Różnica między błędem systematycznym a błędem losowym

Przy pomiarze wielkości fizycznej nie oczekujemy, że uzyskana wartość będzie dokładną wartością rzeczywistą. Ważne jest podanie pewnego rodzaju wskazania, jak blisko wyniku może być prawdziwa wartość, to znaczy pewne wskazanie dokładności wiarygodności pomiarów. W fizyce robimy to, włączając oszacowanie błędu wraz z wartością wyniku. Analizując wyniki, należy wziąć pod uwagę źródła błędów i ich wpływ na wyniki. Błędy i niepewność pomiarów są zawsze szacowane w sposób pośredni, a obliczenia uwzględniają pewne założenia. Błędy można podzielić na dwa podstawowe rodzaje, błędy systemowe i losowe. Błąd systematyczny to taki, który pozostaje stały lub zmienia się w regularny sposób w powtarzanych pomiarach tej samej wielkości. Przeciwnie, błąd losowy to taki, który się zmienia i który może być dodatni lub ujemny. Rzućmy okiem na niektóre kluczowe różnice między nimi.

Co to jest błąd systematyczny?

Błąd systematyczny to taki, który występuje za każdym razem w tym samym kierunku i pozostaje stały lub zmienia się w regularny sposób w powtarzanych pomiarach tej samej wielkości. Błąd systematyczny pozostaje stały przez cały zestaw odczytów i powoduje przesunięcie mierzonej wielkości od przyjętej lub przewidywanej wartości. Występują błędy systematyczne, ponieważ układ eksperymentalny różni się od przyjętego w teorii, a współczynnik korekcyjny uwzględniający tę różnicę jest ignorowany. W wielu przypadkach takie błędy są spowodowane pewną wadą aparatu eksperymentalnego. Błąd systematyczny można wyeliminować, stosując odpowiednią technikę, kalibrując sprzęt i stosując standardy.

Co to jest błąd losowy?

Jak sama nazwa wskazuje, błąd przypadkowy to taki, który zmienia się w sposób losowy i jest wytwarzany przez nieprzewidywalne i nieznane zmiany w całym procesie eksperymentalnym. Każdy rodzaj błędu, który jest niespójny i nie powtarza się w tej samej wielkości lub kierunku, z wyjątkiem przypadku, jest uważany za błąd losowy. Gulliksen definiuje błąd losowy w sensie statystycznym w kategoriach błędu średniego, korelacja między błędem a prawdziwym wynikiem, a korelacja między błędami wynosi zero. Na przykład prędkość wiatru może spadać i wzrastać w różnych punktach czasowych, powodując zmiany wyników. Błąd losowy jest wykrywany przez wielokrotne wykonywanie pomiarów tej samej wielkości w tych samych warunkach.

Różnica między błędem systematycznym a przypadkowym

Znaczenie błędu systematycznego vs. losowego

Błędy można podzielić na dwa podstawowe rodzaje, błędy systemowe i losowe. Błąd systematyczny, jak sama nazwa wskazuje, jest spójnym, powtarzalnym błędem, który odbiega od prawdziwej wartości pomiaru o ustaloną wartość. Błąd systematyczny to taki, który występuje za każdym razem w tym samym kierunku z powodu uszkodzenia urządzenia pomiarowego. Przeciwnie, każdy rodzaj błędu, który jest niespójny i nie powtarza się w tej samej wielkości lub kierunku, z wyjątkiem przypadku, jest uważany za błąd losowy. Błędy losowe są czasem nazywane błędami statystycznymi.

Charakter błędu systematycznego vs. losowego

Błędy losowe są wykrywane przez wielokrotne wykonywanie pomiarów tej samej ilości w tych samych warunkach i wiążą się ze zmiennością właściwą dla świata przyrody i dokonywaniem jakichkolwiek pomiarów. Z drugiej strony błędy systematyczne można odkryć eksperymentalnie, porównując dany wynik z pomiarem tej samej wielkości wykonanym inną metodą lub przy użyciu dokładniejszego przyrządu pomiarowego. Systematyczne błędy dają wyniki, które są albo stale powyżej rzeczywistej wartości, albo stale poniżej rzeczywistej wartości.

Przyczyna błędu systematycznego vs. losowego

Błędy systematyczne są spójne i są spowodowane pewną wadą aparatu eksperymentalnego lub wadliwym projektem eksperymentalnym. Takie błędy są spowodowane wadliwymi urządzeniami pomiarowymi, które albo są niewłaściwie używane przez osoby fizyczne podczas wykonywania pomiaru, albo przyrządami, które są niedokładnie skalibrowane. Uważa się, że błędy systematyczne są bardziej niebezpieczne niż błędy losowe. Z drugiej strony błędy losowe są spowodowane nieprzewidywalnymi zmianami odczytów urządzenia pomiarowego lub niezdolnością obserwatora do interpretacji odczytu instrumentalnego.

Eliminacja

Systematyczne błędy można wyeliminować, stosując odpowiednią technikę, kalibrując sprzęt i stosując standardy. Błędy systemowe są zwykle spowodowane błędnymi interpretacjami człowieka lub zmianami środowiska podczas eksperymentów, które trudno jest całkowicie wyeliminować. Powtarzane pomiary z tym samym przyrządem nie ujawniają ani nie eliminują błędu systematycznego. Zasadniczo wszystkie błędy systemowe można wyeliminować, ale w każdym pomiarze zawsze pozostaną pewne błędy przypadkowe. Błędy losowe można jednak zmniejszyć, biorąc średnio dużą liczbę obserwacji.

Błąd systematyczny a błąd losowy: tabela porównawcza

Podsumowanie błędu systematycznego vs. losowego

Zasadniczo wszystkie błędy systemowe można wyeliminować, ale w każdym pomiarze zawsze pozostaną pewne błędy przypadkowe. Błędy losowe można jednak zmniejszyć, biorąc średnio dużą liczbę obserwacji. Błędy systemowe są zwykle spowodowane błędnymi interpretacjami człowieka lub zmianami środowiska podczas eksperymentów, które trudno jest całkowicie wyeliminować. Dlatego błędy systemowe są potencjalnie bardziej niebezpieczne niż błędy losowe. Błędy systemowe można jednak wyeliminować, stosując odpowiednią technikę, kalibrując sprzęt i stosując standardy.