Bez względu na to, jak bardzo jesteś ostrożny podczas przeprowadzania eksperymentów, prawdopodobnie wystąpi błąd eksperymentalny. Niezależnie od wyzwań związanych z dokładnym wykonywaniem pomiarów lub problemów ze sprzętem, całkowite uniknięcie błędów jest prawie niemożliwe. Aby przeciwdziałać temu problemowi, naukowcy dokładają wszelkich starań, aby kategoryzować błędy i określać ilościowo wszelkie niepewności dokonywanych pomiarów. Odkrycie różnicy między błędami systematycznymi a przypadkowymi jest kluczową częścią nauki projektowania lepszych eksperymentów i minimalizowania wszelkich błędów, które się przez nie przemykają.
TL; DR (zbyt długi; Nie czytałem)
Błędy systematyczne wynikają zwykle z niewłaściwego skalibrowania sprzętu. Każdy wykonany pomiar będzie błędny o tę samą wartość, ponieważ wystąpił problem z urządzeniem pomiarowym. Błędy losowe są nieuniknione i wynikają z trudności w wykonywaniu pomiarów lub prób zmierzenia wielkości, które zmieniają się w czasie. Błędy te będą się zmieniać, ale generalnie skupiają się wokół wartości prawdziwej.
Co to jest błąd losowy?
Błąd losowy opisuje błędy, które zmieniają się ze względu na nieprzewidywalność lub niepewność związaną z procesem pomiarowym lub zmienność wielkości, którą próbujesz zmierzyć.
Na przykład naukowiec mierzący owada próbowałby umieścić owada w punkcie zerowym linijki lub miarki i odczytać wartość na drugim końcu. Sama linijka prawdopodobnie zmierzy się tylko z dokładnością do milimetra, a dokładny odczyt może być trudny. Możesz nie docenić rzeczywistego rozmiaru owada lub go przecenić, w oparciu o to, jak dobrze czytasz skalę i osądzasz, gdzie zatrzymuje się głowa owada. Owad może również nieznacznie przesunąć się z pozycji zerowej, nie zdając sobie z tego sprawy. Wielokrotne powtarzanie pomiaru daje z tego powodu wiele różnych wyników, ale prawdopodobnie skupią się one wokół prawdziwej wartości.
Podobnie, wykonywanie pomiarów wielkości, która zmienia się z chwili na chwilę, prowadzi do błędu losowego. Na przykład prędkość wiatru może zwiększać się i spadać w różnych momentach. Jeśli dokonasz pomiaru minutę później, prawdopodobnie nie będzie dokładnie taki sam minutę później. Ponownie, powtarzane pomiary doprowadzą do wyników, które wahają się, ale skupiają się wokół prawdziwej wartości.
Co to jest błąd systematyczny?
Błąd systematyczny to taki, który wynika z uporczywego problemu i prowadzi do stałego błędu w pomiarach. Na przykład, jeśli taśma miernicza została rozciągnięta, wyniki zawsze będą niższe od prawdziwej wartości. Podobnie, jeśli używasz wag, które nie zostały wcześniej ustawione na zero, wystąpi systematyczny błąd wynikający z błąd w kalibracji (np. jeśli rzeczywista waga 0 jest odczytywana jako 5 gramów, 10 gramów zostanie odczytanych jako 15, a 15 gramów zostanie odczytanych jako 20).
Inne różnice między błędami systematycznymi i losowymi
Główna różnica między błędami systematycznymi a przypadkowymi polega na tym, że błędy losowe prowadzą do wahań wokół prawdziwej wartości w wyniku trudności w podejmowaniu pomiary, podczas gdy błędy systematyczne prowadzą do przewidywalnych i konsekwentnych odstępstw od prawdziwej wartości z powodu problemów z kalibracją ekwipunek. Prowadzi to do dwóch dodatkowych różnic, na które warto zwrócić uwagę.
Błędy losowe są zasadniczo nieuniknione, natomiast błędy systematyczne nie. Naukowcy nie mogą dokonywać doskonałych pomiarów, bez względu na ich umiejętności. Jeśli mierzona ilość zmienia się z chwili na chwilę, nie możesz sprawić, by przestała się zmieniać, gdy ty wykonaj pomiar i bez względu na to, jak szczegółowa jest Twoja waga, dokładny odczyt nadal stanowi a wyzwanie. Dobrą wiadomością jest to, że wielokrotne powtarzanie pomiaru i obliczanie średniej skutecznie minimalizuje ten problem.
Błędy systematyczne mogą być trudne do wykrycia. Dzieje się tak, ponieważ wszystko, co mierzysz, będzie błędne o tę samą (lub podobną) kwotę i możesz w ogóle nie zdawać sobie sprawy z problemu. Jednak w przeciwieństwie do przypadkowych błędów często można ich całkowicie uniknąć. Prawidłowo skalibruj swój sprzęt przed jego użyciem, a błędy systematyczne będą znacznie mniej prawdopodobne.