Λάθη στη Μέτρηση

Όλες οι πειραματικές μελέτες βασίζονται στη συλλογή δεδομένων. Χωρίς τα συνεχώς αυξανόμενα πρότυπα ακρίβειας, πολλές από τις μεγάλες επιστημονικές ανακαλύψεις δεν θα ήταν νοητές. Σε σύγκριση με άλλα μέτρα, το δικό μας είναι το πιο ακριβές στον κλάδο. Η σύγκριση ενός άγνωστου βάρους με ένα γνωστό βάρος είναι ο τρόπος με τον οποίο μετράμε, όπως κάνουν οι έμποροι λαχανικών. Τα σφάλματα είναι το μέτρο με το οποίο μετράται η αβεβαιότητα του υπολογισμού. Εάν το πείραμα αποτύχει, αυτό το λάθος μπορεί να οφείλεται σε λάθος βήμα στην τεχνική. Κατά συνέπεια, καμία μέθοδος δεν μπορεί να προσφέρει 100% ακριβές αποτέλεσμα.

Ο στόχος κάθε πειράματος είναι ακριβώς να μετρήσει ένα μετρήσιμο φυσικό μέγεθος. Κάθε μέτρηση, ωστόσο, έχει κάποια ανακρίβεια που μπορεί να προκληθεί από τον παρατηρητή, τον εξοπλισμό που χρησιμοποιείται ή ακόμα και τα δύο ταυτόχρονα. Μια απλή τροποποίηση των συνθηκών του πειράματος ή εγγενών ελαττωμάτων μπορεί να οδηγήσει σε σφάλματα. Λόγω λαθών μέτρησης, η μετρούμενη τιμή μιας ποσότητας διαφέρει από την πραγματική της τιμή.

Σφάλμα

Η μέτρηση είναι το θεμέλιο τόσο της πειραματικής μελέτης όσο και της τεχνολογικής καινοτομίας. Οποιαδήποτε μέτρηση εκτελείται με ένα όργανο μέτρησης συνοδεύεται από κάποιο βαθμό αβεβαιότητας. Είναι σφάλμα όταν υπάρχει οποιοσδήποτε βαθμός ασάφειας στα δεδομένα. Σφάλμα μέτρησης είναι η απόκλιση μεταξύ της πραγματικής αξίας και της εκτιμώμενης αξίας ποσότητας. Ένα λάθος μπορεί να είναι και θετικό και αρνητικό.

Τα σφάλματα που μπορεί να προκύψουν

1. Συστηματικά λάθη

Έτσι, μπορούν να αφαιρεθούν με τη λήψη κατάλληλων μέτρων ή να διορθωθούν. Ωστόσο, όταν η αιτία τέτοιων λαθών δεν μπορεί να αναγνωριστεί πλήρως, το πείραμα επαναλαμβάνεται χρησιμοποιώντας εναλλακτικούς τρόπους.

2. Τυχαία ή ακούσια σφάλματα:

Τα αποτελέσματα πολυάριθμων μετρήσεων της ίδιας ποσότητας από τον ίδιο παρατηρητή υπό παρόμοιες συνθήκες δεν δείχνουν γενική συμφωνία αλλά ποικίλλουν κατά ένα μικρό ποσό. Το όργανο μπορεί να είναι εξαιρετικό και ευαίσθητο, ο παρατηρητής μπορεί να είναι εξαιρετικά σχολαστικός, αλλά τέτοιες μικρές αποκλίσεις στα ευρήματα συμβαίνουν συχνά. Δεν μπορεί να προσδιοριστεί ακριβής λόγος για τέτοια λάθη. Η προέλευσή τους είναι άγνωστη και ανεξέλεγκτη. Ωστόσο, τέτοια λάθη είναι ακούσια και ονομάζονται τυχαία ή τυχαία σφάλματα. Το σφάλμα που συμβαίνει τυχαία και του οποίου η προέλευση είναι άγνωστη και απροσδιόριστη ονομάζεται τυχαίο σφάλμα.

3. Μεγάλα σφάλματα:

Πρόκειται για τεράστια λάθη που προκύπτουν από απροσεξία ή υπερβολική βιασύνη του παρατηρητή, τα οποία αναφέρονται και ως λάθη. Ως παράδειγμα μπορεί να προσφερθεί λανθασμένη καταγραφή ορισμένων δεδομένων. Επομένως, τα σφάλματα δεν υπακούουν στον κανόνα και μπορούν να αποφευχθούν μόνο με την επίμονη προσοχή και την προσεκτική παρατήρηση του παρατηρητή.

Σφάλματα παρατήρησης κατά όργανα και βαθμός ακρίβειας

Σε όλες τις μετρήσεις, ακόμη και μετά τη μείωση του συστηματικού και τυχαίου σφάλματος, εξακολουθούν να υπάρχουν ανακρίβειες των παρατηρήσεων που είναι εγγενείς στην κατασκευή του χρησιμοποιούμενου εξοπλισμού. Ο κατασκευαστής χωρίζει την κλίμακα μιας συσκευής μέτρησης μόνο στο όριο αξιοπιστίας της και όχι μακρύτερα. Γνωρίζουμε ήδη ότι η χαμηλότερη έξοδος που μπορούμε να ανιχνεύσουμε καθαρά από το όργανο ονομάζεται η ελάχιστη μέτρησή της.

