Unabhängig davon, wie vorsichtig Sie bei der Durchführung von Experimenten sind, wird wahrscheinlich ein experimenteller Fehler auftreten. Ob durch die Herausforderungen, die mit der genauen Messung verbunden sind, oder Probleme mit Ihrer Ausrüstung, Fehler vollständig zu vermeiden ist nahezu unmöglich. Um diesem Problem entgegenzuwirken, geben Wissenschaftler ihr Bestes, um Fehler zu kategorisieren und jede Unsicherheit bei ihren Messungen zu quantifizieren. Das Herausfinden des Unterschieds zwischen systematischen und zufälligen Fehlern ist ein wichtiger Teil des Lernens, bessere Experimente zu entwerfen und alle Fehler zu minimieren, die sich einschleichen.
TL; DR (zu lang; nicht gelesen)
Systematische Fehler resultieren normalerweise aus Geräten, die nicht richtig kalibriert sind. Jede Messung, die Sie vornehmen, wird um den gleichen Betrag falsch sein, da ein Problem mit Ihrem Messgerät vorliegt. Zufällige Fehler sind unvermeidbar und resultieren aus Schwierigkeiten bei der Messung oder dem Versuch, mit der Zeit variierende Größen zu messen. Diese Fehler werden schwanken, gruppieren sich jedoch im Allgemeinen um den wahren Wert.
Was ist ein zufälliger Fehler?
Zufälliger Fehler beschreibt Fehler, die aufgrund der Unvorhersehbarkeit oder Unsicherheit Ihres Messprozesses oder der Variation der zu messenden Größe schwanken.
Ein Wissenschaftler, der beispielsweise ein Insekt vermisst, würde versuchen, das Insekt auf den Nullpunkt eines Lineals oder Messstabs zu positionieren und den Wert am anderen Ende abzulesen. Das Lineal selbst misst wahrscheinlich nur bis auf den nächsten Millimeter, und das genaue Ablesen kann schwierig sein. Sie können die wahre Größe des Insekts unterschätzen oder überschätzen, je nachdem, wie gut Sie die Skala ablesen und beurteilen, wo der Kopf des Insekts aufhört. Das Insekt kann sich auch ganz leicht aus der Nullposition bewegen, ohne dass Sie es merken. Das mehrmalige Wiederholen der Messung führt aus diesem Grund zu vielen verschiedenen Ergebnissen, die sich jedoch wahrscheinlich um den wahren Wert herum gruppieren würden.
Ebenso führt die Messung einer Größe, die sich von Moment zu Moment ändert, zu zufälligen Fehlern. Die Windgeschwindigkeit kann beispielsweise zu unterschiedlichen Zeitpunkten ansteigen und abfallen. Wenn Sie eine Minute lang eine Messung durchführen, wird es wahrscheinlich eine Minute später nicht mehr genau dieselbe sein. Auch hier führen wiederholte Messungen zu schwankenden Ergebnissen, die sich jedoch um den wahren Wert herum gruppieren.
Was ist systematischer Fehler?
Ein systematischer Fehler ist ein Fehler, der aus einem anhaltenden Problem resultiert und zu einem konsistenten Fehler in Ihren Messungen führt. Wenn Ihr Maßband beispielsweise gedehnt wurde, werden Ihre Ergebnisse immer niedriger als der wahre Wert sein. Wenn Sie Skalen verwenden, die zuvor nicht auf Null gesetzt wurden, tritt ein systematischer Fehler auf, der sich aus der Fehler bei der Kalibrierung (z.B. wenn ein wahres Gewicht von 0 als 5 Gramm angezeigt wird, werden 10 Gramm als 15 und 15 Gramm angezeigt als 20).
Andere Unterschiede zwischen systematischen und zufälligen Fehlern
Der Hauptunterschied zwischen systematischen und zufälligen Fehlern besteht darin, dass zufällige Fehler aufgrund von Schwierigkeiten bei der Erfassung zu Schwankungen um den wahren Wert führen Messungen, während systematische Fehler zu vorhersehbaren und konsistenten Abweichungen vom wahren Wert aufgrund von Problemen bei der Kalibrierung Ihres Ausrüstung. Dies führt zu zwei zusätzlichen Unterschieden, die es wert sind, erwähnt zu werden.
Zufällige Fehler sind grundsätzlich unvermeidbar, systematische Fehler jedoch nicht. Wissenschaftler können keine perfekten Messungen vornehmen, egal wie geschickt sie sind. Wenn die von Ihnen gemessene Menge von Moment zu Moment variiert, können Sie nicht aufhören, sich zu ändern, während Sie Nehmen Sie die Messung vor, und egal wie detailliert Ihre Skala ist, das genaue Ablesen stellt immer noch eine Herausforderung. Die gute Nachricht ist, dass dieses Problem effektiv minimiert wird, wenn Sie Ihre Messung mehrmals wiederholen und den Durchschnitt nehmen.
Systematische Fehler können schwer zu erkennen sein. Dies liegt daran, dass alles, was Sie messen, um den gleichen (oder einen ähnlichen) Betrag falsch ist und Sie möglicherweise nicht erkennen, dass es überhaupt ein Problem gibt. Im Gegensatz zu zufälligen Fehlern können sie jedoch oft ganz vermieden werden. Kalibrieren Sie Ihre Ausrüstung vor der Verwendung richtig, und systematische Fehler werden viel unwahrscheinlicher.