Ανεξάρτητα από το πόσο προσεκτικοί είστε κατά τη διεξαγωγή πειραμάτων, πιθανότατα θα υπάρχει ένα πειραματικό σφάλμα. Είτε μέσω των προκλήσεων που ενέχει η ακριβής λήψη των μετρήσεων είτε τα προβλήματα με τον εξοπλισμό σας, είναι αδύνατο να αποφύγετε εντελώς το σφάλμα. Για να εξουδετερώσουν αυτό το ζήτημα, οι επιστήμονες καταβάλλουν κάθε δυνατή προσπάθεια για να κατηγοριοποιήσουν τα σφάλματα και να ποσοτικοποιήσουν οποιαδήποτε αβεβαιότητα στις μετρήσεις που πραγματοποιούν. Η ανακάλυψη της διαφοράς μεταξύ συστηματικών και τυχαίων σφαλμάτων αποτελεί βασικό μέρος της μάθησης για το σχεδιασμό καλύτερων πειραμάτων και την ελαχιστοποίηση τυχόν σφαλμάτων που διέρχονται.
TL; DR (Πάρα πολύ καιρό; Δεν διαβάστηκε)
Τα συστηματικά σφάλματα προκύπτουν συνήθως από εξοπλισμό που δεν έχει βαθμονομηθεί σωστά. Κάθε μέτρηση που κάνετε θα είναι λάθος με το ίδιο ποσό, επειδή υπάρχει πρόβλημα με τη συσκευή μέτρησης. Τα τυχαία λάθη είναι αναπόφευκτα και προκύπτουν από δυσκολίες στη λήψη μετρήσεων ή απόπειρα μέτρησης ποσοτήτων που ποικίλλουν ανάλογα με το χρόνο. Αυτά τα σφάλματα θα κυμαίνονται, αλλά γενικά συγκεντρώνονται γύρω από την πραγματική τιμή.
Τι είναι το τυχαίο σφάλμα;
Το τυχαίο σφάλμα περιγράφει σφάλματα που κυμαίνονται λόγω της απρόβλεπτης ή αβεβαιότητας που υπάρχει στη διαδικασία μέτρησης ή της διακύμανσης της ποσότητας που προσπαθείτε να μετρήσετε.
Ένας επιστήμονας που μετρά ένα έντομο, για παράδειγμα, θα προσπαθούσε να τοποθετήσει το έντομο στο μηδέν σημείο του χάρακα ή του ραβδιού μέτρησης και να διαβάσει την τιμή στο άλλο άκρο. Ο ίδιος ο χάρακας θα μετρήσει πιθανώς μόνο στο πλησιέστερο χιλιοστόμετρο, και η ανάγνωση με ακρίβεια μπορεί να είναι δύσκολη. Μπορείτε να υποτιμήσετε το πραγματικό μέγεθος του εντόμου ή να το υπερεκτιμήσετε, με βάση το πόσο καλά διαβάζετε την κλίμακα και την κρίση σας για το πού σταματά το κεφάλι του εντόμου. Το έντομο μπορεί επίσης να κινηθεί τόσο ελαφρώς από τη μηδενική θέση χωρίς να το συνειδητοποιήσετε. Η επανάληψη της μέτρησης πολλές φορές αποφέρει πολλά διαφορετικά αποτελέσματα εξαιτίας αυτού, αλλά πιθανότατα συσσωρεύονται γύρω από την πραγματική τιμή.
Ομοίως, η λήψη μετρήσεων μιας ποσότητας που αλλάζει από στιγμή σε στιγμή οδηγεί σε τυχαίο σφάλμα. Η ταχύτητα του ανέμου, για παράδειγμα, μπορεί να ανέβει και να πέσει σε διαφορετικά χρονικά σημεία. Εάν λάβετε μια μέτρηση ένα λεπτό, πιθανότατα δεν θα είναι ακριβώς το ίδιο ένα λεπτό αργότερα. Και πάλι, οι επαναλαμβανόμενες μετρήσεις θα οδηγήσουν σε αποτελέσματα που κυμαίνονται αλλά συσσωρεύονται γύρω από την πραγματική τιμή.
Τι είναι το συστηματικό σφάλμα;
Ένα συστηματικό σφάλμα είναι αυτό που προκύπτει από ένα επίμονο ζήτημα και οδηγεί σε ένα συνεπές σφάλμα στις μετρήσεις σας. Για παράδειγμα, εάν η ταινία μέτρησης έχει απλωθεί, τα αποτελέσματά σας θα είναι πάντα χαμηλότερα από την πραγματική τιμή. Ομοίως, εάν χρησιμοποιείτε κλίμακες που δεν έχουν οριστεί στο μηδέν εκ των προτέρων, θα υπάρξει ένα συστηματικό σφάλμα που προκύπτει από το λάθος στη βαθμονόμηση (π.χ., εάν ένα πραγματικό βάρος 0 διαβάζεται ως 5 γραμμάρια, 10 γραμμάρια θα διαβαστούν ως 15 και 15 γραμμάρια θα διαβαστούν ως 20).
Άλλες διαφορές μεταξύ συστηματικών και τυχαίων σφαλμάτων
Η κύρια διαφορά μεταξύ συστηματικών και τυχαίων σφαλμάτων είναι ότι τα τυχαία σφάλματα οδηγούν σε διακυμάνσεις γύρω από την πραγματική τιμή ως αποτέλεσμα της δυσκολίας λήψης μετρήσεις, ενώ τα συστηματικά σφάλματα οδηγούν σε προβλέψιμες και συνεπείς αποκλίσεις από την πραγματική τιμή λόγω προβλημάτων με τη βαθμονόμηση του εξοπλισμός. Αυτό οδηγεί σε δύο επιπλέον διαφορές που αξίζει να σημειωθούν.
Τα τυχαία λάθη είναι ουσιαστικά αναπόφευκτα, ενώ τα συστηματικά σφάλματα δεν είναι. Οι επιστήμονες δεν μπορούν να κάνουν τέλειες μετρήσεις, ανεξάρτητα από το πόσο ειδικευμένοι είναι. Εάν η ποσότητα που μετράτε ποικίλλει από στιγμή σε στιγμή, δεν μπορείτε να το κάνετε να σταματήσει να αλλάζει ενώ εσείς λάβετε τη μέτρηση και ανεξάρτητα από το πόσο λεπτομερή είναι η κλίμακα σας, διαβάζοντας με ακρίβεια εξακολουθεί να δημιουργεί ένα πρόκληση. Τα καλά νέα είναι ότι η επανάληψη της μέτρησής σας πολλές φορές και η λήψη του μέσου όρου ελαχιστοποιεί αποτελεσματικά αυτό το ζήτημα.
Τα συστηματικά σφάλματα μπορεί να είναι δύσκολο να εντοπιστούν. Αυτό συμβαίνει επειδή ό, τι μετράτε θα είναι λάθος με το ίδιο (ή παρόμοιο) ποσό και ενδέχεται να μην συνειδητοποιήσετε ότι υπάρχει πρόβλημα. Ωστόσο, σε αντίθεση με τα τυχαία σφάλματα, συχνά μπορούν να αποφευχθούν εντελώς. Βαθμονομήστε σωστά τον εξοπλισμό σας πριν τον χρησιμοποιήσετε και τα συστηματικά σφάλματα θα είναι πολύ λιγότερο πιθανό.