Αυτό δείχνει το χειρότερο πιθανό σφάλμα που θα μπορούσε να συμβεί στις μετρήσεις με αυτόν τον εξοπλισμό. Έτσι, σε όλες τις μετρήσεις, ο βαθμός ακρίβειας που μπορεί να επιτευχθεί περιορίζεται από τις ελάχιστες μετρήσεις του μεμονωμένου εξοπλισμού που χρησιμοποιείται. Για παράδειγμα, μια κλίμακα μετρητή συνήθως βαθμολογείται σε χιλιοστά. Ως εκ τούτου, η μεγαλύτερη ανακρίβεια που μπορεί να διαπιστωθεί για τη μέτρηση του μήκους με μια τέτοια κλίμακα είναι 1 mm.

Επομένως, η μέτρηση του μήκους μιας ράβδου θα πρέπει να αναφέρεται ως το μήκος της ράβδου 22,4 ± 0,2 cm. Αυτός είναι ο επιστημονικός τρόπος τεκμηρίωσης μιας ανάγνωσης με περιορισμούς σφαλμάτων. Αυτό σημαίνει ότι το μήκος της ράβδου πέφτει μεταξύ 22,6 cm και 22,2 cm. Οι ανακρίβειες είναι γνωστές ως σφάλματα παρατήρησης ή επιτρεπόμενα σφάλματα.

Επομένως, γενικά, εάν η μετρούμενη τιμή μιας ποσότητας είναι x και τα όρια σφάλματος είναι Δx, τότε η ένδειξη πρέπει να εκφράζεται ως x ± ∆x, που σημαίνει ότι η τιμή της ποσότητας βρίσκεται μεταξύ x+Δx και x. -∆r.

Μέθοδοι για τη μείωση των σφαλμάτων στη μέτρηση

• Βεβαιωθείτε ότι όλες οι διαστάσεις είναι σωστές. Αντιγράψτε και συγκρίνετε όλα τα στοιχεία δεδομένων σε δύο υπολογιστικά φύλλα, για παράδειγμα.
• Ελέγξτε τους τύπους σας για ορθότητα.
•  Βεβαιωθείτε ότι όλοι οι παρατηρητές και οι συλλέκτες δεδομένων έχουν εκπαιδευτεί κατάλληλα.
• Για να κάνετε τη μέτρηση, χρησιμοποιήστε το πιο ακριβές διαθέσιμο όργανο.
•  Οι μετρήσεις πρέπει να γίνονται σε ελεγχόμενο περιβάλλον.
• Πραγματοποιήστε μια δοκιμαστική λειτουργία χρησιμοποιώντας τα όργανά σας. Διεξάγετε μια ομάδα εστίασης, για παράδειγμα, και ρωτήστε σχετικά με την αναγνωσιμότητα των ερωτήσεων.
• Επιτρέπεται η χρήση πολλών μετρήσεων για την ίδια ιδέα. Για παράδειγμα, εάν κάνετε ένα τεστ κατάθλιψης, θα θέλετε να χρησιμοποιήσετε δύο διαφορετικές ερωτήσεις.

Πηγές σφαλμάτων μέτρησης 

Είναι ζωτικής σημασίας να εντοπίσετε πιθανές αιτίες ανακρίβειας κατά την εκτέλεση οποιασδήποτε μέτρησης. Βοηθά στη βελτίωση της ακρίβειας των φυσικών μετρήσεων στο πεδίο και στο εργαστήριο. Υπάρχουν τρία βασικά είδη λαθών.

• Ενόργανο

Οι ατέλειες στη συσκευή μέτρησης ή η κακή ρύθμιση ενδέχεται να οδηγήσουν σε σφάλματα. Ο όρος "οργανικό σφάλμα" αναφέρεται σε σφάλματα που συμβαίνουν λόγω του εξοπλισμού. Μια μακριά ή κοντή ταινία ή ένας εξοπλισμός μέτρησης γωνίας, για παράδειγμα, δεν έχει ρυθμιστεί σωστά.

• Προσωπικό

Προσωπικά λάθη είναι αυτό που ονομάζονται. Για παράδειγμα, η εσφαλμένη ερμηνεία της στάθμης ή της γωνίας του κύκλου ενός θεοδόλιτου.

• Φυσικό

Οι πιο συνηθισμένοι φυσικοί παράγοντες που προκαλούν λάθη μέτρησης περιλαμβάνουν τη θερμοκρασία, την υγρασία, τη βαρύτητα, τον άνεμο, τη διάθλαση και τη μαγνητική απόκλιση. Εάν τα ευρήματα δεν παρακολουθούνται σωστά κατά τη διάρκεια της διαδικασίας μέτρησης, θα είναι λανθασμένα. Οι διακυμάνσεις της θερμοκρασίας, για παράδειγμα, δημιουργούν σφάλματα μήκους σε ταινίες και αλυσίδες.

Συμπέρασμα

Κάθε υπολογισμός έχει κάποια αβεβαιότητα, η οποία αναφέρεται ως σφάλμα. Αυτό το λάθος μπορεί να προκύψει σε όλη τη μέθοδο ή λόγω αποτυχημένου πειράματος. Κατά συνέπεια, καμία μέθοδος δεν μπορεί να εξασφαλίσει έναν ακριβή υπολογισμό.

Κάθε πείραμα ρυθμίζεται για να προσδιορίσει μια φυσική ποσότητα με τη μεγαλύτερη δυνατή ακρίβεια. Ωστόσο, κάθε μέτρηση έχει κάποια ανακρίβεια λόγω του παρατηρητή, του εξοπλισμού που χρησιμοποιείται ή ενός συνδυασμού των δύο. Μικρές αλλαγές στις πειραματικές συνθήκες και πολλές πτυχές που είναι εγγενείς στο πείραμα ενδέχεται να προκαλέσουν σφάλματα. Η μετρούμενη τιμή μιας ποσότητας διαφέρει κάπως από την πραγματική της τιμή λόγω τέτοιων λαθών.