UNIVERSIDAD NACIONAL SAN CRISTOBAL DE HUAMANGA FACULTAD DE INGENIERÍA DE MINAS, CIVIL Y GEOLOGÍA ESCUELA DE FORMACIÓN PROFESIONAL INGENIERÍA DE SISTEMAS
REACCIÓN DE TIEMPO LABORATORIO Nº 01 Docente
: LOZANO RODRIGUEZ, Jorge Luis
Integrantes
: YUPANQUI OCHOA, Fredy ROCA ARANGO, Jhony Beltrán
Sigla
: FS – 142
Horario
: Miércoles de 5:00 – 7:00 pm
Serie
: 100
Ayacucho – Perú 2012 1
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Ing. de sistemas
El presente trabajo está dedicado a nuestros padres por su apoyo incondicional.
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INTRODUCCIÓN
El propósito del experimento es aprender a calcular incertidumbres en las mediciones que realizamos en nuestros experimentos y comprobar así que toda medición tiene una incertidumbre o margen de error el cual se pudo hallar por medio de métodos estadísticos y otros no estadísticos. Para hallar la incertidumbre del periodo de oscilación del péndulo se utilizara un método estadístico que se basa en calcular la desviación estándar de la media y para hallar la incertidumbre de la longitud del péndulo y de la aceleración de la gravedad (hallada indirectamente con los valores del periodo y de la longitud del péndulo) se utilizara un método no estadístico. Al final tendremos como resultado el valor aproximado de la aceleración de la gravedad con base en los resultados de nuestros datos.
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FUNDAMENTO TEÓRICO
Cuando una persona tiene que realizar alguna acción en respuesta a un dado estimulo (visual, auditivo, táctil), transcurre un cierto tiempo entre la recepción del estímulo y la ejecución de la acción. Este intervalo de tiempo se conoce como tiempo de reacción de una persona. Esto sucede por ejemplo, cuando una persona q conduce un vehículo tiene que frenar luego de visualizar un obstáculo en el camino, o cuando un atleta de la línea de partida debe decidir que empieza la carrera después de que escucha la señal de largada dada por el juez de la competencia. Estas demoras en la reacción están reguladas por los efectos. El primero es el tiempo de transito de estímulo en los órganos sensibles correspondientes (ojo. oído, etc.). El segundo tiene que ver con el tiempo q pasa entre los impulsos nerviosos y el movimiento de los músculos, se sugiere medir el tiempo de reacción de una persona (el intervalo transcurrido entre la percepción de un estímulo y la acción motora). El tiempo de reacción de muchos factores entre otros: del tipo de estímulo. De nivel atención del sujeto del requerimiento de una decisión para discriminar entre estímulos diferentes, etc. OBJETIVOS
Calcular el tiempo de reacción promedio de una persona mediante un experimento recreacional. Comparar el valor teórico con el valor experimental del tiempo de reacción obtenido en el experimento. Determinar el error asociado a la medida de los datos obtenidos en el experimento mediante teoría de errores. Analizar el grado de incerteza de los datos obtenidos en el experimento mediante la teoría de error.
