Мій ваг лежить мені; Статті; Родзинка знань
Похибки вимірювання в побутових об'єктах
Крок на шкалу. Прочитайте його вагу 1. За вагою здоров'я (наприклад, для немовлят) або за незвичкою, зважування - щось дуже поширене. Настільки, що ми не обов'язково думаємо; вага вказує на 75,3 кг, я важу 75,3 кг. Точка.
І те саме з багатьма вимірювальними приладами, якими ми користуємося щодня, чи то для обчислення пройдених кілометрів, трансформованої електроенергії, кількості борошна ... І ми не повинні забувати, що існують неточні і дуже загальні одиниці вимірювання виміряйте, будь то склянка, "приблизно це" або "ще трохи".
Але дотримуймося кількісних, кількісних показників. Вони зашифровані, так справедливо, правда? Ну ... Вчені точно вам скажуть. І навіть у повсякденному житті ці цифри часом сумнівні. Щоб проілюструвати це, я б розповів вам про реальний приклад:
Я зважився, і думаю, що мій ваг мені бреше.
Насправді його маса (до речі, у кілограмах). Однак ми говоримо про зважування себе, ваги, ваги, щоденною лексикою. Я дозволяю собі говорити про зважування його ваги в кг, щоб не зважувати статтю справедливими термінами, але важче. Що в перспективі було б важким.
Анекдот для початку
Одного ранку я встаю і збираюся зважитися. Моя вага вказує на 75,3 кг. Я займаюся своїми справами до наступного ранку. Тоді я знову зважуюся, два дні поспіль. Я вражений тим, що зараз моя вага становить 77,1 кг. Майже два фунти на день для мене звучать дуже багато. Єдина помітна зміна вчора: я змінив піжаму. Крім голого, я важу 76,9 кг. Це все дуже дивно, але я повинен підготуватися до роботи.
Гаразд, вже пізно вранці, я встигаю, тому я збираюся детальніше розглянути цей масштаб. Вже моя піжама важить 450 г відповідно до моєї кухонної ваги. Потім проведення двох зважувань дає абсолютно однаковий результат (досвідчений багато разів). Це все неправильно, і я починаю звинувачувати свої ваги у ванній. Давайте перевіримо. Я важу себе одягненим, посеред дня. 77,3 кг Це буде моєю довідкою.
Тому я вирішив поміняти батареї. Я йду з вагою під пахвою у своїй вітальні 1, міняю батареї і зараз важу понад 79 кг. Але про що як? Я повернув старі батареї назад, все ще 79 кг. Я вирішив, не обов'язково раціонально, але все це дуже бракує раціональності, повернути нові батареї, повернувши ваги назад у ванну кімнату, і я знайшов приблизно 77 кг. Добре. Тож старі акумулятори працюють дуже добре ... Я поклав їх назад і виявив 77 кг.
Гаразд, давайте трохи присідемо і перелічимо, як це може піти не так. Яку помилку ми зазвичай маємо, проводячи вимірювання ?
Так, мій акумулятор знаходиться у моїй вітальні. Чую, ти критикуєш моє сховище.
Похибки вимірювання
Як може вимірювальний прилад піти не так? Тут справа не в тому, щоб вникнути в таємниці того, як працює вимірювальний прилад, а в тому, щоб запитати, які види помилок можна виявити у всіх вимірювальних приладах.
Систематична помилка
Перший тип помилки - це додавання або вилучення певної величини з вимірювання. Як правило, це поганий дефект.
Поширений випадок: якщо у вас є кухонні ваги, ви знаєте, що існує функція тари (або якийсь спосіб тарування). Принцип простий: ви налаштовуєте 0. Значення 0 зазвичай буває у випадку, коли блюдо, в яке ви плануєте покласти інгредієнти, знаходиться на вазі. Якщо ви зробите помилку в тарі (наприклад, змінивши блюдо по дорозі), всі ваші виміри будуть затьмарені так званою систематичною помилкою. Тому що ця помилка буде щоразу однаковою.
