Независимо от того, насколько осторожны вы при проведении экспериментов, вероятно, будет ошибка эксперимента. Будь то проблемы, связанные с точным измерением, или проблемы с вашим оборудованием, полностью избежать ошибок практически невозможно. Чтобы противодействовать этой проблеме, ученые делают все возможное, чтобы классифицировать ошибки и количественно оценить любую неопределенность в измерениях, которые они делают. Выявление разницы между систематическими и случайными ошибками - ключевая часть обучения планированию более эффективных экспериментов и минимизации любых ошибок, которые действительно появляются.
TL; DR (слишком длинный; Не читал)
Систематические ошибки обычно возникают из-за неправильной калибровки оборудования. Каждое измерение, которое вы сделаете, будет ошибочным на одну и ту же величину, потому что есть проблема с вашим измерительным устройством. Случайные ошибки неизбежны и возникают из-за трудностей при проведении измерений или попытках измерения величин, которые меняются со временем. Эти ошибки будут колебаться, но обычно группируются вокруг истинного значения.
Что такое случайная ошибка?
Случайная ошибка описывает ошибки, которые колеблются из-за непредсказуемости или неопределенности, присущей вашему процессу измерения, или из-за вариации количества, которое вы пытаетесь измерить.
Например, ученый, измеряющий насекомое, попытался бы поместить насекомое в нулевую точку линейки или мерной линейки и прочитать значение на другом конце. Сама линейка, вероятно, будет измерять только с точностью до миллиметра, и ее точное считывание может быть затруднено. Вы можете недооценить истинный размер насекомого или переоценить его, исходя из того, насколько хорошо вы читаете шкалу, и своего суждения о том, где останавливается голова насекомого. Насекомое также может немного сдвинуться с нулевого положения, даже если вы этого не заметите. Многократное повторение измерения из-за этого дает много разных результатов, но они, скорее всего, будут группироваться вокруг истинного значения.
Точно так же измерение величины, которая меняется от момента к моменту, приводит к случайной ошибке. Например, скорость ветра может увеличиваться и уменьшаться в разные моменты времени. Если вы сделаете измерение в течение одной минуты, вероятно, через минуту оно изменится. Опять же, повторные измерения приведут к результатам, которые колеблются, но группируются вокруг истинного значения.
Что такое систематическая ошибка?
Систематическая ошибка - это ошибка, которая возникает в результате постоянной проблемы и приводит к постоянной ошибке в ваших измерениях. Например, если ваша измерительная лента была растянута, ваши результаты всегда будут ниже истинного значения. Точно так же, если вы используете шкалы, которые не были установлены на ноль заранее, будет систематическая ошибка, возникающая из-за ошибка в калибровке (например, если истинный вес 0 читается как 5 граммов, 10 граммов будут считаться как 15, а 15 граммов будут считаться как 20).
Другие различия между систематическими и случайными ошибками
Основное различие между систематическими и случайными ошибками заключается в том, что случайные ошибки приводят к колебаниям вокруг истинного значения в результате трудностей с получением измерений, тогда как систематические ошибки приводят к предсказуемым и последовательным отклонениям от истинного значения из-за проблем с калибровкой вашего оборудование. Это приводит к двум дополнительным отличиям, которые стоит отметить.
Случайные ошибки практически неизбежны, а систематические - нет. Ученые не могут проводить точные измерения, независимо от того, насколько они квалифицированы. Если количество, которое вы измеряете, меняется от момента к моменту, вы не можете заставить его перестать меняться, пока вы сделайте измерение, и независимо от того, насколько детализирована ваша шкала, точное ее чтение по-прежнему представляет собой вызов. Хорошая новость заключается в том, что многократное повторение измерения и усреднение эффективно сводят к минимуму эту проблему.
Систематические ошибки бывает трудно обнаружить. Это потому, что все, что вы измеряете, будет неверным на ту же (или аналогичную) сумму, и вы можете вообще не осознавать, что существует проблема. Однако, в отличие от случайных ошибок, их часто можно вообще избежать. Правильно откалибруйте свое оборудование перед его использованием, и систематические ошибки будут гораздо менее вероятными.