بغض النظر عن مدى حرصك ، هناك دائمًا خطأ في القياس. الخطأ ليس "الغلط" - إنه جزء من عملية القياس. في العلم ، يُطلق على خطأ القياس خطأ تجريبي أو خطأ في الملاحظة.
هناك فئتان عريضتان من أخطاء الملاحظة: الخطأ العشوائي والخطأ المنهجي. يختلف الخطأ العشوائي بشكل غير متوقع بين قياس وقياس ، في حين أن الخطأ المنهجي له نفس القيمة أو النسبة لكل قياس.
• يتسبب الخطأ العشوائي في اختلاف أحد القياسات قليلاً عن القياس التالي. يأتي من تغييرات غير متوقعة خلال التجربة.
• يؤثر الخطأ المنهجي دائمًا على القياسات بنفس المقدار أو بنفس النسبة ، شريطة أخذ القراءة بنفس الطريقة في كل مرة. يمكن التنبؤ به.
• لا يمكن التخلص من الأخطاء العشوائية في التجربة ، ولكن يمكن تقليل معظم الأخطاء المنهجية.
مثال الخطأ العشوائي والأسباب (Random Error)
إذا قمت بأخذ قياسات متعددة ، فإن القيم تتجمع حول القيمة الحقيقية. وبالتالي ، فإن الخطأ العشوائي يؤثر في المقام الأول على الدقة. عادة ، يؤثر الخطأ العشوائي على آخر رقم مهم من القياس.
الأسباب الرئيسية للخطأ العشوائي هي قيود الأدوات والعوامل البيئية والاختلافات الطفيفة في الإجراء. فمثلا:
• عندما تزن نفسك على الميزان ، فإنك تضع نفسك بشكل مختلف قليلاً في كل مرة.
• عند أخذ قراءة حجم في قارورة ، يمكنك قراءة القيمة من زاوية مختلفة في كل مرة.
• قد ينتج عن قياس كتلة العينة على ميزان تحليلي قيمًا مختلفة حيث تؤثر التيارات الهوائية على التوازن أو عندما يدخل الماء ويترك العينة.
• يتأثر قياس طولك بتغييرات طفيفة في الوضع.
• يعتمد قياس سرعة الرياح على الارتفاع والوقت الذي يتم فيه إجراء القياس. يجب أخذ قراءات متعددة ومتوسطها لأن العواصف والتغيرات في الاتجاه تؤثر على القيمة.
• يجب تقدير القراءات عندما تقع بين العلامات على مقياس أو عند أخذ سمك علامة القياس في الاعتبار.
نظرًا لأن الخطأ العشوائي يحدث دائمًا ولا يمكن التنبؤ به ، فمن المهم أن تأخذ نقاط بيانات متعددة وأن تحسب متوسطها لفهم مقدار التباين وتقدير القيمة الحقيقية.
مثال عن الخطأ المنهجي والأسباب (Systematic Error)
يمكن التنبؤ بالخطأ المنهجي ، فإما يكون ثابتا أو يتناسب مع القياس. تؤثر الأخطاء المنهجية بشكل أساسي على دقة القياس.
تشمل الأسباب النموذجية للخطأ المنهجي كل من الخطأ في المراقبة ومعايرة الأجهزة غير الكاملة والتدخل البيئي. فمثلا:
• إن نسيان التوازن أو انعدامه ينتج عنه قياسات جماعية "معطلة" دائمًا بنفس المقدار. خطأ ناتج عن عدم ضبط أداة على الصفر قبل استخدامها يسمى خطأ الإزاحة.
• عدم قراءة السطح الهلالي لسائل ما عند مستوى العين لقياس الحجم سيؤدي دائمًا إلى قراءة غير دقيقة. ستكون القيمة منخفضة أو عالية باستمرار ، اعتمادًا على ما إذا كانت القراءة مأخوذة من أعلى أو أسفل العلامة.
• سيعطي قياس الطول باستخدام المسطرة المعدنية نتيجة مختلفة في درجة حرارة باردة عن درجة الحرارة الساخنة ، بسبب التمدد الحراري للمادة.
• قد يعطي مقياس الحرارة المعياري بشكل خاطئ قراءات دقيقة ضمن نطاق درجة حرارة معينة ، ولكنه يصبح غير دقيق عند درجات حرارة أعلى أو منخفضة.
• تختلف المسافة المقاسة باستخدام شريط قياس جديد من القماش مقابل شريط أقدم وممتد. تسمى الأخطاء النسبية من هذا النوع أخطاء عامل المقياس.
• يحدث الانحراف عندما تصبح القراءات المتتالية أقل أو أعلى باستمرار بمرور الوقت. تميل المعدات الإلكترونية إلى أن تكون عرضة للانجراف. تتأثر العديد من الأدوات الأخرى بالانحراف (الإيجابي عادة) ، مع ارتفاع درجة حرارة الجهاز.
بمجرد تحديد سببها ، يمكن تقليل الخطأ المنتظم إلى حد ما. يمكن تقليل الخطأ المنهجي عن طريق المعايرة الروتينية للمعدات ، واستخدام عناصر التحكم في التجارب ، وتسخين الأدوات قبل أخذ القراءات ، ومقارنة القيم بالمعايير.
بينما يمكن تقليل الأخطاء العشوائية إلى الحد الأدنى عن طريق زيادة حجم العينة ومتوسط البيانات ، إلا أنه من الصعب تعويض الخطأ المنهجي. أفضل طريقة لتجنب الخطأ المنهجي هي أن تكون على دراية بقيود الأدوات وتجربة استخدامها الصحيح.