 109 | giga | G | 1 GΩ |
| 106 | mega | M | 10 MΩ |
| 103 | kilo | k | 47 kΩ |
| 10−3 | mili | m | 2,5 mA |
| 10−6 | micro | µ | 220 µA |
| 10−9 | nano | n | 47 nF |
| 10−12 | pico | p | 100 pF |
El Sistema Internacional define los prefijos y sus símbolos de manera independiente de las cifras significativas (Bureau International des Poids et Mesures [BIPM], 2026).
La sustitución de:
por:
no cambia la información numérica del resultado.
5.80. De notación científica a notación de ingeniería
Consideremos:
En notación de ingeniería queremos un exponente múltiplo de tres.
Utilizamos:
El número de cifras significativas sigue siendo:
Cambiar de notación no crea ni elimina información medida.
5.81. El formato no determina el número de cifras significativas
INTERMEDIO · ●●○○Podemos escribir:
o:
Ambas expresiones están en notación científica.
Sin embargo:
mientras que:
Por tanto:
Lo mismo ocurre con la notación de ingeniería.
5.82. Elegir el formato según el propósito
5.83. Cuando existe incertidumbre, ella entra en la presentación
AVANZADO · ●●●○Hasta ahora hemos hablado de formas de escribir números.
Pero un resultado de medición requiere información metrológica adicional.
Supongamos que hemos obtenido:
y que la evaluación de incertidumbre proporciona:
Aquí:
representa una:
Una forma rigurosa de comunicarlo es:
No necesitamos convertir automáticamente la incertidumbre estándar en:
porque la notación ± puede sugerir un intervalo si no se explica su significado.
5.84. Incertidumbre expandida y uso explícito de ±
Si una evaluación posterior produce una incertidumbre expandida:
entonces podemos utilizar una presentación como:
si se declara, por ejemplo:
De esta manera sabemos qué representa el término que acompaña al símbolo:
El contexto debe indicar si se trata de U, de un intervalo de tolerancia, de un límite u otra cantidad.
5.85. ¿Cuántas cifras debe conservar la incertidumbre?
AVANZADO · ●●●○Una incertidumbre no debe presentarse con una cantidad exagerada de cifras.
Como regla de presentación, es habitual conservar:
La política elegida debe aplicarse consistentemente y documentarse cuando sea necesario.
Por ejemplo, si un cálculo produce:
una presentación con dos cifras significativas sería:
Si el criterio adoptado utiliza una sola cifra:
La elección modifica también la posición decimal en la que se presenta el valor principal.
No utilizaremos como regla universal «la incertidumbre siempre se redondea hacia arriba». La regla de redondeo y el número de cifras retenidas deben estar definidos por el procedimiento de reporte.
5.86. Armonizar valor e incertidumbre
Supongamos:
y:
Si adoptamos dos cifras significativas para u:
La incertidumbre termina en diezmilésimas de gramo.
Presentamos el valor hasta la misma posición:
Si, en cambio, el protocolo exige una sola cifra significativa:
Las dos presentaciones corresponden a políticas diferentes de redondeo, no a resultados físicos diferentes.
5.87. Valor e incertidumbre absoluta deben usar unidades coherentes
Si la incertidumbre es absoluta, se expresa en la misma unidad que la magnitud correspondiente.
Por ejemplo:
Si se utiliza incertidumbre expandida:
con:
La unidad:
se aplica tanto al valor como a la incertidumbre.
Tabla 5.15. Coherencia entre valor, incertidumbre y unidad
| Situación | Presentación | Evaluación |
|---|---|---|
| Incertidumbre estándar | x=2,50 m; u(x)=0,02 m | Clara |
| Incertidumbre expandida | x=(2,50±0,04) m; U=0,04 m; k=2 | Clara si se documenta el significado de U y k |
| Discordancia decimal | x=(2,5±0,04) m | Incoherente en la presentación |
| Símbolo ± sin definir | x=(2,50±0,04) m sin más información | Incompleta metrológicamente |
5.88. Notación científica con incertidumbre
Para cantidades muy pequeñas podemos factorizar una potencia común.
Supongamos:
con incertidumbre estándar:
Podemos escribir:
y:
De forma compacta:
Si 0,03 × 10−6 m fuese una incertidumbre expandida, entonces podría escribirse:
declarando además:
y el factor de cobertura correspondiente.
5.89. Notación de ingeniería con incertidumbre
En ingeniería suele resultar conveniente escribir:
en lugar de:
Si una evaluación produce:
podemos comunicar:
Si 0,5 kΩ fuese una incertidumbre expandida y se hubiera adoptado:
podría comunicarse:
junto con:
5.90. De los dígitos de calculadora al resultado comunicado
Supongamos que un cálculo produce:
y que la evaluación metrológica produce una incertidumbre expandida:
con:
La incertidumbre alcanza el orden de las decenas de centímetros.
No tiene sentido conservar:
en la presentación final.
Armonizamos el valor:
Una forma que evita la ambigüedad de los ceros finales es:
Los dígitos eliminados siguen siendo útiles durante el cálculo interno, pero no aportan información defendible en el resultado final comunicado.
5.91. Procedimiento general para presentar un resultado
AVANZADO · ●●●○Podemos organizar la presentación final en siete decisiones.
Tabla 5.16. Lista de control antes de publicar un resultado
| Pregunta | Comprobación |
|---|---|
| ¿Se conservaron cifras suficientes durante el cálculo? | □ Sí · □ Revisar |
| ¿La incertidumbre fue evaluada y no inferida de los decimales? | □ Sí · □ Revisar |
| ¿Está claro si se comunica u o U? | □ Sí · □ Revisar |
| Si se usa U, ¿se informa el factor de cobertura? | □ Sí · □ Revisar |
| ¿Valor e incertidumbre terminan en posiciones coherentes? | □ Sí · □ Revisar |
| ¿Las unidades son coherentes? | □ Sí · □ Revisar |
| ¿El prefijo SI facilita la lectura? | □ Sí · □ Revisar |
| ¿La notación elegida evita ambigüedades? | □ Sí · □ Revisar |
| ¿Quedan dígitos que la incertidumbre no justifica? | □ No · □ Revisar |
5.92. Errores frecuentes en la presentación
0,0254 posee cuatro posiciones decimales, pero tres cifras significativas.
El coeficiente puede escribirse con diferentes cantidades de cifras.
Cambiar de escala no debe inventar información experimental.
Los dígitos intermedios pueden conservarse para calcular, pero no todos pertenecen al resultado comunicado.
2,5 ± 0,02 m presenta una discordancia decimal.
El símbolo por sí solo no identifica el tipo de intervalo o incertidumbre.
La incertidumbre expandida U se obtiene a partir de una incertidumbre estándar combinada mediante un factor de cobertura.
Notación científica, de ingeniería o decimal no reemplazan una evaluación de incertidumbre.
5.93. Práctica graduada
1. Escribe en notación científica:
- 0,00452 A
- 47.000 Ω con dos cifras significativas
- 0,000000820 F
2. Escribe utilizando un prefijo SI apropiado:
- 47.000 Ω
- 0,00250 A
- 0,000000047 F
- 2.200.000 Ω
3. Presentación metrológica
Un cálculo produce:
y se ha evaluado:
- Redondea u a dos cifras significativas.
- Armoniza el valor de V.
- Escribe el resultado sin utilizar ±.
4. Incertidumbre expandida
Se obtiene:
y:
- Armoniza el valor de R.
- Presenta el resultado utilizando ±.
- Explica qué información debe acompañar necesariamente la expresión.
5.94. Respuestas orientadoras
Con dos cifras significativas:
La posición final es milésimas.
Presentación:
La incertidumbre termina en centésimas de kiloohmio.
Si U=0,52 kΩ es una incertidumbre expandida:
y debe indicarse:
junto con el significado y contexto de cobertura cuando sea relevante.
Comprueba lo aprendido
- ¿Qué diferencia existe entre valor de trabajo y resultado final?
