Náhodná chyba vs. systematická chyba
Dva typy experimentálnej chyby
Andrew Brookes / Getty Images
Bez ohľadu na to, aký pozor si dávate, vždy je chyba v a meranie . Chyba nie je „chyba“ – je súčasťou procesu merania. Vo vede sa chyba merania nazýva experimentálna chyba alebo pozorovacia chyba.
Existujú dve široké triedy pozorovacích chýb: náhodná chyba a systematická chyba . Náhodná chyba sa nepredvídateľne líši od jedného merania k druhému, zatiaľ čo systematická chyba má rovnakú hodnotu alebo podiel pre každé meranie. Náhodným chybám sa nedá vyhnúť, ale zoskupujú sa okolo skutočnej hodnoty. Systematickej chybe sa často dá vyhnúť kalibráciou zariadenia, ale ak sa neopraví, môže to viesť k meraniam ďaleko od skutočnej hodnoty.
Kľúčové informácie
- Náhodná chyba spôsobuje, že jedno meranie sa mierne líši od druhého. Pochádza z nepredvídateľných zmien počas experimentu.
- Systematická chyba ovplyvňuje merania vždy v rovnakom množstve alebo v rovnakom pomere, za predpokladu, že odčítanie sa vykoná zakaždým rovnakým spôsobom. Dá sa to predvídať.
- Náhodné chyby nemožno z experimentu odstrániť, ale väčšinu systematických chýb možno znížiť.
Príklad náhodnej chyby a jej príčiny
Ak vykonáte viacero meraní, hodnoty sa zhlukujú okolo skutočnej hodnoty. Náhodná chyba teda ovplyvňuje predovšetkým presnosť . Náhodná chyba zvyčajne ovplyvňuje poslednú platnú číslicu merania.
Hlavnými dôvodmi náhodnej chyby sú obmedzenia nástrojov, faktory prostredia a malé odchýlky v postupe. Napríklad:
- Pri vážení sa na váhe sa zakaždým postavíte trochu inak.
- Pri odbere a čítanie objemu v banke môžete odčítať hodnotu zakaždým z iného uhla.
- Meranie hmotnosť vzorky na analytických váhach môže produkovať rôzne hodnoty, pretože prúdy vzduchu ovplyvňujú rovnováhu alebo keď voda vstupuje a opúšťa vzorku.
- Meranie vašej výšky je ovplyvnené drobnými zmenami držania tela.
- Meranie rýchlosti vetra závisí od výšky a času, v ktorom sa meranie vykonáva. Je potrebné vykonať viacero meraní a spriemerovať ich, pretože poryvy a zmeny smeru ovplyvňujú hodnotu.
- Hodnoty sa musia odhadnúť, keď spadajú medzi značky na stupnici alebo keď sa berie do úvahy hrúbka meracej značky.
Pretože náhodná chyba sa vždy vyskytne a nemožno predvídať , je dôležité vziať viacero údajových bodov a spriemerovať ich, aby ste získali predstavu o množstve variácií a odhadli skutočnú hodnotu.
Príklad systematickej chyby a jej príčiny
Systematická chyba je predvídateľná a buď konštantná, alebo je úmerná meraniu. Systematické chyby ovplyvňujú predovšetkým merania presnosť .
Medzi typické príčiny systematickej chyby patrí chyba pozorovania, nedokonalá kalibrácia prístroja a rušenie prostredia. Napríklad:
- Zabudnutie na tarovanie alebo vynulovanie váhy produkuje merania hmotnosti, ktoré sú vždy „mimo“ o rovnakú hodnotu. Chyba spôsobená nenastavením prístroja na nulu pred jeho použitím sa nazýva chyba posunu .
- Nečítanie menisku na úrovni očí pri meraní objemu bude mať vždy za následok nepresné odčítanie. Hodnota bude stabilne nízka alebo vysoká v závislosti od toho, či sa odčítanie vykonáva nad alebo pod značkou.
- Meranie dĺžky kovovým pravítkom poskytne iný výsledok pri nízkej teplote ako pri vysokej teplote v dôsledku tepelnej rozťažnosti materiálu.
- Nesprávne kalibrovaný teplomer môže poskytnúť presné údaje v určitom teplotnom rozsahu, ale pri vyšších alebo nižších teplotách sa stane nepresným.
- Nameraná vzdialenosť je odlišná pri použití novej látkovej krajčírskej pásky oproti staršej, napnutej. Proporcionálne chyby tohto typu sa nazývajú chyby mierkového faktora .
- Dva hlavné typy chýb merania sú náhodná chyba a systematická chyba.
- Náhodná chyba spôsobuje, že jedno meranie sa mierne líši od druhého. Pochádza z nepredvídateľných zmien počas experimentu.
- Systematická chyba ovplyvňuje merania vždy v rovnakom množstve alebo v rovnakom pomere, za predpokladu, že odčítanie sa vykoná zakaždým rovnakým spôsobom. Dá sa to predvídať.
- Náhodné chyby nemožno z experimentu odstrániť, ale väčšinu systematických chýb možno znížiť.
- Bland, J. Martin a Douglas G. Altman (1996). 'Poznámky k štatistike: Chyba merania.' BMJ 313,7059:744.
- Cochran, W.G. (1968). „Chyby merania v štatistike“. Technometria . Taylor & Francis, Ltd. v mene Americkej štatistickej asociácie a Americkej spoločnosti pre kvalitu. 10: 637-666. doi: 10.2307/1267450
- Dodge, Y. (2003). Oxfordský slovník štatistických pojmov . OP. ISBN 0-19-920613-9.
- Taylor, J. R. (1999). Úvod do analýzy chýb: Štúdium neistôt vo fyzikálnych meraniach ... Univerzitné vedecké knihy. p. 94. ISBN 0-935702-75-X.
Keď sa zistí príčina, systematická chyba sa môže do určitej miery znížiť. Systematickú chybu možno minimalizovať rutinnou kalibráciou zariadenia, používaním kontrol v experimentoch, zahrievaním prístrojov pred meraním a porovnávaním hodnôt s štandardy .
Zatiaľ čo náhodné chyby možno minimalizovať zväčšením veľkosti vzorky a spriemerovaním údajov, je ťažšie kompenzovať systematickú chybu. Najlepším spôsobom, ako sa vyhnúť systematickým chybám, je poznať obmedzenia nástrojov a mať skúsenosti s ich správnym používaním.