Ошибки и погрешности измерений

Измерить какую-нибудь величину — значит узнать, сколько раз в ней заключается однородная величина, принимаемая за единицу меры.

Произвести измерения физических величин абсолютно точно невозможно, так как всякое измерение сопровождается той или иной ошибкой или погрешностью. Погрешности или ошибки бывают систематические и случайные. Систематические погрешности порождаются: несовершенством приборов; неточной установкой прибора; смещением шкалы прибора; неточной установкой стрелки прибора в нулевом положении; недостаточной чувствительностью прибора; неучетом тепловых, электрических и магнитных полей, давлений, влажности и других внешних факторов, влияющих на результат измерений; приближенным характером уравнений и констант, используемых для расчета определяемых величин и так далее.

Характерной величиной систематических погрешностей является то, что при любом измерении они либо только увеличивают, либо только уменьшают результат измерений, изменяя его всегда в одном направлении.

Систематические погрешности не описываются методами математической статистики. Их можно уменьшить путем изучения приборов, которыми пользуются при выполнении работ и введением соответствующих поправок в результат измерений.

Случайные погрешности вызываются неточностями отсчетов, которую невольно может допустить всякий экспериментатор. Они обусловлены несовершенством наших органов чувств, посредством которых мы получаем сведения о внешнем мире. Кроме того, случайные погрешности вызываются многочисленными трудно учитываемыми кратковременными факторами, каждый из которых приводит к незначительному изменению результатов измерений. Случайные погрешности обнаруживаются путем повторных измерений.

В отличие от систематических случайные погрешности подчиняются законам математической статистики. Теория ошибок, построенная на теории вероятностей, позволяет определить степень влияния величины случайных погрешностей на окончательный результат измерений.

Всякий эксперимент состоит из одного или нескольких измерений. Измерения бывают прямые и косвенные. При прямых измерениях определяемая величина находится при помощи какого-либо прибора. Например, измерения длин производятся линейкой, штангенциркулем, микрометром, массы — весами, времени — секундомером, температуры — термометром, силы тока — амперметром, напряжения — вольтметром и т. д. При косвенных измерениях определяемая величина вычисляется по результатам прямых измерений других величин, которые связаны с ней какой-либо функциональной зависимостью. Например, измерение ускорения силы тяжести производится по измерению длины маятника и периода его колебаний. Во время таких измерений допускаются погрешности, которые в свою очередь вызывает появление ошибки в определении косвенным образом ускорения силы тяжести.