- ¿Cuatro decimales significa cuatro cifras significativas?
- ¿Qué condición cumple el coeficiente de la notación científica?
- ¿Qué condición cumple el exponente de la notación de ingeniería?
- ¿Por qué la notación de ingeniería se relaciona con los prefijos SI?
- ¿Cambiar de kΩ a Ω modifica la información experimental?
- ¿La notación científica determina automáticamente cuántas C.S. debe tener un resultado?
- ¿Qué diferencia existe entre u y U?
- ¿Qué debe declararse cuando se utiliza U?
- ¿Por qué ± necesita contexto?
- ¿Valor e incertidumbre absoluta deben usar unidades coherentes?
- ¿Por qué deben armonizarse sus posiciones decimales?
- ¿Por qué no conviene copiar todos los dígitos de una calculadora?
- ¿Qué información mínima debe acompañar un resultado metrológico?
5.95. Síntesis de la Parte 5
Presentar un resultado es una etapa de comunicación científica, no una simple decisión estética.
notación científica
notación de ingeniería
prefijos SI
son distintas formas de representar cantidades.
cifras significativas ≠ incertidumbre
dígitos de calculadora ≠ información experimental
Cuando existe incertidumbre evaluada:
↓
después se armoniza el valor principal
Y mantendremos una distinción esencial:
U = incertidumbre expandida
En la Parte 6 estudiaremos qué sucede cuando el mensurando no se obtiene directamente del instrumento, sino mediante una función de varias magnitudes medidas.
Referencias
Bureau International des Poids et Mesures. (2026). The International System of Units (SI) (9th ed., Version 4.01). Bureau International des Poids et Mesures.
Joint Committee for Guides in Metrology. (2008). Evaluation of measurement data—Guide to the expression of uncertainty in measurement (JCGM 100:2008). Bureau International des Poids et Mesures.
Joint Committee for Guides in Metrology. (2012). International vocabulary of metrology—Basic and general concepts and associated terms (VIM) (3rd ed., JCGM 200:2012). Bureau International des Poids et Mesures.
Taylor, B. N., & Kuyatt, C. E. (1994). Guidelines for evaluating and expressing the uncertainty of NIST measurement results (NIST Technical Note 1297). National Institute of Standards and Technology.
Medidas indirectas y sensibilidad
Hasta ahora hemos trabajado principalmente con valores que ya estaban disponibles para ser calculados o comunicados.
Ahora aparece un problema más profundo.
Por ejemplo:
o:
Si las magnitudes de entrada poseen incertidumbre:
Estudiaremos:
La Parte 6 comienza en 5.96 · Figura 5.28 · Tabla 5.17 · Demostración 20 .
Medidas indirectas y sensibilidad
Del modelo de medición a los coeficientes de sensibilidad
modelo · entradas · salida · derivadas parciales · sensibilidad · linealización
5.96. Cuando la magnitud buscada no aparece directamente en la pantalla
FUNDAMENTAL · ●○○○Muchas magnitudes de interés no se obtienen leyendo directamente la indicación de un instrumento.
En su lugar, medimos otras magnitudes y utilizamos una relación matemática.
Por ejemplo, podemos medir:
y:
para calcular:
También podemos medir el diámetro:
de una pieza circular y calcular su área mediante:
La idea general es:
5.97. «Directa» e «indirecta»: una distinción pedagógica útil
En cursos introductorios suele distinguirse entre:
La indicación del sistema de medición proporciona información directamente relacionada con el mensurando.
El valor de interés se obtiene mediante un modelo matemático que utiliza una o varias magnitudes de entrada.
Por ejemplo:
mientras que:
Utilizaremos «medida indirecta» como expresión pedagógica, pero el lenguaje metrológico de mayor generalidad será el de modelo de medición.
5.98. El modelo de medición
INTERMEDIO · ●●○○La forma general será:
Aquí:
- Y representa la magnitud de salida;
- X₁, X₂, …, Xₙ representan magnitudes de entrada;
- f representa la relación funcional utilizada.
La GUM-6 utiliza precisamente el concepto de modelo de medición para relacionar magnitudes de entrada con magnitudes de salida (Joint Committee for Guides in Metrology [JCGM], 2020).
Tabla 5.17. Elementos de un modelo de medición
| Elemento | Símbolo | Función |
|---|---|---|
| Magnitud de salida | Y | Magnitud cuyo valor se desea obtener. |
| Magnitudes de entrada | X₁, X₂, …, Xₙ | Magnitudes cuyos valores intervienen en el modelo. |
| Modelo | f | Describe matemáticamente la relación adoptada. |
| Valores estimados | x₁, x₂, …, xₙ | Valores utilizados para evaluar el modelo. |
| Valor de salida | y | Resultado numérico obtenido al evaluar f. |
5.99. Del diámetro al área
Supongamos que medimos el diámetro de una pieza circular:
Queremos obtener el área mediante:
Sustituimos:
El cálculo produce:
Aquí:
Todavía no hemos calculado la incertidumbre de A. Primero necesitamos entender cómo responde el área a cambios pequeños de d.
5.100. Las magnitudes de entrada no tienen por qué ser todas lecturas directas
Una magnitud de entrada puede proceder de:
- una lectura instrumental;
- una calibración;
- una corrección;
- una constante obtenida experimentalmente;
- una condición ambiental;
- otro modelo previo.
Por tanto:
Esto será importante cuando construyamos presupuestos de incertidumbre.
5.101. Un modelo no es la realidad
AVANZADO · ●●●○Consideremos nuevamente:
Este modelo supone que la sección puede representarse adecuadamente como un círculo.
Pero una pieza real puede presentar:
- ovalidad;
- rugosidad;
- deformación;
- dependencia con la temperatura;
- variaciones entre diferentes diámetros medidos.
Por eso:
El modelo es una representación con un dominio de validez determinado.
5.102. Coeficiente de sensibilidad
INTERMEDIO · ●●○○Si:
queremos saber cuánto cambia aproximadamente Y cuando cambia una de sus entradas.
Para ello utilizamos:
evaluado en los valores de entrada utilizados.
El término:
se denomina:
Su interpretación es:
Tabla 5.18. Qué información contiene un coeficiente de sensibilidad
| Propiedad | Interpretación |
|---|---|
| Magnitud | Indica cuánto responde localmente la salida ante un cambio unitario de la entrada. |
| Signo positivo | Al aumentar la entrada, la salida tiende a aumentar localmente. |
| Signo negativo | Al aumentar la entrada, la salida tiende a disminuir localmente. |
| Valor cercano a cero | La salida es poco sensible localmente a esa entrada. |
| Unidades | Unidades de Y divididas por las unidades de Xᵢ. |
5.103. Sensibilidad de una corriente calculada mediante la ley de Ohm
Utilizamos:
Supongamos:
La corriente es:
Sensibilidad respecto de V:
Sensibilidad respecto de R:
Si V cambia localmente:
estimamos:
Si R cambia:
Todavía no estamos combinando incertidumbres. Estamos estudiando por separado cómo responde I a cada entrada.
5.104. El signo de la sensibilidad contiene información física
En:
tenemos:
porque, manteniendo R constante, un aumento de V produce un aumento de I.
En cambio:
porque, manteniendo V constante, un aumento de R produce una disminución de I.
Por tanto:
5.105. Aproximación lineal local
AVANZADO · ●●●○Si las entradas cambian poco alrededor del punto de evaluación, podemos aproximar el cambio de la salida mediante:
Es decir:
Esta expresión procede del diferencial total de primer orden.
Esta ecuación describe una variación linealizada. Todavía no es una regla para combinar incertidumbres estándar. Esa etapa llegará en la Parte 7.
5.106. ¿Qué tan buena es una linealización?
Volvamos a:
con:
La sensibilidad es:
En d=25,00 mm:
Supongamos un pequeño cambio:
La aproximación lineal predice:
Si calculamos exactamente:
Diferencia entre ambos:
Para este pequeño cambio, la aproximación lineal es muy cercana al cambio exacto.