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MARCO TEÓRICO
El tiempo es un factor importante en todos los principios de la naturaleza, interviene necesariamente en todos los procesos fisiológicos presentes en las funciones superiores, así como en todos los procesos psicofisiológicos o más puramente psíquicos; interviene cuantos más complejos sean este proceso. (En Pieron, Chocholle y Leplat, 1972). Los efectos del tiempo en las funciones superiores se refieren, si duda alguna, a la puesta en funcionamiento de estas funciones; en todos los niveles se acumulan atrasos importantes, en todas partes se necesitan demoras, todos esos atrasos, son muy importantes tenemos que conocerlos, tanto desde el punto de vista teórico como desde el punto de vista práctico. (Pieron, Chocholle y Leplat, 1972). Por supuesto, algunos atrasos y algunas demoras pueden medirse directamente, por ejemplo, mediante procedimientos electrofisiológicos; sin embargo estas mediciones casi siempre sólo pueden realizarse en el animal. Aparecen entonces graves dificultades en cuanto a su interpretación, puesto que nuestros conocimientos acerca de las funciones superiores se limitan esencialmente al hombre o bien se refiere a nosotros mismos, y puesto que se les obtiene a partir de la propia subjetividad, cada uno solo puede juzgar respecto de sí mismo. Por lo tanto, los resultados de estas mediciones resultan casi siempre fraccionados y limitados. ( Pieron, Chocholle y Leplat, 1972). En la psicología experimental una variable es la velocidad ya que todo acto necesita tiempo para su ejecución, este puede medirse en cumplir una cantidad de trabajo, o bien podemos poner un tiempo límite y medir la cantidad de trabajo verificada en el tiempo dado. En ambos casos medimos la velocidad del trabajo. La velocidad es útil como índice de reacción o logro y como índice de complejidad del proceso interno implicado en el cumplimiento del resultado. (Castañada Rodríguez, 1981). Según Pieron, Chocholle y Leplat (1972.). El tiempo de reacción es la demora más breve entre una respuesta simple que presenta los caracteres de una respuesta habitualmente voluntaria y una incitación inicial que, casi siempre, adquiere la forma de un estímulo, estando ambas determinadas y fijadas por el operador y sin que existan entre ellas relaciones naturales algunas. ( Pieron, Chocholle y Leplat, 1972). Woodworth (1964), define el tiempo de reacción como la más simple medición de tiempo. Es el tiempo requerido para que se inicie la respuesta externa, corresponde al intervalo E-R. La respuesta no puede salir del organismo hasta que 5
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llega a los músculos (por medio de los sentidos) y produce un efecto visible sobre el ambiente. Tiene que despertarse la actividad del órgano sensorial, los nervios deben conducirla al cerebro y este a los músculos y los músculos deben contraerse y mover algún objeto externo o moverse ellos mismos. Inclusive en la reacción más simple posible, los impulsos nerviosos procedentes del órgano sensorial tienen que acumular y concentrar suficiente excitación para despertar las áreas motoras del cerebro y provocar una descarga hacia los músculos. En (Castañeda Rodríguez, 1981). En los tiempos de reacción a estímulos sensoriales. Puede haber uno o varios estímulos simultáneos o sucesivos y una o varias respuestas posibles; se distinguen entre sí los tiempos de reacción simples donde el acto perceptual es elemental (percepción de la aparición, la variación o la finalización de un estímulo) de los tiempos de reacción complejos (tiempos de reacción a la elección) en los que el acto perceptual está más diferenciado y casi siempre requiere una decisión entre varias respuestas posibles. (Pieron, Chocholle y Leplat, 1972). Cuando una persona tiene que realizar una acción de respuesta a un estímulo dado (visual, auditivo y táctil), transcurre un cierto tiempo entre la recepción del estímulo y la ejecución de la acción, este intervalo de tiempo se conoce como tiempo de reacción de una persona. Esto sucede, por ejemplo, cuando una persona que conduce un vehículo tiene que frenarlo luego de visualizar un obstáculo en el camino, o cuando un atleta en la línea de partida debe decidir que empieza la carrera después de que escucha la señal de largada dada por el juez de la competencia. Estas demoras en la reacción están reguladas por dos efectos. El primero es el tiempo de tránsito del estímulo en los órganos sensibles correspondientes. El segundo tiene que ver con el tiempo que pasa entre los impulsos nerviosos y el movimiento muscular. El tiempo de reacción, llamado también latencia de la repuesta, comprende el tiempo de los órganos de los sentidos, el tiempo cerebral, el tiempo del nervio y el tiempo muscular. (Castañeda rodríguez, 1981).
