Bez ohľadu na to, ako ste pri vykonávaní experimentov opatrní, pravdepodobne dôjde k experimentálnej chybe. Či už cez výzvy spojené s presným meraním alebo cez problémy s vašim prístrojom, je úplne nemožné vyhnúť sa chybám. Vedci sa snažia čeliť tomuto problému, aby sa pokúsili kategorizovať chyby a kvantifikovať akúkoľvek neistotu v meraniach, ktoré robia. Zistenie rozdielu medzi systematickými a náhodnými chybami je kľúčovou súčasťou učenia sa navrhovania lepších experimentov a minimalizácie akýchkoľvek chýb, ktoré sa v nich plazia.
TL; DR (príliš dlhý; Nečítali)
Systematické chyby zvyčajne vznikajú v prípade zariadenia, ktoré nie je správne kalibrované. Každé meranie, ktoré urobíte, sa bude mýliť o rovnaké množstvo, pretože sa vyskytol problém s vašim meracím prístrojom. Náhodným chybám sa nedá vyhnúť a sú výsledkom ťažkostí s meraním alebo pokusom o meranie veličín, ktoré sa časom líšia. Tieto chyby budú kolísať, ale zvyčajne sa budú zhlukovať okolo skutočnej hodnoty.
Čo je náhodná chyba?
Náhodná chyba popisuje chyby, ktoré kolíšu v dôsledku nepredvídateľnosti alebo neistoty, ktorá je súčasťou vášho procesu merania, alebo kolísania množstva, ktoré sa pokúšate merať.
Vedec, ktorý meria hmyz, by sa napríklad pokúsil umiestniť hmyz do nulového bodu pravítka alebo meracej tyčinky a odčítať hodnotu na druhom konci. Samotné pravítko bude pravdepodobne merať iba s presnosťou na milimetre a jeho presné čítanie môže byť náročné. Skutočnú veľkosť hmyzu môžete podceniť alebo nadhodnotiť na základe toho, ako dobre prečítate stupnicu a podľa vášho úsudku, kde sa hlava hmyzu zastaví. Hmyz sa tiež môže mierne pohybovať z nulovej polohy bez toho, aby ste si to uvedomovali. Opakovanie merania viackrát vedie k mnohým rôznym výsledkom, ale pravdepodobne by sa zhlukovali okolo skutočnej hodnoty.
Podobne vedie meranie náhodne zmenenej veličiny k náhodnej chybe. Napríklad rýchlosť vetra sa môže v rôznych časových okamihoch zvyšovať a klesať. Ak urobíte meranie jednu minútu, pravdepodobne to nebude o minútu neskôr úplne rovnaké. Opakované merania opäť povedú k výsledkom, ktoré kolíšu, ale zoskupujú sa okolo skutočnej hodnoty.
Čo je systematická chyba?
Systematická chyba je chyba, ktorá je výsledkom pretrvávajúceho problému a vedie k neustálej chybe vašich meraní. Napríklad, ak je vaša meracia páska natiahnutá, vaše výsledky budú vždy nižšie ako skutočná hodnota. Podobne, ak používate stupnice, ktoré predtým neboli nastavené na nulu, dôjde k systematickej chybe v dôsledku chyba v kalibrácii (napr. ak skutočná hmotnosť 0 bude 5 gramov, 10 gramov bude 15 a 15 gramov bude 20).
Ďalšie rozdiely medzi systematickými a náhodnými chybami
Hlavný rozdiel medzi systematickými a náhodnými chybami je v tom, že náhodné chyby vedú k výkyvom okolo skutočnej hodnoty v dôsledku ťažkostí s prijímaním merania, zatiaľ čo systematické chyby vedú k predvídateľným a konzistentným odchýlkam od skutočnej hodnoty kvôli problémom s kalibráciou vášho vybavenie. To vedie k ďalším dvom rozdielom, ktoré stoja za zmienku.
Náhodným chybám sa v podstate nedá vyhnúť, kým systematickým chybám nie. Vedci nemôžu robiť dokonalé merania bez ohľadu na to, ako sú kvalifikovaní. Ak sa množstvo, ktoré meriate, z času na čas líši, nemôžete prestať meniť sa, kým ste vykonajte meranie a bez ohľadu na to, ako podrobná je vaša stupnica, jej presné čítanie stále predstavuje a výzva. Dobrou správou je, že opakovanie merania viackrát a priemerná hodnota efektívne tento problém minimalizuje.
Systematické chyby môžu byť ťažko rozpoznateľné. Je to tak preto, lebo všetko, čo zmeriate, sa pokazí o rovnakú (alebo podobnú) sumu a nemusíte si vôbec uvedomiť, že ide o problém. Na rozdiel od náhodných chýb sa im však dá často úplne vyhnúť. Pred použitím zariadenie poriadne nakalibrujte a systematické chyby budú oveľa menej pravdepodobné.