5.107. Condiciones para utilizar una linealización de primer orden
La aproximación mediante derivadas parciales es especialmente útil cuando:
- el modelo es suficientemente regular alrededor del punto considerado;
- las variaciones de entrada son pequeñas dentro de esa región;
- el modelo representa adecuadamente el fenómeno;
- las derivadas utilizadas existen y son evaluables;
- los términos de orden superior pueden considerarse pequeños para el propósito del análisis.
Tabla 5.19. Condiciones de validez de una aproximación lineal
| Condición | Qué debe comprobarse | Riesgo si falla |
|---|---|---|
| Regularidad local | La función es continua y diferenciable alrededor del punto utilizado. | La derivada puede no representar adecuadamente la respuesta. |
| Variaciones pequeñas | La región de interés permanece cerca del punto de linealización. | Los términos no lineales adquieren importancia. |
| Modelo adecuado | Las variables relevantes están representadas con suficiente fidelidad. | Una propagación matemáticamente correcta puede describir un modelo físicamente insuficiente. |
| Punto de evaluación | Los coeficientes se evalúan en los valores realmente utilizados. | La sensibilidad puede cambiar con el punto de operación. |
5.108. ¿Cuándo puede fallar una aproximación de primer orden?
PROFUNDIZACIÓN · ●●●●Una aproximación lineal puede ser insuficiente cuando:
En esos casos pueden requerirse:
- términos de orden superior;
- evaluación numérica directa;
- propagación de distribuciones;
- métodos de Monte Carlo.
5.109. Ejemplo motivador: el péndulo simple
INTERMEDIO · ●●○○Para oscilaciones suficientemente pequeñas dentro del modelo ideal de péndulo simple:
Despejando:
Por tanto:
Las entradas son:
y la salida es:
5.110. Sensibilidad de g respecto de L y T
Utilizamos:
Supongamos:
Entonces:
Sensibilidad respecto de L:
Sensibilidad respecto de T:
Un pequeño cambio:
produce aproximadamente:
Mientras que:
produce:
El signo negativo confirma que un periodo mayor produce un valor calculado menor de g dentro de este modelo.
5.111. Sensibilidad relativa o normalizada
PROFUNDIZACIÓN · ●●●●Comparar directamente coeficientes de sensibilidad puede resultar engañoso cuando poseen unidades diferentes.
Una forma útil de estudiar la influencia relativa es:
Para:
obtenemos:
y:
Interpretación local:
Esto anticipa una propiedad que reaparecerá al estudiar potencias.
5.112. De la sensibilidad a las contribuciones de incertidumbre
AVANZADO · ●●●○Si una entrada Xi posee incertidumbre estándar:
la linealización permite asociarle una contribución de magnitud:
Esto todavía no indica cómo deben combinarse varias contribuciones.
Solo responde:
Tabla 5.20. Vista previa de contribuciones para el ejemplo del péndulo
| Entrada | u(Xᵢ) | |cᵢ| | |cᵢ|u(Xᵢ) |
|---|---|---|---|
| L | 0,001 m | 9,81065 s⁻² | 0,00981 m/s² |
| T | 0,002 s | 9,78131 m/s³ | 0,01956 m/s² |
En este escenario didáctico, la contribución asociada a T es aproximadamente el doble de la asociada a L.
Pero aún falta responder:
Ése será el problema de la Parte 7.
5.113. Sensibilidad e incertidumbre no son sinónimos
Una variable puede poseer:
o:
Por eso la importancia de una entrada no depende únicamente de:
sino de la combinación:
Después será necesario decidir cómo combinar correctamente las distintas contribuciones.
5.114. Errores frecuentes
Todo modelo contiene supuestos, aproximaciones y un dominio de validez.
Una entrada puede proceder también de calibraciones, correcciones u otros modelos.
La derivada describe sensibilidad; la incertidumbre caracteriza dispersión de valores atribuibles.
Un coeficiente de sensibilidad posee unidades de salida divididas por unidades de entrada.
Conviene considerar la variación real o la incertidumbre de cada entrada, o utilizar sensibilidades normalizadas.
La aproximación de primer orden es local.
En este capítulo utilizaremos u(X) para incertidumbre estándar. σ se reservará para una desviación estándar cuando el contexto estadístico lo requiera.
Primero identificamos modelo, sensibilidades y contribuciones; después seleccionamos la regla de combinación.
5.115. Práctica graduada
1. Identifica entradas, modelo y salida:
- R=V/I
- A=πd²/4
- P=VI
- ρ=m/V
2. Para:
calcula:
y:
Interpreta físicamente ambos resultados.
3. Para:
utiliza:
- Calcula R.
- Calcula ∂R/∂V.
- Calcula ∂R/∂I.
- Explica el signo de cada derivada.
4. Para:
compara el cambio exacto y la aproximación lineal para:
en dos casos:
y:
Explica en cuál de los dos casos la aproximación lineal es mejor.
5.116. Respuestas orientadoras
Para R=V/I:
Para A=πd²/4:
Para P=VI:
Para ρ=m/V:
La sensibilidad de P respecto de V depende del valor de I, mientras que la sensibilidad respecto de I depende del valor de V.
Ejercicio 3El signo positivo respecto de V indica que R aumenta con V si I permanece constante.
El signo negativo respecto de I indica que R disminuye cuando I aumenta manteniendo V constante.
Ejercicio 4Para Y=X²:
En X=10:
Si δX=0,01:
Cambio exacto:
La diferencia es muy pequeña.
Si δX=2:
Cambio exacto:
La desviación es mucho mayor. La linealización funciona mejor cuando la variación permanece localmente pequeña.
5.117. Comprueba lo aprendido y síntesis
- ¿Qué es un modelo de medición?
- ¿Qué representa Y?
- ¿Qué representan X₁, X₂, …, Xₙ?
- ¿Una entrada debe ser siempre una lectura instrumental?
- ¿Por qué un modelo no debe confundirse con la realidad?
- ¿Qué es un coeficiente de sensibilidad?
- ¿Qué significa un coeficiente positivo?
- ¿Qué significa uno negativo?
- ¿Qué unidades posee ∂Y/∂X?
- ¿Qué es una linealización local?
- ¿Por qué exige variaciones suficientemente pequeñas?
- ¿Qué diferencia existe entre sensibilidad e incertidumbre?
- ¿Qué representa |cᵢ|u(Xᵢ)?
- ¿Por qué todavía no debemos sumar esas contribuciones?
- ¿Qué ventaja posee una sensibilidad relativa normalizada?
Síntesis de la Parte 6
Una magnitud calculada se obtiene mediante un modelo:
Cada entrada influye sobre la salida mediante un coeficiente de sensibilidad:
Para pequeñas variaciones:
Pero establecimos cuidadosamente:
sensibilidad ≠ incertidumbre
variación linealizada ≠ incertidumbre combinada
El siguiente paso consiste en responder:
Ése será el núcleo de la Parte 7.
Referencias
Joint Committee for Guides in Metrology. (2012). International vocabulary of metrology—Basic and general concepts and associated terms (VIM) (3rd ed., JCGM 200:2012). Bureau International des Poids et Mesures.
Joint Committee for Guides in Metrology. (2020). Guide to the expression of uncertainty in measurement—Part 6: Developing and using measurement models (JCGM GUM-6:2020). Bureau International des Poids et Mesures.
Joint Committee for Guides in Metrology. (2023). Guide to the expression of uncertainty in measurement—Part 1: Introduction (JCGM GUM-1:2023). Bureau International des Poids et Mesures.
Cómo se combinan las incertidumbres
Ya podemos calcular:
y reconocer contribuciones individuales:
Ahora debemos decidir cómo pasar de varias contribuciones a una incertidumbre de salida.
Estudiaremos:
La Parte 7 comienza en 5.118 · Figura 5.34 · Tabla 5.21 · Demostración 24 .
