Типы экспериментальных ошибок

На результаты опыта влияют три основных типа экспериментальных ошибок, которые обычно входят в ошибку измеряемой величины: систематические, случайные и так называемые грубые ошибки, или, иначе, промахи.

Систематические ошибки вызваны причинами, которые связаны с особенностями устройства измерительного средства или прибора. Ошибки такого типа либо постоянно завышают результат измерения, либо постоянно его занижают. Существует четыре основных вида систематических ошибок.

1) Приборные ошибки, обусловленные плохой калибровкой измерительного прибора. Например, термометр, показывающий 102° при погружении в кипящую при нормальном давлении воду и 2° - при погружении в тающий снег. Такой термометр будет давать постоянно завышенный результат измерения.

2) Ошибки наблюдения, например, параллакс при считывании показаний по шкале стрелочного измерительного прибора. Эту ошибку можно устранить, применяя зеркальную шкалу.

3) Экзогенные, т.е. ошибки, связанные с окружающей обстановкой (средой). Например, падение напряжения в цепи питания может быть причиной заниженных результатов измерения токов.

4) Теоретические, обусловленные использованием упрощённой модели системы (явления) или приближенными уравнениями, описывающими систему (явления). Например, если в процессе проведения эксперимента действует сила трения, не учитываемая теоретической моделью, то теоретические и экспериментальные результаты будут постоянно отличаться друг от друга.

Экспериментатор, как правило, стремится выяснить и, по возможности, устранить систематические ошибки.

Случайные ошибки представляют собой положительные и отрицательные флуктуации, которые приводят к тому, что около половины результатов оказываются завышенными, а другая половина – заниженными. Источник случайных ошибок не может быть установлен однозначно; возможными источниками случайных ошибок могут быть следующие:

1) ошибки наблюдения – например, ошибки экспериментатора при считывании результата по шкале прибора, когда возникает неопределенность оценки в пределах наименьшего деления;

2) влияние окружения – например, непредсказуемые колебания напряжения питания, температуры или механическая вибрация установки. Случайные ошибки, в отличие от систематических, можно оценить методами математической статистики, а поэтому и влияние случайных ошибок на исследуемую величину или физический закон часто можно определить.

Различие между случайными и систематическими ошибками можно показать на следующем примере. Предположим, что измерение физической величины производится семь раз при одних и тех же условиях. Если имеют место лишь случайные ошибки, то все семь измеренных значений будут разбросаны около «истинного значения» (рис. 1 а). Если же, кроме случайных ошибок, имеется и систематическая ошибка, то результаты измерений будут разбросаны относительно не истинного, а смещенного значения (рис. 1 б).

Рис. 1.

Грубыеошибки или промахи обусловлены чаще всего неисправностью средств измерений, неправильным считыванием показаний, резким изменением условий измерений и т.п. Обычно промахи проявляются в виде резких скачков значения измеряемой величины при отсутствии явных причин таких изменений. При обработке результатов измерений промахи отбрасывают, однако делать это следует с некоторой осторожностью. Полезным правилом в этом случае является исключение максимального и минимального значений из полученных результатов измерений.

Поиск по сайту: