INSTRUCȚIUNI METODOLOGICE PENTRU DETERMINAREA ERORILOR ÎN MĂSURĂRILE ÎN PRACTICUL DE LABORATOR PRIVIND FIZICA
La efectuarea lucrărilor de laborator pe toate secțiunile cursului de fizică generală, elevii efectuează stabilirea anumitor experimente fizice. Scopul acestor experimente este determinarea anumitor cantități fizice prin măsurători. În același timp, precizia măsurătorilor este esențială. Estimarea erorii rezultatelor obținute este, prin urmare, o parte integrantă a practică a fiecărei lucrări experimentale. De aceea, sarcina atelierului de fizică a laboratorului este nu numai să se familiarizeze cu metodele și mijloacele de măsurare, dar și să învețe cum să determine erorile care apar în timpul procesului de măsurare prin diferite instrumente de măsurare.
Aceste orientări metodologice conțin principiile de bază ale estimării erorilor în cursul procesării rezultatelor lucrărilor de laborator efectuate în studiul tuturor celor trei părți ale cursului de fizică generală. Este extrem de important să se insufle studenților abilitățile de prelucrare corectă a datelor experimentale de la prima lor apariție în laborator.
Măsurătorile fizice sunt împărțite direct și indirect. Exemple de măsurători directe sunt măsurătorile dimensiunilor liniare ale obiectelor prin diverse instrumente de măsurare. rigla, calimetrul, micrometrul, măsurarea timpului cronometrului, măsurarea cantităților electrice (curent, tensiune) cu instrumentele de măsură electrice corespunzătoare.
În cele mai multe cazuri, totuși, valoarea dorită nu poate fi obținută direct prin măsurători directe. Se măsoară apoi alte cantități care sunt legate de relațiile definite definite. In astfel de măsurători, numite KOS-guvernamentale, experimentatorul trebuie să calculeze valoarea dorită folosind legile cunoscute ale fizicii matematice cote-catâri. Indirecte includ, de exemplu, realizate în corpurile de măsurare laboratoare școlare densitate (1,01 de lucru), măsurarea accelerației mișcării corpurilor (munca 1.12), câmpurile magnetice de inducție măsurare-TION (lucru 2,26, 2,27, 2,28), etc.
Erori de măsurare
Orice măsurare se face cu un anumit grad de precizie. Acest lucru se datorează imperfecțiunii instrumentelor de măsurare, tehnicii de măsurare, imperfecțiunii organelor sentimentelor umane și așa mai departe. Valoarea măsurată este întotdeauna diferită de valoarea adevărată. Cu alte cuvinte, fiecare măsurătoare este caracterizată de erori - erori. În multe cazuri, erorile sunt foarte semnificative. Prin urmare, în plus față de măsurarea cantității necunoscute, sarcina experimenților este în mod necesar să estimeze eroarea rezultatului obținut. Fără o astfel de evaluare, rezultatul experienței nu are, de regulă, valoare practică.
De obicei, valoarea valorii măsurate X este scrisă în următoarea formă:
unde ΔХ - eroare absolută de măsurare, care caracterizează abaterea valorii măsurate a unei valori date de la valoarea sa adevărată. În acest caz, deoarece valoarea reală rămâne necunoscută (deoarece, în principiu, este imposibil să se efectueze o măsurare absolut precisă), se poate obține o estimare aproximativă a erorii absolute.
Deoarece cauzele erorilor pot fi cele mai diferite, este necesar să se clasifice erorile care apar în timpul experimentelor. Doar în acest caz este posibil să se estimeze corect eroarea rezultatului obținut, deoarece modul de calcul al acestora depinde de tipul de eroare.
Erori sunt împărțite în întâmplări și sistematice.
O eroare sistematică este componenta erorii de măsurare, care rămâne constantă sau se schimbă în mod regulat cu măsurători repetate de aceeași valoare. O eroare aleatoare este componenta erorii de măsurare, care variază aleatoriu cu măsurători repetate de aceeași valoare. Există, de asemenea, erori în instrumentele care pot avea atât un caracter sistematic, cât și un caracter aleatoriu.
Să luăm în considerare câteva motive care cauzează apariția unor erori sistemice și aleatorii. Eroarea sistematică poate fi asociată cu funcționarea defectuoasă a instrumentelor de măsură, inexactitatea reglării, nerespectarea condițiilor de funcționare etc. Astfel de erori apar, de exemplu, când instrumentele nu sunt destul de orizontale sau când se utilizează un ecartament care nu a fost setat la zero înainte de începerea măsurării. Rețineți că aceste erori nu se referă la categoria de aparatură, care caracterizează instrumentele care se pot întrebuința și funcționează corect.
Cauza apariției unei erori sistematice poate fi, de asemenea, în procedura de măsurare în sine. Astfel, de exemplu, prin determinarea densității unui corp solid de la măsurători ale masei și volumului său, este posibil să se facă o eroare dacă există goluri sub formă de bule de aer în interiorul corpului supus investigației. În acest caz, puteți corecta eroarea numai prin modificarea metodei de măsurare.
Erorile întâmplătoare sunt asociate unor factori aleatorii care afectează precizia măsurătorilor. Ele pot depinde de condițiile în care se efectuează experimentul. De exemplu, o proiecție normală dintr-o încăpere de laborator poate afecta în mod necorespunzător măsurătorile de temperatură. Măsurătorile intervalelor de timp printr-un cronometru pornit manual conduc, de asemenea, la apariția unor erori aleatorii asociate cu o schimbare aleatorie a timpului de reacție al experimentatorului.
Apariția erorilor aleatorii poate fi legată de specificitatea cantității măsurate. Dacă, de exemplu, dimensiunile unei părți fabricate în mod necorespunzător sunt măsurate cu un etrier, rezultatele obținute vor depinde în mod aleatoriu de poziția instrumentului de măsurare. Un alt exemplu este inexactitatea citirii pe scara dispozitivului indicator, legata de opinia aleatorie a pozitiei ochilor experimenterului fata de instrument.
Principala modalitate de a reduce erorile întâmplătoare este măsurarea în mod repetat a aceleiași cantități fizice. Observăm totuși că acuratețea maximă posibilă a măsurării este determinată de instrumentele utilizate în experiment. Prin urmare, reducerea aleatoare eroare-ny crește numărul de încercări are un sens, atâta timp cât valoarea ei nu devine în mod clar mai mică decât eroarea instrumentului. Erorile instrumentelor se datorează imperfecțiunii oricărui instrument de măsurare. Dacă valoarea măsurată este determinată pe un instrument de scară, acuratețea absolută a dispozitivului este considerată, de regulă, egală cu jumătate din intervalul de scală (de exemplu, linie) sau interval de scală, dacă mâna instrumentul deplasează discontinua (cronometru) aparat, echipat cu un vernier, eroarea poate fi considerată precizie egală Vernier. Erorile instrumentelor electrice de măsurare sunt determinate de clasa lor de precizie, care este indicată pe scală.