II.Типи і походження похибок вимірювань

Лабораторна робота 1

Вимірювання фізичних величин

І ОБРОБКА ЕКСПЕРИМЕНТАЛЬНИХ ДАНИХ

Вступ

Практичні заняття в лабораторії фізики навчають курсантів самостійно відтворювати і аналізувати фізичні явища, закріплює теоретичні знання. Фізичний практикум передбачає засвоєння курсантами методів фізичного дослідження, вміння користуватися основними вимірювальним приладами, знання основних прийомів і способів вимірювань, обробки і інтерпретації експериментально отриманих даних. В цьому випадку курсант може виробити необхідні досліднику навики: розуміння ролі моделювання, уміння абстрагуватися від другорядних ефектів, уміння робити якісні оцінки, робити висновки і представляти отримані результати.

Теоретична частина

I.Види вимірювань

Основним способом отримання об'єктивної інформації про предмет або явище є вимірювання тієї або іншої величини. В процесі вимірювань застосовують різноманітні вимірювальні прилади.

Вимірювання – це знаходження значення невідомої величини експериментальним шляхом, в результаті якого ми встановлюємо, у скільки разів невідома величина відрізняється від еталонної. Іноді говорять, що це процес порівняння невідомої величини з відомою (еталоном).

Виділяють два основних види вимірювань: прямі та непрямі.

Прямі вимірювання – невідома величина вимірюється безпосередньо приладом, призначеним для цього. Так, силу струму в колі можна виміряти амперметром, довжину шляху – метром або рулеткою, час – секундоміром, температуру – термометром та таке інше.

Якщо прямі вимірювання неможливі, використовують непрямі вимірювання. В цьому разі, невідома величина визначається на підставі прямих вимірювань декількох допоміжних величин, після чого вона обчислюється на підставі відомих співвідношень. Наприклад, вимірювання середньої густини тіла по його масі і геометричним розмірам.

II.Типи і походження похибок вимірювань

Якість вимірювань визначається їх точністю. Точність вимірювань характеризується їх похибками, тобто різницею між отриманим значенням та істинним значенням шуканої фізичної величини.

В результаті будь-якого вимірювання ми набуваємо деяке числове значення величини. Цей результат, безперечне, відрізняється від істинного. В задачу вимірювань входить визначення величини, що виміряються, і встановлення похибок, з якими проводилися вимірювання.

Похибки вимірювань прийнято розрізняти на грубі, випадкові і систематичні похибки.

Грубі похибки або промахи. З самої назви витікає, що джерелом таких похибок є неуважність експериментатора. На грубу похибку окремого вимірювання вказує різка відмінність його результату від попередніх або подальших результатів. Метод виявлення та виключення грубих похибок буде наведено у розділі IV.

Систематичні похибки виникають внаслідок постійно діючих чинників, таких як невірного вибору методики вимірювань, неправильної установки приладу (невірна шкала, нерівні плечі терезів, нерівномірний шаг мікрометричного вінта та ін.), не дотримання умов вимірювань і т.п. Такі похибки мають однакову величину і знак на протязі усієї серії вимірювань.

Приклад. Припустимо на одній чаші терезів знаходяться: якесь тіло вагою Р _т,, а на другій чаші – кілька шальок з вагою Р_ш, яка нам відома(рис.1). Плечі терезів довжиною l не дорівнюють один одному . Аби терези були врівноважені, має виконуватись рівність для моменту сил:

.

Плече , тоді , звідки отримаємо:

,

Величина це систематична похибка при вимірюваннях ваги невідомого тіла. Чим менша величина , тим точніші наші вимірювання.

Як правило, в технічних паспортах приладів вказані їх систематичні похибки.

Випадкові похибкизумовлені дією випадкових чинників, які мають в кожному вимірюванні різні знак і величину. Такі похибки залежать від індивідуальних якостей експериментатора.

Приклад. В момент пеленгування маяку за допомогою звичайного пеленгатора магнітного компасу, зазвичай виникають випадкові похибки:

· при знятті відліку з приладу виникають похибки округлення;

· атмосферні процеси обумовлюють зміну оптичної густини повітряних мас, крізь які проходить промінь візування, що призводить до його викривлення;

· змінна магнітного поля Землі зумовлює непередбачені зміни схилення в районі судна;

· та таке інше.

Випадкові похибки виявляються як відмінність результатів декількох вимірювань однієї і тієї ж величини (об'єкту), що проводяться одним і тим же приладом в одних і тих же умовах.

Практика вимірювань підтверджує, що випадкові помилки за величиною частіше перевищують систематичні, тому надалі ми будемо проводити оцінку тільки випадкових похибок.