FORMULAS.t
: Datos
∑
:Valor promedio
: Error aparente
: Error aparente cuadrático
∑
: Variación estándar 6
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√
: Desviación estándar
√
: Error aleatorio
: Incertidumbre
: Error relativo
: Error relativo porcentual
EQUIPOS Y MATERIALES
01 cronometro.
01 grupo de estudiantes.
PROCEDIMIENTO EXPERIMENTAL Y TOMA DE DATOS
PASO 1: los integrantes del grupo de alumnos, no menos de 10 se toma de la mano formando un círculo.
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PASO 2: Un alumno, que pertenece al círculo se encargará de registrar el tiempo, cogiendo con su mano izquierda el cronómetro y con la mano derecha la mano de compañero. PASO 3: El encargado del registro del tiempo presiona la mano del que está a su derecha, al mismo tiempo que hecha andar el cronómetro (ambas manos deben presionar simultáneamente). PASO 4: Cuando el estudiante que estas la derecha del estudiante que tiene el cronómetro siente su precio en su mano inmediatamente reacciona y presionará la mano de su compañero vecino y así sucesivamente se continua hasta que el último de los estudiantes presionará la mano de estudiante que tiene el PASO 5: Cuando el estudiante que registra el tiempo reciba el apretón en su mano izquierda del último estudiante del grupo, inmediatamente detendrán el cronómetro registrando el tiempo transcurrido en la siguiente tabla. PASO 6: El tiempo de reacción promedio T R de una persona perteneciente al grupo se determina dividendo este tiempo entre el alumno “n” de integrantes del
grupo.
PASO 7: Repita este proceso 10 veces y registre los resultados en la tabla.
PASO 8: Aplique teoría de errores a los datos obtenidos en el experimento según como se indica en la tabla.
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ANÁLISIS DE DATOS EXPERIMENTALES
Nº 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15
T(Seg) 2.6 3 2.3 2.6 2.7 2.7 2.9 2.7 2.8 2.7 2.6 2.4 2.8 2.4 2.5
Tr(Seg) 0.43 0.5 0.38 0.433 0.45 0.45 0.483 0.45 0.467 0.45 0.433 0.4 0.467 0.4 0.417 TR = 0.44
t
ea 0.01 -0.06 0.06 0.007 -0.01 -0.01 -0.043 -0.01 -0.027 -0.01 0.007 0.04 -0.027 0.04 0.023
ea2 0.0001 0.0036 0.0036 0.0000 0.0001 0.0001 0.0018 0.0001 0.0007 0.0001 0.0000 0.0016 0.0007 0.0016 0.0005
0
σ
2
0.000988933
σ = 0.03144730513
Ea = 0.008404645 L.C = TR ϵ <0.432, 0.448> Er = 0.06455601136 = E% = 6.5%
: Datos : Incertidumbre
CUESTIONARIO
Use los datos de la tabla y determine su tiempo de reacción. Teniendo en consideración los datos de la tabla se obtuvo, el tiempo de reacción que es de TR= 0.1942 ¿Cuál es el error relativo y porcentual estimado, y sus límites de fiabilidad? El error relativo es de = E r 0.03478027 El error porcentuales es de = E%= 3.47802699
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¿A qué se debe error cometido en el cálculo? El error cometido en el cálculo se debe a la descoordinación del grupo al momento de tomar los datos. Analice el error porcentual de los resultados de las tablas asiento uso del método estadístico. Indique las principales fuentes de error sistemático en la determinación de los resultados Una principal fuente de error es el cronómetro del celular con que se tomó el tiempo. La falta de seguridad del que tomaban el tiempo. La descoordinación del grupo al momento de tomar datos. Indique este tipo de medidas son: ¿directa o indirecta? Explique Medida directa: Mediciones directas son aquellas que podemos comparar directamente con un patrón de referencia, así podemos medir directamente la distancia con el metro, el tiempo con un reloj, la masa con el prototipo del kilogramo, etc. Medida indirecta: Cuando estas medidas no se pueden realizar por comparación directa con el patrón o referencia, sino que deriva de cálculos matemáticos que hacen referencia al evento que estamos estudiando, en ese caso tenemos una medición indirecta. Por ejemplo seria el determinar la edad del universo. ¿Cuál sería un porcentaje de error aceptable los resultados biológicos? Es frecuente que algunos sistemas presenten artificios que se manifiestan como picos adicionales, que los operadores con escasa experiencia pueden interpretar en la toma de datos. Errores de manipulación dentro del laboratorio: siempre puede existir confusión de muestras por parte del operador, si bien las reiteradas prácticas de laboratorio, como un etiquetado adecuado y la repetición de estudios, reducen al mínimo esa posibilidad. ¿Dado un estímulo, ¿el tiempo de reacción es constante? No siempre el tiempo de reacción es constante ante un estímulo, varían según el estado anímico de una persona. ¿Cómo estimo de la incertidumbre para la medición?
