Incerteza e unidades

Escopo

Use esta habilidade sempre que um cálculo envolver unidades físicas ou um número reportado precisar de uma incerteza. Concretamente:

• converter entre unidades, incluindo conversões que necessitam de um contexto físico (comprimento de onda para energia de fóton, massa para quantidade de substância, energia para temperatura);
• propagar incerteza através de um modelo de medição, com ou sem entradas correlacionadas;
• construir um orçamento de incerteza GUM a partir de certificados de calibração, especificações e dados de repetibilidade;
• escolher um fator de cobertura e decidir se k = 2 é defensável;
• arredondar e escrever um resultado para que um leitor saiba o que a ± significa;
• extrair incertezas de parâmetros de um ajuste de curva sem descartar correlações;
• revisar código de análise existente para defeitos silenciosos de unidade e incerteza;
• verificar se uma resposta dimensionalmente consistente também é fisicamente possível — a ordem de magnitude, o grupo adimensional e o regime que ela implica.

Esta habilidade abrange a metrologia e as duas bibliotecas que a implementam. Ela não abrange inferência estatística, seleção de modelo ou design de estudo — veja statistical-analysis, statistical-power e experimental-design.

Versão atual e instalação

Verificado em 2026-10-01:

• pint 0.26.1, lançado em 2026-09-10; requer Python 3.12+.
• uncertainties 3.2.3, lançado em 2025-04-21; requer Python 3.8+.
• NumPy 2.5.3 e SciPy 1.18.1; ambos requerem Python 3.12+.
• scipy.constants em SciPy 1.18.1 serve CODATA 2022. SciPy 1.11 e anteriores serviam CODATA 2018; a mudança para CODATA 2022 ocorreu em SciPy 1.15.

uv venv --python 3.13
source .venv/bin/activate
uv pip install "pint==0.26.1" "uncertainties==3.2.3" "numpy==2.5.3" "scipy==1.18.1"

pint-pandas e pint-xarray adicionam colunas e arrays cientes de unidades e são instalações separadas.

Fluxo de trabalho inegociável

1. Anexe unidades na entrada e remova-as apenas na saída. Converta nas fronteiras das funções com ureg.wraps ou m_as("unit"), nunca no meio do cálculo.
2. Escreva o modelo de medição explicitamente antes de calcular qualquer coisa, incluindo correções cujo valor estimado é zero. Uma correção omitida do modelo deixa sua incerteza fora do orçamento.
3. Forneça quatro coisas para cada entrada: uma estimativa, uma incerteza padrão, a distribuição da qual a incerteza veio e seus graus de liberdade.
4. Converta declarações Tipo B com o divisor correto. A incerteza expandida de um certificado divide pelo seu k declarado; limites retangulares dividem por sqrt(3).
5. Identifique correlações antes de combinar. Uma calibração compartilhada, correção de instrumento ou ajuste pode induzir correlação; quantifique componentes compartilhados em vez de assumir que cada par está correlacionado.
6. Calcule os coeficientes de sensibilidade e leia o orçamento de c_i * u(x_i) em vez das incertezas brutas.
7. Verifique a linearização. Compare distribuições propagadas com o intervalo GUM em caso de dúvida. Estabeleça a estabilidade numérica de Monte Carlo antes de uma afirmação da cláusula 8 do JCGM 101; nenhum método valida o modelo de medição ou os PDFs de entrada atribuídos.
8. Justifique a cobertura. Um fator t de Student de graus de liberdade efetivos é uma aproximação que requer suposições distribucionais adequadas.
9. Arredonde a incerteza primeiro, depois o valor para a mesma casa decimal.
10. Declare o que a ± é — padrão ou expandida, com k, a probabilidade de cobertura e o método.
11. Verifique a magnitude antes de reportar. Um resultado dimensionalmente consistente pode ainda ser impossível. Compare-o com uma escala conhecida ou um grupo adimensional e confirme se todas as suposições em que você se baseou ainda são válidas nesse regime.

As falhas que esta habilidade existe para prevenir

Cada um dos seguintes executa sem erro e produz um número plausível.

Uma unidade removida em uma escala desconhecida

length = (12.7 * ureg.mm).magnitude          # 12.7 -- of what?
length = (12.7 * ureg.mm).m_as("m")          # 0.0127 metres, stated

.magnitude retorna o que a quantidade por acaso estava carregando. Nomeie a unidade no ponto de extração, todas as vezes.

Aritmética de temperatura com offset

Q(20, "degC") + Q(5, "degC")     # OffsetUnitCalculusError -- correctly refused
Q(20, "degC") + Q(5, "delta_degC")   # 25 degree_Celsius
Q(25, "degC") - Q(20, "degC")        # 5 delta_degree_Celsius

…