Подібним чином, якщо ваш термометр неправильно встановлений і гранична температура води-льоду становить 10 ° C замість 0 ° C, тоді (якщо це працює добре в іншому випадку) всі ваші вимірювання будуть компенсовані на 10 ° VS.
Інший тип систематичної помилки - це прилад з хорошим 0, але який завжди переоцінює або занижує отримані значення.
Поширений випадок - метр кутюр’є. Для тих, хто не шиє, це одна метрова градуйована стрічка, яка використовується для вимірювання тканини. З часом він може деформуватися, часто розтягуючись. Якщо вона рівномірно розтягується на 10%, розмір 50 см тканини насправді дає 55 см тканини. Всі кількості щоразу занижуються однаково, з хорошим 0.
Випадкова помилка
Багаторазове проведення одного і того ж вимірювання дасть дещо різні результати навколо фактичного значення, знайденого приладом. Використовуючи мою цифрову кухонну вагу, я знайшов для того самого предмета вагу від 91 до 93 г від міри до міри.
Коли вам доводиться вимірювати, а не просто повідомляти значення, наприклад, за допомогою лінійки, читання також вводить випадкове упередження. Якщо я попрошу 5 людей виміряти за допомогою тієї самої лінійки одну і ту ж лінію довжиною близько десяти сантиметрів, у мене буде різниця між вимірами в кілька міліметрів 1 .
Якщо вимірювання проводяться незалежно, тобто вимірювач 2 не знає, яке значення дав вимірювач 1. Але сліпі дослідження - це не тема дня.
Поверніться до шкали
Озброївшись, давайте відновимо вивчення спірних шкал ванних кімнат. Здається, це вже не страждає від випадкових помилок. І з поважної причини, електронні ваги у ванній брешуть вам: коли вони вимірюють два дуже близькі значення, вони дають попереднє значення. Мета - приховати їх недостатню точність. Ось чому при двох послідовних вимірах це завжди дає мені однакову вагу. Справа не в тому, що він точний, а в тому, що він обманює.
Гаразд, але він зверху бреше мені неправильно? Так, щонайменше до 200 г. Я насправді важу на 200 г менше, знявши 450 г одягу (зважений з точнішими вагами, але не в змозі зважити нічого важкого, як я). Але оскільки моя вага свідомо бреше мені, я не знаю, яку вагу вона насправді знайшла, коли я був одягнений.
А чарівні 2 кілограми від зміни батарейок? Значення 0 добре, тому ми можемо це виключити. І все ж, це справді систематична помилка завищення ... через землю. Під час переодягання я перейшов із твердої підлоги (плитка) до м’якої підлоги (ліно), і ваги допустили систематичну помилку, переоцінивши вагу м’яких підлог.
Таємниця розгадана. Моя шкала бреше мені, вона неточна, але у мене немає підстав вважати, що вона не працює.
На завершення цього захоплюючого розслідування ми не мали змоги поговорити про дві речі:
- Вимірювальні прилади можна калібрувати. Якщо я зважую предмет із відомою вагою, я сподіваюся знайти відповідну вагу. Тож я можу перевірити стан пристрою. За винятком того, що у мене є лише ваги.
- Вимірювальний прилад має діапазон, в якому він є точним. Поза цим діапазоном помилки збільшуються або навіть пристрій більше не працює. Таким чином, зважування на кухонних вагах нічого не дасть, а зважування 500 г борошна на вазі буде дуже неточним (тим більше, що ваги точні приблизно 60–100 кг, а в інших місцях менш точні).
Наступного разу, коли ви будете робити вимірювання, запитайте себе: наскільки точний ваш пристрій, чи справді він поганий? Чи достатньо точної, яку вона мені дає? Словом, як він (і ти) помиляється ?
Ескіз від ElinorD, суспільне надбання.
Велике спасибі @ entwanne, @ SpaceFox, @ adri1 та @ Aabu за їх відгуки під час бета-версії статті та @ Holosmos за перевірку.