Cómo se combinan las incertidumbres
Cota de peor caso, incertidumbre estándar combinada, covarianza y correlación
contribuciones · combinación · cuadratura · covarianza · correlación · presupuesto
5.118. Tener las contribuciones no resuelve todavía el problema
FUNDAMENTAL · ●○○○En la Parte 6 obtuvimos contribuciones del tipo:
Pero si existen varias entradas, todavía debemos responder:
Supongamos que dos contribuciones numéricas son:
y:
Podríamos obtener:
o:
Los dos resultados son matemáticamente correctos.
La pregunta importante es:
5.119. Dos preguntas diferentes requieren dos respuestas diferentes
Si cada entrada puede variar dentro de un límite establecido, ¿qué magnitud puede alcanzar aproximadamente la variación máxima linealizada de la salida?
Si cada entrada está caracterizada mediante una incertidumbre estándar, ¿cuál es la incertidumbre estándar combinada de la salida?
Tabla 5.21. Cota de peor caso e incertidumbre estándar combinada no son la misma cantidad
| Aspecto | Cota de peor caso | Incertidumbre estándar combinada |
|---|---|---|
| Información de entrada | Límites o semianchos de variación | Incertidumbres estándar y covarianzas |
| Interpretación | Cota linealizada bajo combinación desfavorable | Incertidumbre estándar asociada al valor de salida |
| Combinación básica | Suma de magnitudes de contribución | Varianzas y covarianzas |
| Signo | Se utilizan magnitudes absolutas | El signo interviene en los términos de covarianza |
| ¿Son intercambiables? | No | No |
5.120. Cota linealizada de peor caso
INTERMEDIO · ●●○○Para evitar confundir una cota con una incertidumbre estándar, utilizaremos:
para representar el límite o semiancho adoptado para la variación de una entrada.
Si:
y:
una cota linealizada puede escribirse:
Para dos entradas:
La expresión supone que las contribuciones pueden actuar simultáneamente en el sentido que produce la mayor magnitud del cambio linealizado.
5.121. Dos contribuciones de cota: 3 y 4
Supongamos que, después de multiplicar sensibilidad por límite de variación, obtenemos:
La cota linealizada es:
No utilizamos:
porque una cancelación algebraica no representa el supuesto de peor caso.
El resultado 7 es una cota construida bajo ese modelo, no una incertidumbre estándar.
5.122. ¿Por qué se utilizan valores absolutos en una cota?
Supongamos dos contribuciones linealizadas:
y:
La suma algebraica sería:
Pero si estamos buscando una cota bajo el supuesto de combinaciones desfavorables, no debemos permitir que el signo de una sensibilidad reduzca artificialmente otra contribución.
5.123. Incertidumbre estándar combinada
AVANZADO · ●●●○Cuando cada entrada se caracteriza mediante una incertidumbre estándar:
la cantidad buscada es:
La formulación general de primer orden incluye varianzas y covarianzas:
Aquí:
representa la covarianza entre dos magnitudes de entrada.
Esta forma muestra inmediatamente que la conocida suma en cuadratura es un caso particular.
5.124. Caso particular: covarianzas nulas
Si:
para todas las parejas distintas, desaparecen los términos cruzados.
Entonces:
Para dos entradas:
No debe convertirse en una receta automática sin examinar antes las dependencias entre las entradas.
5.125. Potencia eléctrica con entradas no correlacionadas
Modelo:
Valores:
Entonces:
Supongamos:
y covarianza nula.
Sensibilidades:
Contribución de V:
Contribución de I:
Combinamos en cuadratura:
Una presentación razonable sería:
No se ha calculado aquí una incertidumbre expandida.
5.126. Covarianza: cuando dos entradas no varían de manera independiente
AVANZADO · ●●●○Dos magnitudes de entrada pueden compartir una fuente común de variación.
Por ejemplo:
- pueden depender del mismo patrón de calibración;
- pueden utilizar la misma corrección;
- pueden compartir una condición ambiental;
- una puede haberse calculado parcialmente a partir de la otra;
- pueden proceder del mismo conjunto de observaciones.
En esos casos:
puede ser necesario.
Ignorar esa dependencia puede sobreestimar o subestimar la incertidumbre estándar combinada.
5.127. Coeficiente de correlación
La covarianza puede expresarse mediante:
Por definición:
Entonces:
La fórmula general puede escribirse:
Tabla 5.22. Interpretación básica del coeficiente de correlación
| Valor de r | Interpretación lineal | Efecto posible sobre u₍c₎ |
|---|---|---|
| +1 | Correlación lineal positiva perfecta | Depende también de los signos de cᵢ y cⱼ |
| Entre 0 y +1 | Correlación lineal positiva | Puede aumentar o disminuir u₍c₎ según los signos de las sensibilidades |
| 0 | Covarianza nula | Desaparece el término cruzado correspondiente |
| Entre −1 y 0 | Correlación lineal negativa | Puede aumentar o disminuir u₍c₎ según los signos de las sensibilidades |
| −1 | Correlación lineal negativa perfecta | Depende también de cᵢcⱼ |
No es correcto afirmar simplemente «correlación positiva siempre aumenta la incertidumbre». El término cruzado contiene también el producto de los coeficientes de sensibilidad cᵢcⱼ.
5.128. La correlación puede cambiar mucho el resultado
Retomemos las contribuciones del ejemplo de potencia:
Como ambas sensibilidades son positivas, podemos escribir:
Si:
Si:
Si:
La correlación no debe elegirse para obtener un resultado conveniente. Debe estar respaldada por el origen físico, estadístico o metrológico de las entradas.
5.129. Independencia y ausencia de correlación
PROFUNDIZACIÓN · ●●●●En lenguaje cotidiano es frecuente tratar:
y:
como si fueran exactamente lo mismo.
No lo son.
La independencia estadística es una condición más fuerte.
Para utilizar la forma simple:
lo que necesitamos, en el nivel de esta formulación, es que los términos de covarianza relevantes sean nulos o despreciables.
Preferiremos decir entradas no correlacionadas cuando la condición relevante sea que sus covarianzas sean nulas.
5.130. Caso de una sola magnitud de entrada
Si:
solo existe un coeficiente de sensibilidad:
Entonces:
No existe suma de varias contribuciones ni términos de covarianza.
Una sola entrada: área obtenida a partir del diámetro
Modelo:
Con:
y:
Sensibilidad:
En d=25,00 mm:
Por tanto:
Como existe una sola entrada considerada, no aparece ningún término de correlación.
5.131. Aplicación al péndulo simple
AVANZADO · ●●●○Retomemos:
Las sensibilidades son:
y:
Si L y T se consideran no correlacionados:
En forma relativa:
El factor:
aparece porque T posee exponente:
5.132. Incertidumbre estándar combinada de g
Utilizamos el escenario de la Parte 6:
Supongamos:
y covarianza nula.
Las contribuciones obtenidas son:
Combinamos:
Incertidumbre relativa estándar:
Presentando uc con dos cifras significativas:
No se ha aplicado todavía ningún factor de cobertura.
5.133. ¿Y si quisiéramos una cota para el mismo modelo?
La estructura algebraica sería:
Pero:
deben representar límites o semianchos compatibles con el modelo de peor caso.
No debemos tomar automáticamente:
y:
solo porque poseen las mismas unidades.
Un semiancho de intervalo, una tolerancia, una cota y una incertidumbre estándar son cantidades diferentes aunque ocasionalmente compartan el mismo valor numérico.
5.134. Presupuesto de incertidumbre
Una manera eficaz de organizar el análisis es construir un:
En una forma básica puede incluir:
- magnitud de entrada;
- valor estimado;
- incertidumbre estándar;
- coeficiente de sensibilidad;
- contribución estándar;
- información sobre correlaciones.