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¿Qué puedo hacer con los errores sistemáticos? Los errores sistemáticos no se manifiestan como fluctuaciones aleatorias en los resultados de las mediciones. Por lo tanto, dado que el mismo error está involucrado en cada medición, no pueden eliminarse simplemente repitiendo las mediciones varias veces [imagine, por ejemplo, que Ud. utiliza (sin darse cuenta) 11
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una regla a la que le faltan dos centímetros en el extremo del cero]. En consecuencia, estos errores son particularmente serios y peligrosos, y pueden eliminarse sólo después de realizar cuidadosas calibraciones y análisis de todas las posibles correcciones. Algunas veces, los errores sistemáticos se manifiestan como un corrimiento en valores medidos consecutivamente o como un cambio en el valor experimental medido cuando se cambia la técnica experimental de medición. Ósea Pueden ser corregidas mediante ecuaciones matemáticas que eliminen el error. En algunos casos pueden emplearse distintos artificios que hacen que la perturbación se auto eliminé. En virtud de las causas que originan este tipo de error, es conveniente realizar una subdivisión de los errores sistemáticos: 2.A - Errores que introducen los instrumentos o errores de ajuste. Estos errores son debidos a las imperfecciones en el diseño y construcción de los instrumentos. Mediante la calibración durante la construcción, se logra que para determinadas lecturas se haga coincidir las indicaciones del instrumento con valores obtenidos con un instrumento patrón local. 2.B - Errores debidos a la conexión de los instrumentos o errores de método. Los errores de método se originan en el principio de funcionamiento de los instrumentos de medición. Hay que considerar que el hecho de conectar un instrumento en un circuito, siempre origina algún tipo de perturbación en el mismo. Por ejemplo, en los instrumentos analógicos aparecen los errores de consumo, fase, etcétera. Para corregir estos errores deben determinarse las características eléctricas de los instrumentos (resistencia, inductancia y capacidad). En algunos casos es posible el uso de sistemas de compensación, de forma tal de autoeliminar el efecto perturbador. Por ejemplo, en el caso del wattímetro compensado, que posee un arrollamiento auxiliar que contrarresta la medición del consumo propio. 2.C - Errores por causas externas o errores por efecto de las magnitudes de influencia. El medio externo en que se instala un instrumento influye en el resultado de la medición. Una causa perturbadora muy común es la temperatura, y en mucha menor medida, la humedad y la presión atmosférica. 2.D - Errores por la modalidad del observador o ecuación personal. Cada observador tiene una forma característica de apreciar los fenómenos, y en particular, de efectuar lecturas en las mediciones. Lo curioso que nos muestra la experiencia, es que cada observador repite su modalidad en forma sistemática. De allí que se denomine a esta característica ecuación personal. 12
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¿De qué depende el tiempo de reacción? El tiempo de reacción depende de varios factores: Estado de atención del cronometrista momentos antes impulso táctil. Consumo de medicamentos, alcohol. Afecta incluso en dosis mínimas. Edad y actividad física habitual. Experiencia y pericia. Condiciones de visibilidad y estado reacción para pulsar el botón de pausa. Cansancio y sueño, entre otros. Según Zatsiorski (1966), citado por Manso (1996), el tiempo de reacción se divide en cinco fases: Tiempo que el receptor tarda en captar el estímulo; es decir, el tiempo que tarda