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Propagação de Erros, Resumos de Engenharia de Produção

Resumo com a fórmula de Propagação de erros.

Tipologia: Resumos

Antes de 2010

Compartilhado em 20/10/2009

mauro-correia-1
mauro-correia-1 🇧🇷

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bg1
1 Propaga¸ao de Erros
Se uma grandeza w´e calculada em fun¸ao de outras grandezas x,y,z,... que em
erros, ent˜ao wtamb´em tem erros, evidentemente. As express˜oes que permitem
calcular a incerteza em wao apresentadas a seguir.
1.1 ormula de propaga¸ao de erros
Uma grandeza wque ´e calculada como fun¸ao de outras grandezas x,y,z,...
pode ser representada na forma funcional por
w=w(x, y, z, ...).(1)
As grandezas x,y,z,... ao admitidas como sendo grandezas experimentais,
sendo σx,σy,σz,... os erros padr˜oes correspondentes
xσx;yσy;zσz...
Se os erros nas vari´aveis x,y,z,... ao completamente independentes entre
si, o erro padr˜ao σwna grandeza ´e dado em primeira aproxima¸ao por
σ2
w=∂w
∂x 2
σ2
x+∂w
∂y 2
σ2
y+∂w
∂z 2
σ2
z+· · · (2)
Para que esta seja uma boa aproxima¸ao, a fun¸ao w(x, y , z, ...) deve variar de
maneira suficientemente lenta com x,y,z,.... Se os erros nas vari´aveis ao ao
completamente independentes entre si, a express˜ao acima ´e incompleta.
No caso de uma ´unica vari´avel xa Eq.(2) se reduz simplesmente `a expres˜ao
σ2
w=dw
dx 2
σ2
x
σw=
dw
dx
σx.(3)
Deve ser observado que σxeσwao positivos por defini¸ao. Assim, deve ser
considerada apenas a raiz positiva de σ2
w, iste ´e,
σw= +pσ2
w.
—————————————————————————————————
Exemplo 1: O volume de um cilindro pode ser determinado medindo-se o
comprimento Le o raio R. O Volume V´e calculado pela ormula
V=πLR2.
Uma vez que ReLtem erros experimentais ´e evidente que o volume V
tamb´em tem erro, pois ´e calculado a partir de ReL.
A rela¸ao entre as incertezas ´e dada pela Eq.(2) que, neste caso particular
pode ser escrita na forma
σ2
V=∂V
∂L 2
σ2
L+∂V
∂R 2
σ2
R
1
pf2

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1 Propaga¸c˜ao de Erros

Se uma grandeza w ´e calculada em fun¸c˜ao de outras grandezas x, y, z, ... que tˆem erros, ent˜ao w tamb´em tem erros, evidentemente. As express˜oes que permitem calcular a incerteza em w s˜ao apresentadas a seguir.

1.1 F´ormula de propaga¸c˜ao de erros

Uma grandeza w que ´e calculada como fun¸c˜ao de outras grandezas x, y, z, ... pode ser representada na forma funcional por

w = w(x, y, z, ...). (1)

As grandezas x, y, z, ... s˜ao admitidas como sendo grandezas experimentais, sendo σx, σy , σz , ... os erros padr˜oes correspondentes

x → σx; y → σy ; z → σz ...

Se os erros nas vari´aveis x, y, z, ... s˜ao completamente independentes entre si, o erro padr˜ao σw na grandeza ´e dado em primeira aproxima¸c˜ao por

σ^2 w =

( (^) ∂w ∂x

σ^2 x +

( (^) ∂w ∂y

σ^2 y +

( (^) ∂w ∂z

σ^2 z + · · · (2)

Para que esta seja uma boa aproxima¸c˜ao, a fun¸c˜ao w(x, y, z, ...) deve variar de maneira suficientemente lenta com x, y, z, .... Se os erros nas vari´aveis n˜ao s˜ao completamente independentes entre si, a express˜ao acima ´e incompleta. No caso de uma ´unica vari´avel x a Eq.(2) se reduz simplesmente `a expres˜ao

σ w^2 =

( (^) dw dx

σ^2 x

σw =

dw dx

∣σx. (3)

Deve ser observado que σx e σw s˜ao positivos por defini¸c˜ao. Assim, deve ser considerada apenas a raiz positiva de σ^2 w, iste ´e,

σw = +

σ w^2.

————————————————————————————————— Exemplo 1: O volume de um cilindro pode ser determinado medindo-se o comprimento L e o raio R. O Volume V ´e calculado pela f´ormula

V = πLR^2.

Uma vez que R e L tem erros experimentais ´e evidente que o volume V tamb´em tem erro, pois ´e calculado a partir de R e L. A rela¸c˜ao entre as incertezas ´e dada pela Eq.(2) que, neste caso particular pode ser escrita na forma

σ^2 V =

( ∂V

∂L

σ L^2 +

( ∂V

∂R

σ^2 R

pois V = V (L, R). Calculando as derivadas parciais, teremos:

∂V ∂L

= πR^2 e

∂V

∂R

= πL(2R).

Dessa forma a express˜ao final para o erro fica na forma:

σ^2 V = (πR^2 )^2 σ L^2 + (2πLR)^2 σ^2 R.

A express˜ao acima ´e um pouco inconveniente para se calcular σV. Neste caso particular, ´e poss´ıvel obter uma express˜ao mais simples dividindo os dois lados da equa¸c˜ao por V 2 = (πLR^2 )^2 (Exerc´ıcio: Demonstre o resultado abaixo fazendo explicitamente essa conta):

( (^) σV V

( (^) σL L

σR R