Tabla 5.23. Presupuesto básico para P=VI
| Entrada | Valor | u(xᵢ) | cᵢ | |cᵢ|u(xᵢ) |
|---|---|---|---|---|
| V | 12,00 V | 0,020 V | 5,000 mA | 0,100 mW |
| I | 5,000 mA | 0,010 mA | 12,00 V | 0,120 mW |
Si las entradas son no correlacionadas:
5.135. ¿Cuál contribución domina?
En el ejemplo anterior:
y:
La suma es:
Por tanto, las contribuciones aproximadas a la varianza combinada son:
y:
Un presupuesto permite identificar qué entrada domina la incertidumbre y dónde puede ser más útil mejorar el proceso de medición.
Tabla 5.24. Contribución relativa a la varianza en el ejemplo P=VI
| Entrada | Contribución estándar | Cuadrado | Participación aproximada |
|---|---|---|---|
| V | 0,100 mW | 0,0100 mW² | 41 % |
| I | 0,120 mW | 0,0144 mW² | 59 % |
5.136. Procedimiento general de combinación
5.137. Errores frecuentes
La suma directa corresponde a un modelo de cota, no a toda combinación de incertidumbres estándar.
La forma simple exige covarianzas nulas o despreciables.
Poseer las mismas unidades no convierte ambas cantidades en equivalentes.
Una fuente común puede introducir covarianza entre entradas.
El coeficiente de correlación debe estar justificado por información estadística o por el modelo.
El término cruzado depende también del producto cᵢcⱼ.
Utilizamos u para incertidumbre estándar; σ conserva su significado estadístico cuando corresponda.
u₍c₎ es una incertidumbre estándar. Una incertidumbre expandida requiere una decisión de cobertura justificada.
5.138. Práctica, respuestas y comprobación
1. Dos contribuciones de cota son 2 y 5 unidades.
- Calcula la cota de peor caso.
- Calcula √(2²+5²).
- Explica por qué los dos resultados no representan necesariamente la misma cantidad.
2. Entradas no correlacionadas
Para:
se tiene:
Calcula uc(y).
3. Introduce correlación
Para el ejercicio anterior, utiliza:
Calcula de nuevo:
4. Sensibilidades de signo contrario
Supongamos:
Calcula uc(y) para:
- r=0;
- r=+0,5;
- r=−0,5.
Explica por qué, en este caso, una correlación positiva puede reducir la incertidumbre combinada.
Respuestas orientadoras
7 corresponde a una suma de magnitudes bajo un supuesto de peor caso. 5,39 corresponde a una combinación en cuadratura. No deben interpretarse como cantidades equivalentes sin definir qué representan las entradas.
Ejercicio 2Como:
y las entradas son no correlacionadas:
Para r=0:
Para r=+0,5:
Para r=−0,5:
Como c₁c₂ es negativo, el signo del término de correlación produce el efecto contrario al caso en que ambas sensibilidades poseen el mismo signo.
Comprueba lo aprendido
- ¿Qué diferencia existe entre una cota y una incertidumbre estándar?
- ¿Qué representa bᵢ?
- ¿Por qué aparecen valores absolutos en Bᵧ?
- ¿Qué representa u₍c₎(y)?
- ¿Cuál es la fórmula general con covarianzas?
- ¿Cuándo puede utilizarse la suma en cuadratura simple?
- ¿Qué representa u(xᵢ,xⱼ)?
- ¿Entre qué valores se encuentra rᵢⱼ?
- ¿Correlación positiva siempre aumenta u₍c₎?
- ¿Independencia y covarianza nula son conceptos idénticos?
- ¿Qué información contiene un presupuesto de incertidumbre?
- ¿Por qué es útil determinar qué contribución domina?
- ¿Puede utilizarse automáticamente u(x) como semiancho de peor caso?
- ¿u₍c₎ es una incertidumbre expandida?
- ¿Qué información adicional necesitaríamos para obtener U?
5.139. Síntesis de la Parte 7
Combinar contribuciones exige primero definir qué cantidad queremos obtener.
En cambio, para incertidumbres estándar:
Si las covarianzas son nulas:
También establecimos:
independencia ≠ necesariamente covarianza nula como concepto
correlación ≠ detalle opcional
u₍c₎ ≠ U
El presupuesto de incertidumbre conecta:
En la Parte 8 obtendremos reglas particulares para sumas, productos, cocientes y potencias a partir de esta formulación general.
Referencias
Joint Committee for Guides in Metrology. (2008). Evaluation of measurement data—Guide to the expression of uncertainty in measurement (JCGM 100:2008). Bureau International des Poids et Mesures. https://doi.org/10.59161/JCGM100-2008E
Joint Committee for Guides in Metrology. (2020). Guide to the expression of uncertainty in measurement—Part 6: Developing and using measurement models (JCGM GUM-6:2020). Bureau International des Poids et Mesures. https://doi.org/10.59161/JCGMGUM-6-2020
Joint Committee for Guides in Metrology. (2023). Guide to the expression of uncertainty in measurement—Part 1: Introduction (JCGM GUM-1:2023). Bureau International des Poids et Mesures. https://doi.org/10.59161/JCGMGUM-1-2023
Taylor, B. N., & Kuyatt, C. E. (1994). Guidelines for evaluating and expressing the uncertainty of NIST measurement results (NIST Technical Note 1297). National Institute of Standards and Technology. https://doi.org/10.6028/NIST.TN.1297
Reglas particulares de propagación
Ya poseemos la formulación general.
Ahora veremos cómo se simplifica para modelos frecuentes:
También distinguiremos:
de:
y veremos por qué los exponentes aparecen como factores en la propagación relativa.
La Parte 8 comienza en 5.140 · Figura 5.40 · Tabla 5.25 · Demostración 29 .
Reglas particulares de propagación
Sumas, productos, cocientes, potencias y expresiones mixtas
incertidumbre absoluta · incertidumbre relativa · exponentes · correlación · modelos
5.140. Las reglas particulares no son fórmulas aisladas
FUNDAMENTAL · ●○○○En las Partes 6 y 7 partimos del modelo general:
y de los coeficientes de sensibilidad:
Para entradas no correlacionadas, la aproximación de primer orden conduce a:
Si el modelo posee una forma algebraica sencilla, esta expresión puede simplificarse.
Así aparecen las reglas conocidas para:
5.141. Incertidumbre absoluta e incertidumbre relativa
INTERMEDIO · ●●○○La incertidumbre estándar absoluta:
posee la misma unidad que:
Por ejemplo:
La incertidumbre estándar relativa se define, para x≠0, como:
En el ejemplo:
En porcentaje:
Tabla 5.25. Cuándo resulta más natural utilizar incertidumbre absoluta o relativa
| Modelo | Forma especialmente útil | Razón |
|---|---|---|
| Y=X₁±X₂ | Absoluta | Los coeficientes de sensibilidad son ±1. |
| Y=AX | Absoluta o relativa | La incertidumbre absoluta se escala por |A|. |
| Y=X₁X₂ | Relativa | La expresión se simplifica al dividir entre |Y|. |
| Y=X₁/X₂ | Relativa | Numerador y denominador aparecen de forma simétrica en la expresión relativa no correlacionada. |
| Y=Xⁿ | Relativa | El exponente aparece como factor multiplicativo. |
5.142. Suma y resta
Consideremos:
Las sensibilidades son:
y:
Para entradas no correlacionadas:
Si:
entonces:
y:
Sin correlación:
5.143. Diferencia de potencial obtenida por resta
Supongamos:
y consideremos las entradas no correlacionadas.
Valor:
Incertidumbre estándar combinada:
Con dos cifras significativas en la incertidumbre:
La incertidumbre de V₂ no se resta de la de V₁.
5.144. ¿Qué cambia si las cantidades sumadas o restadas están correlacionadas?
PROFUNDIZACIÓN · ●●●●Para:
la expresión general es:
Para:
obtenemos:
Observe que ahora:
La afirmación «suma y resta tienen siempre exactamente la misma propagación» solo es cierta para la forma simplificada en la que la covarianza relevante es nula.
