Rozdiel medzi systematickou chybou a náhodnou chybou

Pri meraní fyzickej veličiny neočakávame, že získaná hodnota bude presná skutočná hodnota. Je dôležité uviesť nejaký náznak toho, nakoľko je pravdepodobné, že výsledok bude skutočnou hodnotou, to znamená nejaký náznak presnosti spoľahlivosti meraní. Vo fyzike to robíme zahrnutím odhadu chyby spolu s hodnotou výsledku. Pri analýze výsledkov je dôležité vziať do úvahy zdroje chýb a ako tieto zdroje ovplyvnili výsledky. Chyby a neistota merania sa vždy odhadujú nepriamym spôsobom a výpočty zahŕňajú určité predpoklady. Chyby možno rozdeliť na dva primárne druhy, systematické a náhodné chyby. Systematická chyba je chyba, ktorá zostáva konštantná alebo sa pravidelne mení pri opakovanom meraní jednej a tej istej veličiny. Naopak, náhodná chyba je chyba, ktorá sa líši a ktorá bude pravdepodobne pozitívna alebo negatívna. Pozrime sa na niektoré kľúčové rozdiely medzi nimi.

Čo je systematická chyba?

Systematická chyba je chyba, ktorá sa vyskytuje zakaždým v rovnakom smere a pri opakovaných meraniach jednej a tej istej veličiny zostáva konštantná alebo sa pravidelne mení. Systematická chyba zostáva konštantná v celom súbore odčítaní a spôsobuje posunutie nameranej veličiny od akceptovanej alebo predpokladanej hodnoty. K systematickým chybám dochádza, pretože experimentálne usporiadanie je odlišné od usporiadania predpokladaného v teórii a korekčný faktor, ktorý zohľadňuje tento rozdiel, sa ignoruje. V mnohých prípadoch sú takéto chyby spôsobené nejakou chybou v experimentálnom prístroji. Systematickú chybu je možné odstrániť použitím správnej techniky, kalibrácie zariadenia a uplatnením noriem.

Čo je náhodná chyba?

Ako už názov napovedá, náhodná chyba je tá, ktorá sa mení náhodne a ktorá je spôsobená nepredvídateľnými a neznámymi odchýlkami v celkovom experimentálnom procese. Za náhodnú chybu sa považuje každý typ chyby, ktorý je nekonzistentný a neopakuje sa v rovnakom rozsahu alebo rovnakom smere ako náhodou. Gulliksen definuje náhodnú chybu v štatistickom zmysle ako priemerná chyba, korelácia medzi chybou a skutočným skóre a korelácia medzi chybami je nula. Napríklad rýchlosť vetra môže klesať a zvyšovať sa v rôznych časových okamihoch, čo vedie k zmenám vo výsledkoch. Náhodná chyba sa zistí opakovaným meraním rovnakého množstva za rovnakých podmienok.

Rozdiel medzi systematickou a náhodnou chybou

Význam systematickej vs. náhodnej chyby

Chyby možno rozdeliť na dva primárne druhy, systematické a náhodné chyby. Systematická chyba, ako názov napovedá, je konzistentná, opakovateľná chyba, ktorá sa líši od skutočnej hodnoty merania o pevnú hodnotu. Systematická chyba je chyba, ktorá sa vyskytuje zakaždým v rovnakom smere v dôsledku poruchy meracieho zariadenia. Naopak, každý druh chyby, ktorý je nekonzistentný a neopakuje sa v rovnakom rozsahu alebo smere s výnimkou náhodnosti, sa považuje za náhodnú chybu. Náhodné chyby sa niekedy nazývajú štatistické chyby.

Povaha systematickej vs. náhodnej chyby

Náhodné chyby sa zisťujú vykonávaním merania toho istého množstva mnohokrát za rovnakých podmienok a zahŕňajú variabilitu spojenú s prírodným svetom a akékoľvek merania. Na druhej strane systematické chyby sa dajú zistiť experimentálne porovnaním daného výsledku s meraním tej istej veličiny vykonaného pomocou inej metódy alebo pomocou presnejšieho meracieho prístroja. Systematické chyby poskytujú výsledky, ktoré sú buď trvalo nad skutočnou hodnotou, alebo trvalo pod skutočnou hodnotou.

Príčina systematickej vs. náhodnej chyby

Systematické chyby sú konzistentné a sú spôsobené určitou chybou v experimentálnom prístroji alebo chybnou experimentálnou konštrukciou. Takéto chyby sú spôsobené chybnými meracími zariadeniami, ktoré jednotlivci používajú nesprávne pri meraní, alebo chybne kalibrovanými prístrojmi. Predpokladá sa, že systematické chyby sú nebezpečnejšie ako náhodné chyby. Na druhej strane náhodné chyby sú spôsobené nepredvídateľnými zmenami v odčítaní meracieho zariadenia alebo neschopnosťou pozorovateľa interpretovať inštrumentálne hodnoty.

eliminácia

Systematické chyby sa dajú eliminovať použitím správnej techniky, kalibrácie zariadenia a dodržiavania noriem. Systematické chyby zvyčajne spôsobujú chybné interpretácie ľudí alebo zmeny prostredia v priebehu experimentov, ktoré je ťažké úplne odstrániť. Opakované merania s rovnakým prístrojom neodhalia ani neodstraňujú systematickú chybu. V zásade možno všetky systematické chyby eliminovať, pri každom meraní však vždy zostanú nejaké náhodné chyby. Náhodné chyby sa však dajú znížiť priemerom veľkého počtu pozorovaní.

Systematická vs. náhodná chyba: porovnávacia tabuľka

Zhrnutie systematických vs. náhodných chýb

V zásade možno všetky systematické chyby eliminovať, pri každom meraní však vždy zostanú nejaké náhodné chyby. Náhodné chyby sa však dajú znížiť priemerom veľkého počtu pozorovaní. Systematické chyby zvyčajne spôsobujú chybné interpretácie ľudí alebo zmeny prostredia v priebehu experimentov, ktoré je ťažké úplne odstrániť. Z tohto dôvodu sú systematické chyby potenciálne nebezpečnejšie ako náhodné chyby. Systematické chyby sa však dajú eliminovať použitím správnej techniky, kalibrácie zariadenia a dodržiavania noriem.