Laboratorio 1 · Cátedra Acha · Departamento de Física, FCEyN, UBA

Bloque I · Mediciones, incertezas y estadística

Respuestas · ¿Son compatibles estos dos resultados?

Respuesta corta y desarrollo completo de las preguntas de la simulación.

Cada pregunta viene con una respuesta corta y con el desarrollo completo. Están plegadas a propósito: intentá contestarla vos primero — con la simulación abierta al lado, moviendo los deslizadores — y recién después abrí el desplegable. Leer la respuesta sin haber intentado no deja nada.

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(a) Construí un caso donde las barras no se toquen y aun así z < 2.
Respuesta corta
Por ejemplo A = 9.68 ± 0.10 y B = 9.92 ± 0.10: hay 0.04 de hueco entre las barras y sin embargo z = 0.24/0.141 = 1.70. Compatibles.
El desarrollo

Con ΔA = ΔB = Δ, las barras dejan de tocarse cuando |a − b| > 2Δ, mientras que

z = |a − b| / √(ΔA² + ΔB²) = |a − b| / (Δ√2)

En el límite exacto de contacto, z = 2Δ/(Δ√2) = √2 ≈ 1.41. Es decir: todo el intervalo 1.41 < z < 2 corresponde a barras que no se tocan y resultados compatibles según el criterio z. El criterio visual «que se superpongan» equivale a exigir z < 1.41, o sea un 16 % de falsos rechazos en vez del 5 % que uno cree estar usando.

Con incertezas desiguales, la diferencia entre ambos criterios puede ser mayor: si ΔA ≫ ΔB, el contacto ocurre cerca de z ≈ 1. La conclusión operativa es que las barras que se tocan son una ayuda visual, no un test. El test es el número z, y conviene escribirlo explícitamente en el informe.

(b) Si duplicás ΔB, ¿la compatibilidad mejora? ¿Es eso una buena noticia?
Respuesta corta
El valor de z disminuye al ampliar cualquiera de las barras, pero eso no implica una medición más informativa: cualquiera puede volverse «compatible con todo» inflando su incerteza.
El desarrollo

Por eso la compatibilidad no es un premio ni un objetivo. Un resultado con una barra enorme es compatible con el valor de tabla, con el doble y con la mitad, y aporta muy poca información. El par (valor, incerteza) tiene que juzgarse junto, y en ese orden:

  1. Primero se verifica que la incerteza esté justificada: presupuesto de contribuciones, residuos sin estructura, χ²red ≈ 1.
  2. Recién después se testea compatibilidad.

Un χ²red ≪ 1 es un indicio de incertezas sobreestimadas, igual que χ²red ≫ 1 lo es de incertezas subestimadas o de un modelo malo. Ese es justamente el sentido del panel de los quince grupos: con incertezas subestimadas, la dispersión entre grupos es mucho mayor que las barras individuales; con incertezas infladas, mucho menor. En los dos casos el conjunto de resultados es internamente inconsistente, y eso se ve aunque no conozcas el valor verdadero.

(c) ¿Qué diferencia hay entre «compatible con el valor de tabla» e «igual al valor de tabla»?
Respuesta corta
Compatible significa que no hay evidencia de diferencia con la precisión que tenés. Igual es una afirmación que ningún experimento puede demostrar.
El desarrollo

No rechazar una hipótesis no es demostrarla. Con Δ = 1 m/s² todo el mundo es «compatible» con g; con Δ = 0.001 m/s² casi nadie. La afirmación sólo tiene contenido si va acompañada de la sensibilidad: «compatible con 9.797 m/s² dentro de 0.02 m/s²» equivale a la cota |g − gtabla| ≲ 0.04 m/s² al 95 %, y eso sí es un resultado.

Es la diferencia entre un test y una cota, y es exactamente la misma discusión que hay en física de partículas cuando se reporta un límite superior en vez de una detección. En un informe de Labo 1 se traduce en una regla simple: conviene no informar solamente el veredicto. Escribí el valor, la incerteza, el z y la conclusión. Los tres primeros permiten que otro rehaga tu razonamiento; el cuarto solo, no.

Si alguna respuesta no te resulta clara o te parece discutible, llevala a clase. Varias preguntas admiten más de un enfoque, y en todos los casos conviene justificar el razonamiento.

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