5.145. Multiplicación por una constante exacta
Consideremos:
donde A es una constante exacta del modelo.
La sensibilidad es:
Por tanto:
Si A≠0:
Es decir, una constante exacta cambia la escala absoluta de la incertidumbre, pero no la incertidumbre relativa.
Si A posee incertidumbre, ya no debe tratarse como constante exacta: se convierte en otra magnitud de entrada del modelo.
5.146. Producto de dos magnitudes
INTERMEDIO · ●●○○Sea:
Las sensibilidades son:
y:
Para entradas no correlacionadas:
Al dividir por:
obtenemos:
Por tanto:
Carga eléctrica obtenida mediante Q=It
Supongamos:
y entradas no correlacionadas.
Valor:
Incertidumbres relativas:
Combinamos:
Incertidumbre absoluta:
El modelo puede comunicarse como Q=0,3000 C; u₍c₎(Q)=0,0013 C, si esa política de redondeo se mantiene.
5.147. Cociente de dos magnitudes
Sea:
Las sensibilidades son:
y:
Para entradas no correlacionadas:
Por tanto, producto y cociente poseen la misma forma relativa simplificada cuando la covarianza es nula.
Resistencia obtenida mediante R=V/I
Datos:
con covarianza nula.
Valor:
Incertidumbres relativas:
Combinamos:
Entonces:
Una presentación coherente es: R=5,000 kΩ; u₍c₎(R)=0,016 kΩ.
5.148. Propagación en una potencia
AVANZADO · ●●●○Consideremos:
donde n es un exponente exacto.
La derivada es:
Para una sola entrada:
Al dividir por:
obtenemos:
Área de una sección circular
Modelo:
Como π/4 es una constante exacta del modelo:
Supongamos:
Incertidumbre relativa de d:
Como el exponente es 2:
Área:
Incertidumbre estándar:
Coincide con el resultado obtenido mediante c₍d₎=πd/2 en la Parte 7.
5.149. Producto general de potencias
Muchas ecuaciones de ingeniería pueden escribirse como:
donde A es una constante exacta.
Para entradas no correlacionadas:
En una cota linealizada de peor caso, si bᵢ representa un semiancho apropiado:
u(xᵢ) es una incertidumbre estándar. bᵢ representa aquí un límite o semiancho. Aunque los números coincidan accidentalmente, no son cantidades intercambiables.
5.150. Correlación en productos de potencias
PROFUNDIZACIÓN · ●●●●Cuando existen correlaciones, la forma relativa general de primer orden puede escribirse:
Así, para:
el término cruzado contiene:
Por eso una correlación positiva puede producir un efecto diferente en un cociente que en un producto.
5.151. Aplicación en circuitos: P=V²/R
AVANZADO · ●●●○La potencia disipada por un resistor puede escribirse:
Equivalentemente:
Por tanto:
y:
Potencia disipada por un resistor
Supongamos:
con entradas no correlacionadas.
Valor:
Incertidumbres relativas:
Como V aparece al cuadrado:
Combinamos:
Entonces:
Presentación:
No hemos multiplicado u(P) por un factor de cobertura.
5.152. Expresiones mixtas: no aplicar reglas por fragmentos sin revisar el modelo
AVANZADO · ●●●○Consideremos:
La expresión contiene:
No es buena práctica resolver primero:
aplicar una regla, redondear, y después tratar el cociente como un problema independiente.
Es preferible conservar el modelo completo:
y calcular:
5.153. Ejemplo integrado de una expresión mixta
Supongamos:
y entradas no correlacionadas.
El valor es:
Sensibilidades:
Contribuciones:
Entonces:
Presentación:
5.154. Dominio de validez y casos problemáticos
PROFUNDIZACIÓN · ●●●●Las reglas relativas resultan muy cómodas, pero tienen límites.
Por ejemplo, la cantidad:
se vuelve problemática si:
Además, la linealización de una potencia:
requiere que:
- el modelo sea válido en la región considerada;
- la variación sea suficientemente pequeña;
- la derivada represente adecuadamente la respuesta local;
- la función esté definida para los valores relevantes.
Si estas condiciones fallan, pueden requerirse métodos más generales, incluida propagación numérica o Monte Carlo.
5.155. Tabla general de reglas particulares
| Modelo | Entradas no correlacionadas | Forma especialmente útil |
|---|---|---|
| Y=X₁±X₂ | u₍c₎=√[u²(x₁)+u²(x₂)] | Absoluta |
| Y=AX, A exacta | u(y)=|A|u(x) | Absoluta |
| Y=X₁X₂ | u₍c,r₎=√[uᵣ²(x₁)+uᵣ²(x₂)] | Relativa |
| Y=X₁/X₂ | u₍c,r₎=√[uᵣ²(x₁)+uᵣ²(x₂)] | Relativa |
| Y=Xⁿ | uᵣ(y)≈|n|uᵣ(x) | Relativa |
| Y=A∏Xᵢᵃⁱ | u₍c,r₎≈√[Σ(aᵢuᵣ(xᵢ))²] | Relativa |
| Y=f(X₁,…,Xₙ) | Usar sensibilidades, varianzas y covarianzas | General |
Tabla 5.27. Versión paralela para una cota linealizada de peor caso
| Modelo | Cota linealizada |
|---|---|
| Y=X₁±X₂ | Bᵧ≈b₁+b₂ |
| Y=AX | Bᵧ≈|A|bₓ |
| Y=X₁X₂ o X₁/X₂ | Bᵣ,y≈b₁/|x₁|+b₂/|x₂| |
| Y=Xⁿ | Bᵣ,y≈|n|bₓ/|x| |
| Y=A∏Xᵢᵃⁱ | Bᵣ,y≈Σ|aᵢ|bᵢ/|xᵢ| |
La Tabla 5.26 utiliza incertidumbres estándar. La Tabla 5.27 utiliza límites o semianchos. No son dos métodos intercambiables para los mismos símbolos.
5.156. Estrategia para seleccionar la regla
Escriba primero el modelo completo.
Identifique cuáles cantidades son realmente inciertas.
Distinga incertidumbres estándar de límites o tolerancias.
Examine posibles correlaciones.
Si el modelo es simple, utilice una regla particular deducida.
Si el modelo es mixto o dudoso, vuelva a las derivadas parciales.
5.157. Errores frecuentes, práctica y respuestas
En el caso no correlacionado las varianzas se suman.
Esa es una regla de cota de peor caso, no la regla de incertidumbres estándar no correlacionadas.
En el cociente no correlacionado aparece al cuadrado y contribuye positivamente.
Una incertidumbre estándar es no negativa.
Una constante experimental con incertidumbre debe tratarse como entrada.
Las reglas simples son casos particulares.
Es preferible analizar el modelo completo.
Primero se evalúa la incertidumbre; después se decide cómo presentar el resultado.
Práctica graduada
1. Para entradas no correlacionadas:
calcula la incertidumbre estándar de:
- Y=X₁+X₂;
- Y=X₁−X₂.
2. Producto
Calcula:
y su incertidumbre estándar combinada suponiendo covarianza nula.
3. Potencia
Si:
determina la incertidumbre relativa estándar aproximada de Y.
4. Producto de potencias
con A exacta y entradas no correlacionadas.
