Non importa quanto stai attento quando conduci esperimenti, probabilmente ci sarà un errore sperimentale. Che si tratti delle difficoltà inerenti all'esecuzione accurata delle misurazioni o dei problemi con l'apparecchiatura, evitare del tutto l'errore è quasi impossibile. Per contrastare questo problema, gli scienziati fanno del loro meglio per classificare gli errori e quantificare qualsiasi incertezza nelle misurazioni effettuate. Scoprire la differenza tra errori sistematici e casuali è una parte fondamentale per imparare a progettare esperimenti migliori e ridurre al minimo gli errori che si verificano.
TL; DR (troppo lungo; non ho letto)
Gli errori sistematici di solito derivano da apparecchiature non calibrate correttamente. Ogni misurazione effettuata sarà errata della stessa quantità perché c'è un problema con il tuo dispositivo di misurazione. Gli errori casuali sono inevitabili e derivano da difficoltà nell'eseguire misurazioni o nel tentativo di misurare quantità che variano nel tempo. Questi errori fluttuano ma generalmente si raggruppano attorno al valore vero.
Che cos'è l'errore casuale?
L'errore casuale descrive gli errori che fluttuano a causa dell'imprevedibilità o dell'incertezza inerente al processo di misurazione o della variazione della quantità che si sta tentando di misurare.
Uno scienziato che misura un insetto, per esempio, proverebbe a posizionare l'insetto nel punto zero di un righello o di un metro e leggerebbe il valore all'altra estremità. Il righello stesso probabilmente misurerà solo al millimetro più vicino e leggerlo con precisione può essere difficile. Puoi sottovalutare o sopravvalutare le reali dimensioni dell'insetto, in base a quanto bene leggi la scala e al tuo giudizio su dove si ferma la testa dell'insetto. L'insetto potrebbe anche spostarsi leggermente dalla posizione zero senza che tu te ne accorga. Ripetere la misurazione più volte produce molti risultati diversi a causa di ciò, ma probabilmente si raggrupperebbero attorno al valore reale.
Allo stesso modo, prendere misurazioni di una quantità che cambia di momento in momento porta a errori casuali. La velocità del vento, ad esempio, può aumentare e diminuire in momenti diversi. Se prendi una misurazione un minuto, probabilmente non sarà esattamente la stessa un minuto dopo. Ancora una volta, misurazioni ripetute porteranno a risultati che fluttuano ma si raggruppano attorno al valore reale.
Che cos'è l'errore sistematico?
Un errore sistematico è quello che deriva da un problema persistente e porta a un errore coerente nelle misurazioni. Ad esempio, se il metro è stato allungato, i risultati saranno sempre inferiori al valore reale. Allo stesso modo, se si utilizzano scale che non sono state azzerate in anticipo, si verificherà un errore sistematico derivante dal errore nella calibrazione (ad esempio, se un vero peso di 0 legge come 5 grammi, 10 grammi verranno letti come 15 e 15 grammi verranno letti come 20).
Altre differenze tra errori sistematici e casuali
La principale differenza tra errori sistematici e casuali è che gli errori casuali portano a fluttuazioni attorno al valore vero a causa della difficoltà di assunzione misurazioni, mentre gli errori sistematici portano a deviazioni prevedibili e coerenti dal valore reale a causa di problemi con la calibrazione del tuo attrezzatura. Questo porta a due ulteriori differenze che vale la pena notare.
Gli errori casuali sono essenzialmente inevitabili, mentre gli errori sistematici non lo sono. Gli scienziati non possono effettuare misurazioni perfette, non importa quanto siano abili. Se la quantità che stai misurando varia da un momento all'altro, non puoi farla smettere di cambiare mentre tu prendi la misurazione, e non importa quanto sia dettagliata la tua scala, leggerla con precisione pone ancora un sfida. La buona notizia è che ripetere la misurazione più volte e prendere la media riduce efficacemente questo problema.
Gli errori sistematici possono essere difficili da individuare. Questo perché tutto ciò che misuri sarà sbagliato dello stesso (o simile) importo e potresti non renderti conto che c'è un problema. Tuttavia, a differenza degli errori casuali, spesso possono essere evitati del tutto. Calibra correttamente la tua attrezzatura prima di utilizzarla e gli errori sistematici saranno molto meno probabili.