en llegar el estímulo desde donde se produce hasta el receptor correspondiente Tiempo que el estímulo tarda en recorrer la vía aferente; o sea, tiempo que tarda en llegar el estímulo desde el receptor a la zona del cerebro correspondiente a cada sentido Tiempo de elaboración de la respuesta; es decir, selección de una respuesta correcta idónea entre toda la gama de experiencias almacenadas en la memoria Tiempo que el estímulo tarda en recorrer la vía eferente hasta llegar a la placa motriz Tiempo que tarda en estimularse el músculo; o sea, en iniciarse la contracción Podemos hablar de dos tipos diferentes de tiempo de reacción (ZATSIORSKI, 1966 y MANSO, 1996, ZAKHAROV, 1992): El tiempo de reacción simple El tiempo de reacción discriminativo (compleja) Varios autores (ZATSIORSKI, 1966, PLATONOV, 1987) coinciden en denominar este último tiempo como de reacción compleja. Paralelamente Zatsiorski (1966) señala que la reacción puede manifestarse tanto en forma simple (rapidez de reacción simple) como compleja (rapidez de reacción compleja). El tiempo de reacción simple se mide en determinadas condiciones, cuando se conoce con anterioridad tanto el tipo de señal, como la forma de respuesta; es decir, cuando se usa un único estímulo y se mide el tiempo transcurrido entre este y el comienzo de la respuesta. Un ejemplo típico de reacción simple puede ser la respuesta al disparo del juez de la salida en la carrera de velocidad. Por otro lado, Manso (1996) lo define como el tiempo que separa una excitación sensorial de una respuesta motriz que el sujeto ya conoce de antemano, implicando una 13
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respuesta única a un estímulo ya conocido. Con relación a los valores del tiempo de reacción en sujetos que practican deportes y aquellos que no practican Platonov (1987) y Zatsiorski (1989) señalan que el tiempo de reacción simple en sujetos que no practican deportes es de 0,2-0,3 segundos aproximadamente y en los deportistas de elite oscila entre 0,1-0,2 segundos. Igualmente, Zakharov (1992) advierte que el valor del tiempo de reacción latente en las personas que no practican deporte varia de 0,2 a 0,4 segundos. En este sentido, la duración del período latente de la reacción simple constituye el 60-65% del tiempo de reacción y el componente motor ocupa el 35-40%. Si tengo que medir con cronómetro al tiempo que duró un evento (por ejemplo el tiempo de caída de un objeto) ¿cómo influye sobre el resultado de la medición el tiempo de reacción? En el tiempo de reacción de una persona pueden influir un amplio rango de factores. Como ejemplo podemos citar, en primer lugar, el nivel de concentración y atención que el individuo esté prestando a cierta situación particular en el momento en el que recibe un estímulo. Si alguno de los órganos sensoriales de una persona se encuentra deteriorado eso influirá en cuán rápido presente una respuesta a una situación determinada. Las condiciones del ambiente en el que se encuentren podrían influir; la cantidad de luz, la cantidad de ruido o incluso la cantidad de movimiento. El estado general del organismo del individuo en ese momento puede afectar también (si se encuentra enfermo, somnoliento) Asimismo si la persona ha ingerido alcohol o alguna sustancia alucinógena, el efecto de esta en su organismo va a afectar indiscutiblemente su tiempo de reacción. Los coeficientes de variación indican qué tan alejados están cada uno de los datos individuales con respecto al promedio de los mismos. Es importante porque nos permite tener al menos una pequeña noción del rango en el que varían esos datos, así como cuán cerca o lejos se encuentran los unos de los otros.