Obtén:
Respuestas orientadoras
Para suma y resta, con covarianza nula:
Por tanto, tanto X₁+X₂ como X₁−X₂ poseen en este caso la misma incertidumbre estándar:
Tabla 5.28. Lista de control para no aplicar una regla fuera de contexto
| Pregunta | Si la respuesta es «no» |
|---|---|
| ¿Está definido el modelo completo? | No propagar todavía. |
| ¿Sé cuáles entradas poseen incertidumbre? | Identificar las fuentes antes de calcular. |
| ¿Las cantidades son incertidumbres estándar? | No utilizar automáticamente suma en cuadratura. |
| ¿Las covarianzas son nulas o despreciables? | Utilizar la formulación con términos de correlación. |
| ¿La aproximación lineal es adecuada? | Considerar métodos de orden superior o propagación numérica. |
| ¿La expresión pertenece claramente a una regla particular? | Volver a cᵢ=∂f/∂Xᵢ. |
5.158. Síntesis de la Parte 8
Las reglas particulares son simplificaciones de la propagación general.
producto y cociente → incertidumbres relativas
potencia → |n| multiplica la incertidumbre relativa
Para entradas no correlacionadas:
u₍c₎=√(u₁²+u₂²)
u₍c,r₎=√(uᵣ₁²+uᵣ₂²)
uᵣ(Y)≈|n|uᵣ(X)
Pero conservamos cuatro advertencias esenciales:
u ≠ límite de peor caso
covarianza ≠ detalle opcional
expresión mixta → analizar el modelo completo
Con esto ya poseemos todas las herramientas para resolver un proceso completo:
La Parte 9 integrará todo el Capítulo 5 en problemas completos y en una evaluación final.
Referencias
Joint Committee for Guides in Metrology. (2008). Evaluation of measurement data—Guide to the expression of uncertainty in measurement (JCGM 100:2008). Bureau International des Poids et Mesures. https://doi.org/10.59161/JCGM100-2008E
Joint Committee for Guides in Metrology. (2020). Guide to the expression of uncertainty in measurement—Part 6: Developing and using measurement models (JCGM GUM-6:2020). Bureau International des Poids et Mesures. https://doi.org/10.59161/JCGMGUM-6-2020
Joint Committee for Guides in Metrology. (2023). Guide to the expression of uncertainty in measurement—Part 1: Introduction (JCGM GUM-1:2023). Bureau International des Poids et Mesures. https://doi.org/10.59161/JCGMGUM-1-2023
Taylor, B. N., & Kuyatt, C. E. (1994). Guidelines for evaluating and expressing the uncertainty of NIST measurement results (NIST Technical Note 1297). National Institute of Standards and Technology. https://doi.org/10.6028/NIST.TN.1297
Integración, proyecto y evaluación final
Hemos estudiado por separado:
Ahora las integraremos en una sola secuencia:
La Parte 9 incluirá:
La Parte 9 comienza en 5.159 · Figura 5.46 · Tabla 5.29 · Demostración 34 .
Integración, proyecto y evaluación final
De la medición al resultado científicamente comunicado
medir · modelar · calcular · propagar · interpretar · redondear · comunicar
5.159. El capítulo termina integrando, no agregando otra fórmula
FUNDAMENTAL · ●○○○Hasta ahora hemos estudiado por separado:
En un problema real, estas decisiones no aparecen aisladas.
Forman una secuencia:
Un resultado de ingeniería no es solamente el número que produce una calculadora. Es una afirmación cuantitativa respaldada por un procedimiento de medición, un modelo, una evaluación de incertidumbre y unas reglas explícitas de comunicación.
5.160. Procedimiento integrado de referencia
Tabla 5.29. Procedimiento completo para resolver un problema de medición
| Paso | Pregunta | Producto esperado |
|---|---|---|
| 1 | ¿Qué magnitud queremos determinar? | Mensurando definido. |
| 2 | ¿Qué datos están disponibles? | Valores, unidades e información experimental. |
| 3 | ¿Cuál es el modelo? | Y=f(X₁,…,Xₙ). |
| 4 | ¿Qué valor produce el modelo? | Valor de trabajo sin redondeos prematuros. |
| 5 | ¿Cómo se caracteriza cada entrada? | u(xᵢ), límites, certificados, Tipo A o Tipo B según corresponda. |
| 6 | ¿Cómo responde Y a cada entrada? | Coeficientes de sensibilidad cᵢ. |
| 7 | ¿Existen dependencias? | Covarianzas o coeficientes de correlación cuando sean relevantes. |
| 8 | ¿Qué cantidad queremos combinar? | Cota B o incertidumbre estándar combinada u₍c₎. |
| 9 | ¿Qué contribuciones dominan? | Presupuesto interpretado. |
| 10 | ¿Cómo debe redondearse? | Incertidumbre y valor armonizados. |
| 11 | ¿Qué se está reportando? | u, u₍c₎, U o B identificada explícitamente. |
| 12 | ¿La comunicación final es coherente? | Valor, unidad, incertidumbre y contexto claramente expresados. |
5.161. Proyecto integrado de circuitos: divisor resistivo
AVANZADO · ●●●○Consideremos el siguiente escenario didáctico.
Se desea determinar la tensión:
en el resistor R₂ de un divisor resistivo alimentado por una fuente de corriente continua.
Los valores de entrada son:
Para esta demostración se supone que las tres entradas son:
El modelo ideal es:
5.162. Resolver completamente el divisor resistivo
Modelo:
Sustituimos sin redondeos intermedios:
Ahora calculamos las sensibilidades.
Respecto de Vs:
Respecto de R₁:
Respecto de R₂:
Contribución de la fuente:
Contribución de R₁:
Contribución de R₂:
Como las entradas se han supuesto no correlacionadas:
Con dos cifras significativas:
Armonizamos el valor:
Ésta es una comunicación con incertidumbre estándar combinada. No se ha aplicado ningún factor de cobertura.
5.163. Presupuesto de incertidumbre del divisor
Tabla 5.30. Presupuesto de incertidumbre para Vₒ
| Entrada | Valor | u(xᵢ) | cᵢ | |cᵢ|u(xᵢ) |
|---|---|---|---|---|
| Vₛ | 12,00 V | 0,02 V | 0,6667 V/V | 0,01333 V |
| R₁ | 1,000 kΩ | 0,005 kΩ | −2,6667 V/kΩ | 0,01333 V |
| R₂ | 2,000 kΩ | 0,010 kΩ | 1,3333 V/kΩ | 0,01333 V |
En este ejemplo cuidadosamente construido, las tres contribuciones tienen la misma magnitud:
Por tanto, cada una aporta aproximadamente:
No existe aquí una única entrada dominante.
5.164. El presupuesto también sirve para tomar decisiones
Supongamos que se desea reducir:
El presupuesto muestra que las tres contribuciones son semejantes.
Por tanto, mejorar exclusivamente una de ellas no eliminará las otras dos.
La propagación de incertidumbre no sirve únicamente para escribir el resultado final.
También permite decidir dónde conviene invertir esfuerzo, tiempo o dinero para mejorar una medición.
5.165. De u₍c₎ a una incertidumbre expandida
Del proyecto obtuvimos:
Si, para un propósito de reporte definido, se adopta:
entonces:
Con dos cifras significativas:
El valor principal termina en milésimas:
y debe acompañarse de:
El uso de k=2 no debe interpretarse automáticamente como una cobertura exacta determinada sin considerar las condiciones estadísticas y metrológicas correspondientes.
5.166. Dos comunicaciones correctas, pero con significados diferentes
Vo=8,000 V;
uc(Vo)=0,023 V.
Vo=(8,000±0,046) V;
U=0,046 V;
k=2.
La segunda comunicación no es «más correcta».
Responde a una necesidad de reporte distinta.
5.167. Tres familias de problemas integradores
El documento base utiliza tres situaciones que permiten reconocer tres estructuras matemáticas fundamentales.
Tabla 5.31. Tres estructuras de propagación representativas
| Situación | Modelo | Estructura dominante |
|---|---|---|
| Masa total de líquido | Lₜ=(M₁−m₁)+(M₂−m₂) | Sumas y restas |
| Altura por semejanza | L=L₁L₂/L₃ | Producto y cociente |
| Péndulo simple | g=4π²LT⁻² | Producto de potencias |
| Divisor resistivo | Vₒ=VₛR₂/(R₁+R₂) | Expresión mixta → derivadas parciales |
5.168. Problema aditivo: masa total de líquido
Datos didácticos del problema base:
Modelo:
Valor:
Si las cuatro incertidumbres estándar se consideran no correlacionadas:
Con dos cifras significativas:
Si los números 10, 1, 20 y 1 fueran en cambio límites de peor caso, deberían identificarse como tales y se construiría una cota B=32 g.
