Uanset hvor forsigtig du er, når du udfører eksperimenter, vil der sandsynligvis være en eksperimentel fejl. Uanset om det er gennem de udfordringer, der er forbundet med at tage målingerne nøjagtigt eller problemer med dit udstyr, er det næsten umuligt at undgå fejl helt. For at modvirke dette problem gør forskere deres bedste for at kategorisere fejl og kvantificere enhver usikkerhed i målinger, de foretager. At finde ud af forskellen mellem systematiske og tilfældige fejl er en vigtig del af at lære at designe bedre eksperimenter og minimere eventuelle fejl, der kryber igennem.
TL; DR (for lang; Har ikke læst)
Systematiske fejl skyldes normalt udstyr, der ikke er kalibreret korrekt. Hver måling, du foretager, er forkert med det samme beløb, fordi der er et problem med din måleenhed. Tilfældige fejl er uundgåelige og skyldes problemer med målinger eller forsøg på at måle mængder, der varierer med tiden. Disse fejl vil svinge, men klynges generelt omkring den sande værdi.
Hvad er tilfældig fejl?
Tilfældig fejl beskriver fejl, der svinger på grund af den uforudsigelighed eller usikkerhed, der er forbundet med din måleproces, eller variationen i den mængde, du prøver at måle.
En videnskabsmand, der måler et insekt, vil for eksempel forsøge at placere insektet på nulpunktet for en lineal eller målepind og læse værdien i den anden ende. Linealen selv må sandsynligvis kun måle sig ned til nærmeste millimeter, og det kan være svært at læse dette med præcision. Du kan undervurdere insektens sande størrelse eller overvurdere det baseret på hvor godt du læser skalaen og din vurdering af, hvor insektens hoved stopper. Insektet kan også bevæge sig lige så lidt fra nulpositionen uden at du er klar over det. Gentagelse af målingen flere gange giver mange forskellige resultater på grund af dette, men de vil sandsynligvis klynge sig omkring den sande værdi.
Tilsvarende fører målinger af en størrelse, der ændrer sig fra øjeblik til øjeblik, til tilfældig fejl. For eksempel kan vindhastighed stige og falde ned på forskellige tidspunkter. Hvis du tager et mål et minut, er det sandsynligvis ikke nøjagtigt det samme et minut senere. Igen vil gentagne målinger føre til resultater, der svinger, men klynger sig omkring den sande værdi.
Hvad er systematisk fejl?
En systematisk fejl er en, der skyldes et vedvarende problem og fører til en jævn fejl i dine målinger. For eksempel, hvis dit målebånd er strakt ud, vil dine resultater altid være lavere end den sande værdi. Tilsvarende, hvis du bruger skalaer, der ikke er sat til nul på forhånd, vil der være en systematisk fejl som følge af fejl i kalibreringen (f.eks. hvis en ægte vægt på 0 læser som 5 gram, vil 10 gram læse som 15 og 15 gram læses som 20).
Andre forskelle mellem systematiske og tilfældige fejl
Hovedforskellen mellem systematiske og tilfældige fejl er, at tilfældige fejl fører til udsving omkring den sande værdi som et resultat af vanskeligheder med at tage målinger, hvorimod systematiske fejl fører til forudsigelige og ensartede afvigelser fra den sande værdi på grund af problemer med kalibreringen af din udstyr. Dette fører til to ekstra forskelle, der er værd at bemærke.
Tilfældige fejl er i det væsentlige uundgåelige, mens systematiske fejl ikke er det. Forskere kan ikke tage perfekte målinger, uanset hvor dygtige de er. Hvis den mængde, du måler, varierer fra øjeblik til øjeblik, kan du ikke få det til at stoppe med at ændre sig, mens du er tage målingen, og uanset hvor detaljeret din skala er, læser den nøjagtigt stadig udfordring. Den gode nyhed er at gentage din måling flere gange og tage gennemsnittet effektivt minimerer dette problem.
Systematiske fejl kan være vanskelige at få øje på. Dette skyldes, at alt, hvad du måler, vil være forkert med det samme (eller lignende) beløb, og du måske ikke er klar over, at der overhovedet er et problem. Men i modsætning til tilfældige fejl kan de ofte undgås helt. Kalibrer dit udstyr korrekt, inden du bruger det, og systematiske fejl vil være meget mindre sandsynlige.