wszystkie eksperymenty naukowe zawierają błąd, dlatego ważne jest, aby znać rodzaje błędów i sposób ich obliczania. (Image: NASA/GSFC/Chris Gunn)laboratoria naukowe zazwyczaj proszą o porównanie wyników z wartościami teoretycznymi lub znanymi. Pomaga to ocenić wyniki i porównać je z wartościami innych ludzi. Różnica między wynikami a oczekiwanymi lub teoretycznymi wynikami nazywa się błędem., Ilość błędu, który jest akceptowalny zależy od eksperymentu, ale margines błędu 10% jest ogólnie uważany za akceptowalny. Jeśli istnieje duży margines błędu, zostaniesz poproszony o omówienie procedury i zidentyfikowanie ewentualnych błędów lub miejsc, w których błąd mógł zostać wprowadzony. Musisz więc znać różne typy i źródła błędów oraz sposób ich obliczania.
Jak obliczyć błąd bezwzględny
jedną z metod pomiaru błędu jest obliczanie błędu bezwzględnego, który jest również nazywany niepewnością bezwzględną., Ta miara dokładności jest podawana przy użyciu jednostek miary. Błąd bezwzględny to po prostu różnica między zmierzoną wartością a wartością rzeczywistą lub średnią wartością danych.
błąd bezwzględny = wartość zmierzona – wartość prawdziwa
na przykład, jeśli mierzysz grawitację na 9,6 m/s2, a wartość Prawdziwa na 9,8 m/s2, to błąd bezwzględny pomiaru wynosi 0,2 m/s2. Błąd można zgłosić za pomocą znaku, więc absolutny błąd w tym przykładzie może wynosić -0,2 m / s2.
niektórzy uważają, że absolutny błąd jest miarą dokładności przyrządu pomiarowego., Jeśli używasz linijki, która podaje długość z dokładnością do milimetra, możesz powiedzieć, że absolutny błąd pomiaru wykonanego za pomocą tej linijki wynosi z dokładnością do 1 mm lub (jeśli masz pewność, że widzisz między jednym znacznikiem a następnym) z dokładnością do 0,5 mm.
Jak obliczyć błąd względny
błąd względny opiera się na bezwzględnej wartości błędu. Porównuje wielkość błędu do wielkości pomiaru. Tak więc błąd 0,1 kg może być nieistotny przy ważeniu osoby, ale dość straszny przy ważeniu jabłka., Błąd względny to ułamek, wartość dziesiętna lub procent.
błąd względny = błąd bezwzględny / całkowita wartość
na przykład, jeśli prędkościomierz mówi, że jedziesz 55 mph, gdy naprawdę jedziesz 58 mph, błąd bezwzględny wynosi 3 mph / 58 mph lub 0,05, który możesz pomnożyć o 100%, aby dać 5%. Błąd względny można zgłaszać za pomocą znaku. W tym przypadku prędkościomierz jest wyłączony o -5%, ponieważ zapisana wartość jest niższa niż wartość prawdziwa.
ponieważ definicja błędu bezwzględnego jest niejednoznaczna, większość raportów laboratoryjnych pyta o błąd procentowy lub różnicę procentową.,
Jak obliczyć błąd procentowy
najczęstszym obliczeniem błędu jest błąd procentowy, który jest używany podczas porównywania wyników ze znaną, teoretyczną lub akceptowaną wartością. Jak zapewne domyślasz się z nazwy, błąd procentowy jest wyrażony jako procent., Jest to bezwzględna (bez znaku ujemnego) różnica między Twoją wartością a akceptowaną wartością, podzielona przez akceptowaną wartość, pomnożona przez 100%, aby dać procent:
% error = / accepted x 100%
Jak obliczyć różnicę procentową
inne powszechne obliczenie błędu nazywa się różnicą procentową. Jest on używany, gdy porównujesz jeden eksperymentalny wynik do drugiego., W tym przypadku żaden wynik nie jest lepszy od innego, więc różnica procentowa jest wartością bezwzględną (bez znaku ujemnego) różnicy między wartościami, podzieloną przez średnią z dwóch liczb, pomnożoną przez 100%, aby dać procent:
% różnica = / średnia x 100%
źródła i rodzaje błędów
każdy pomiar eksperymentalny, bez względu na to, jak starannie go podejmiesz, zawiera pewną ilość niepewności lub błędu., Mierzysz względem normy, używając instrumentu, który nigdy nie powieli normy, a ponadto jesteś człowiekiem, więc możesz wprowadzać błędy w oparciu o swoją technikę. Trzy główne kategorie błędów to błędy systematyczne, błędy losowe i błędy osobiste. Oto, czym są tego typu błędy i typowe przykłady.
błędy systematyczne
błędy systematyczne wpływają na wszystkie wykonywane pomiary. Wszystkie te błędy będą w tym samym kierunku (większe lub mniejsze niż wartość prawdziwa) i nie można ich zrekompensować, pobierając dodatkowe dane.,
przykłady błędów systematycznych
- jeśli zapomnisz skalibrować wagę lub jesteś trochę wyłączony w kalibracji, wszystkie pomiary masy będą wysokie / niskie o tę samą kwotę. Niektóre przyrządy wymagają okresowej kalibracji w trakcie eksperymentu, więc dobrze jest zanotować w notatniku laboratoryjnym, aby sprawdzić, czy kalibracje wydają się mieć wpływ na dane.
- Innym przykładem jest pomiar objętości poprzez odczyt menisk (paralaksa). Prawdopodobnie czytasz menisk dokładnie w ten sam sposób za każdym razem, ale nigdy nie jest idealnie poprawny., Inna osoba przyjmująca odczyt może wziąć ten sam odczyt, ale patrzeć na łąkotkę pod innym kątem, uzyskując w ten sposób inny wynik. Paralaksa może występować w innych rodzajach pomiarów optycznych, takich jak te wykonane za pomocą mikroskopu lub teleskopu.
- dryf instrumentu jest częstym źródłem błędów podczas używania instrumentów elektronicznych. W miarę nagrzewania się instrumentów pomiary mogą się zmieniać., Inne typowe błędy systematyczne obejmują histerezę lub opóźnienie w czasie, odnoszące się do reakcji instrumentu na zmianę warunków lub odnoszące się do wahań w instrumencie, który nie osiągnął równowagi. Zauważ, że niektóre z tych systematycznych błędów są progresywne, więc dane stają się lepsze (lub gorsze) w czasie, więc trudno jest porównać punkty danych pobrane na początku eksperymentu z tymi pobranymi na końcu. Dlatego dobrym pomysłem jest sekwencyjne rejestrowanie danych, aby można było dostrzec stopniowe trendy, jeśli się pojawią., Dlatego też dobrze jest pobierać dane zaczynające się od różnych próbek za każdym razem (jeśli dotyczy), a nie zawsze podążać za tą samą sekwencją.
- nieuwzględnienie zmiennej, która okazuje się ważna, jest zwykle błędem systematycznym, chociaż może to być błąd losowy lub zmienna myląca. Jeśli znajdziesz czynnik wpływający, warto to zauważyć w raporcie i może prowadzić do dalszych eksperymentów po wyizolowaniu i kontrolowaniu tej zmiennej.
błędy losowe
błędy losowe są spowodowane wahaniami warunków eksperymentalnych lub pomiarowych., Zazwyczaj błędy te są niewielkie. Przyjmowanie większej ilości danych ma tendencję do zmniejszania efektu przypadkowych błędów.
przykłady błędów losowych
- Jeśli Twój eksperyment wymaga stabilnych warunków, ale duża grupa osób przetrzepuje pokój podczas jednego zestawu danych, zostanie wprowadzony błąd losowy. Przeciągi, zmiany temperatury, różnice światła/ciemności oraz szum elektryczny lub magnetyczny to przykłady czynników środowiskowych, które mogą powodować przypadkowe błędy.
- błędy fizyczne mogą również wystąpić, ponieważ próbka nigdy nie jest całkowicie jednorodna., Z tego powodu najlepiej jest przetestować przy użyciu różnych lokalizacji próbki lub wykonać wiele pomiarów, aby zmniejszyć ilość błędów.
- rozdzielczość instrumentu jest również uważana za rodzaj błędu losowego, ponieważ pomiar jest równie prawdopodobny wyższy lub niższy od wartości rzeczywistej. Przykładem błędu rozdzielczości jest wykonywanie pomiarów objętości za pomocą zlewki w przeciwieństwie do cylindra z podziałką. Zlewka będzie miała większy błąd niż cylinder.
- niepełna definicja może być błędem systematycznym lub losowym, w zależności od okoliczności., Co niepełna definicja oznacza, że może być trudne dla dwóch osób, aby określić punkt, w którym pomiar jest kompletny. Na przykład, jeśli mierzysz długość za pomocą elastycznego sznurka, musisz zdecydować z rówieśnikami, kiedy sznurek jest wystarczająco ciasny, bez rozciągania go. Podczas miareczkowania, jeśli szukasz zmiany koloru, może być trudno powiedzieć, kiedy rzeczywiście występuje.
błędy osobiste
pisząc raport laboratoryjny, nie powinieneś cytować „błędu ludzkiego” jako źródła błędu. Raczej powinieneś spróbować zidentyfikować konkretny błąd lub problem., Jednym z częstych błędów osobistych jest przechodzenie do eksperymentu z uprzedzeniem o tym, czy hipoteza będzie wspierana, czy odrzuca. Innym częstym osobistym błędem jest brak doświadczenia z urządzeniem, w którym pomiary mogą stać się dokładniejsze i bardziej wiarygodne po tym, co robisz. Innym rodzajem błędu osobistego jest prosty błąd, w którym można było użyć nieprawidłowej ilości substancji chemicznej, czas eksperymentu niekonsekwentnie lub pominąć krok w protokole.