5.169. Producto y cociente: altura mediante semejanza
Datos del problema base:
Modelo:
Valor de trabajo:
En el ejemplo original, las contribuciones relativas numéricas son:
Si estas cantidades corresponden a incertidumbres estándar relativas no correlacionadas:
Entonces:
La contribución relativa mayor es:
Por tanto, dentro de este modelo y este conjunto de datos, mejorar L₃ sería una estrategia especialmente relevante.
5.170. Producto de potencias: péndulo simple
El documento base proporciona:
Despejamos:
También:
Para L y T no correlacionados:
La contribución relativa del periodo aparece multiplicada por:
porque su exponente es:
El documento base no proporciona en este problema un conjunto completo de valores numéricos de L, T y sus incertidumbres; por ello el cierre se conserva deliberadamente en forma simbólica.
5.171. Tres etapas que nunca debemos confundir
INTERMEDIO · ●●○○Obtener el valor que produce el modelo.
Determinar qué incertidumbre corresponde a ese valor.
Redondear y expresar el resultado coherentemente.
5.172. Errores finales que debemos ser capaces de detectar
Los resultados intermedios deben conservar suficientes cifras de guarda.
La resolución pertenece al sistema de medición; precisión describe dispersión bajo condiciones especificadas.
Son conceptos metrológicos diferentes.
La propagación depende de sensibilidades, varianzas y covarianzas.
En el caso no correlacionado su contribución aparece al cuadrado.
Es una simplificación que requiere covarianzas nulas o despreciables.
Mismas unidades no implican mismo significado metrológico.
La interpretación de cobertura necesita condiciones y justificación.
La pantalla no determina la información defendible de un resultado.
Son procesos distintos.
Todo modelo tiene supuestos y un dominio de validez.
En este capítulo ± se reserva para una cantidad explícitamente identificada.
5.173. Lista de control antes de aceptar un resultado
| Control | Verificación |
|---|---|
| ¿Está claramente definido el mensurando? | □ Sí · □ Revisar |
| ¿Las unidades de entrada son coherentes? | □ Sí · □ Revisar |
| ¿El modelo representa adecuadamente el problema? | □ Sí · □ Revisar |
| ¿Se conservaron cifras de guarda? | □ Sí · □ Revisar |
| ¿Cada componente de incertidumbre está correctamente caracterizada? | □ Sí · □ Revisar |
| ¿Se distinguieron límites, u y U? | □ Sí · □ Revisar |
| ¿Se examinaron correlaciones? | □ Sí · □ Revisar |
| ¿La propagación corresponde al modelo? | □ Sí · □ Revisar |
| ¿La aproximación lineal es adecuada? | □ Sí · □ Revisar |
| ¿La incertidumbre está redondeada coherentemente? | □ Sí · □ Revisar |
| ¿Valor e incertidumbre terminan en la misma posición decimal? | □ Sí · □ Revisar |
| Si se utiliza U, ¿se informa k y el contexto necesario? | □ Sí · □ Revisar |
5.174. Evaluación final del Capítulo 5
1. Cifras significativas
Indica cuántas cifras significativas poseen:
- 0,00450
- 10,05
- 7,00 × 10²
- 0,000820
2. Redondeo
Redondea:
- 8,543 a 3 C.S.;
- 4,998 a 3 C.S.;
- 2,09250 a 4 C.S. utilizando redondeo al par en la mitad exacta.
3. Operaciones
- 92,396 g + 2,1 g
- 3,45 × 2,1
- 19,70 ÷ 4,2
Aplica la regla práctica de presentación apropiada en cada caso.
4. Incertidumbre estándar en una suma
Si X e Y no están correlacionadas, calcula uc(X+Y).
5. Producto
Suponiendo covarianza nula:
- calcula P;
- calcula uc,r(P);
- calcula uc(P);
- presenta el resultado.
6. Potencia
Si:
y:
determina aproximadamente ur(Y).
7. Correlación
Para:
con:
calcula uc(Z).
8. Análisis conceptual
Explica por qué:
es una expresión incompleta si no se explica qué representa 0,023 V.
5.175. Respuestas orientadoras de la evaluación
El símbolo ± no identifica por sí mismo si 0,023 V es una incertidumbre estándar, una incertidumbre expandida, una tolerancia, una cota u otro intervalo. La cantidad debe definirse explícitamente.
5.176. Rúbrica de autoevaluación del estudiante
| Competencia | Lo logro | Debo practicar |
|---|---|---|
| Identifico correctamente cifras significativas. | □ | □ |
| Redondeo sin hacerlo prematuramente. | □ | □ |
| Distingo posición decimal de precisión metrológica. | □ | □ |
| Escribo un modelo de medición. | □ | □ |
| Calculo coeficientes de sensibilidad. | □ | □ |
| Distingo u, u₍c₎, U y una cota. | □ | □ |
| Reconozco cuándo debo considerar correlaciones. | □ | □ |
| Selecciono una regla particular solo cuando sus condiciones se cumplen. | □ | □ |
| Construyo e interpreto un presupuesto de incertidumbre. | □ | □ |
| Comunico un resultado con unidad e incertidumbre coherentes. | □ | □ |
5.177. Cierre del Capítulo 5
Una calculadora puede producir diez, quince o más dígitos.
Eso no significa que el proceso experimental justifique todos esos dígitos.
Las cifras significativas ayudan a comunicar el detalle numérico.
El redondeo evita presentar una resolución numérica injustificada.
El modelo conecta las magnitudes de entrada con el mensurando.
Los coeficientes de sensibilidad muestran cómo responde el resultado.
La propagación determina cómo las incertidumbres de entrada contribuyen a la incertidumbre de salida.
↓
modelar
↓
calcular
↓
evaluar incertidumbre
↓
interpretar
↓
redondear
↓
comunicar
Y la distinción más importante del capítulo queda resumida así:
cifras significativas ≠ incertidumbre
cota ≠ incertidumbre estándar
u₍c₎ ≠ U
modelo ≠ realidad
Un resultado científicamente bien comunicado no es el que contiene más dígitos, sino el que expresa con coherencia qué valor se obtuvo, en qué unidad, con qué incertidumbre y bajo qué modelo de medición.
Referencias
Bureau International des Poids et Mesures. (2026). The International System of Units (SI) (9th ed., Version 4.01). Bureau International des Poids et Mesures. https://doi.org/10.59161/AUEZ1291
Joint Committee for Guides in Metrology. (2008). Evaluation of measurement data—Guide to the expression of uncertainty in measurement (JCGM 100:2008). Bureau International des Poids et Mesures. https://doi.org/10.59161/JCGM100-2008E
Joint Committee for Guides in Metrology. (2012). International vocabulary of metrology—Basic and general concepts and associated terms (VIM) (3rd ed., JCGM 200:2012). Bureau International des Poids et Mesures. https://doi.org/10.59161/JCGM200-2012
Joint Committee for Guides in Metrology. (2020). Guide to the expression of uncertainty in measurement—Part 6: Developing and using measurement models (JCGM GUM-6:2020). Bureau International des Poids et Mesures. https://doi.org/10.59161/JCGMGUM-6-2020
Joint Committee for Guides in Metrology. (2023). Guide to the expression of uncertainty in measurement—Part 1: Introduction (JCGM GUM-1:2023). Bureau International des Poids et Mesures. https://doi.org/10.59161/JCGMGUM-1-2023
Taylor, B. N., & Kuyatt, C. E. (1994). Guidelines for evaluating and expressing the uncertainty of NIST measurement results (NIST Technical Note 1297). National Institute of Standards and Technology. https://doi.org/10.6028/NIST.TN.1297
Cifras significativas, redondeo y propagación de incertidumbres
La secuencia editorial queda cerrada en 5.177 · Figura 5.51 · Tabla 5.33 · Demostración 38.