CONCLUSIONES
De acuerdo con lo que hemos observado, y los datos obtenidos en los ejercicios, tenemos que cada vez que se efectúe el conjunto de operaciones requeridas para medir una determinada magnitud, se obtendrá un número que solamente en forma aproximada representa la medida buscada. Por lo tanto, cada resultado de una medición está afectado por un cierto error. Con este laboratorio pudimos observar los métodos para realizar mediciones con sus respectivos cálculos de incertidumbres, comprobando que las incertidumbres se pueden hallar de dos formas: con métodos estadísticos, y no estadísticos. En 14
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este laboratorio utilizamos el método estadístico para hallar el tiempo de reacción y el no estadístico para hallar incertidumbres de objetos que participan en las mediciones, pero que por distintas razones no se puede hallar la incertidumbre por medios estadísticos, como los instrumentos de medida, el montaje y el tiempo de reacción de la persona. También pudimos hallar luego de diferentes cálculos y formulas la gravedad en el laboratorio con su respectiva incertidumbre. Dentro de las diferentes incertidumbres que pudimos encontrar, están la incertidumbre relativa del periodo, y la desviación estándar de la media. Para poder hallar incertidumbres por métodos no estadísticos, tuvimos que analizar las posibles fuentes de incertidumbre y estimar un valor para esta, algunas de ellas son: capacidad visual, tiempo de reacción, calidad del montaje, calidad de instrumentos de medición (Desgaste, Material) COMENTARIOS
En mediciones de tiempos usando un instrumento activado manualmente, como por ejemplo cuando se emplea un cronómetro (analógico o digital), el operador introduce una incertidumbre en la definición de los intervalos que está asociada a su tiempo de reacción. Esta incertidumbre debe considerarse en el momento de estimar la incertidumbre total de la medición de tiempos Si además añadimos la disminución instantánea del "TIEMPO DE REACCIÓN" por causa del sueño, la fatiga, o la ingesta de alcohol o drogas, la distancia recorrida durante el "TIEMPO DE REACCIÓN" es imprevisible.
BIBLIOGRAFÍA
Soler y negro, física experimental, edit. Alhambra, 1970 revisado 06-04-12 pág., 12-14 Goldemberg, física general y experimental, vol. I Edit. Interamericana S.A.Mexico.1669 revisado 06-04-12 pag32 .38 http://www.iso.ch/infoe/sitemap.htm http://html.rincondelvago.com http://physics.nist.gov/cuu/Uncertainty/index.html. newton.javeriana.edu.co/Artículos/cifra/cifra.htm www.fisicarecreativa.com/guias/capitulo1.pdf
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INDICE
INTRODUCCIÓN ........................................................................................................................
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FUNDAMENTO TEÓRICO .......................................................................................................
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OBJETIVOS .................................................................................................................................
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MARCO TEÓRICO .....................................................................................................................
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EQUIPOS Y MATERIALES .....................................................................................................
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PROCEDIMIENTO EXPERIMENTAL Y TOMA DE DATOS ..........................................
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ANÁLISIS DE DATOS EXPERIMENTALES .......................................................................
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CUESTIONARIO .........................................................................................................................
¿Cuál es el error relativo y porcentual estimado, y sus límites de fiabilidad?
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¿A qué se debe error cometido en el cálculo? ......................................................................
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¿Cuál sería un porcentaje de error aceptable los resultados biológicos? ......................... 10 ¿Dado un estímulo, ¿el tiempo de reacción es constante? ................................................. ¿Cómo estimo de la incertidumbre para la medición?
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¿Qué puedo hacer con los errores sistemáticos? .................................................................
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¿De qué depende el tiempo de reacción? ..............................................................................
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CONCLUSIONES ......................................................................................................................
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COMENTARIOS........................................................................................................................
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BIBLIOGRAFÍA .......................................................................................................................
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