- •Раздел 11. Логика эксперимента
- •34. Систематические погрешности. Логика эксперимента
- •34. Систематические погрешности. Логика эксперимента. Эксперимент и здравый смысл
- •34.1. Логика эксперимента. Эксперимент и здравый смысл.
- •34.1.1. Кажущаяся симметрия аппаратуры.
- •34.1.2. Последовательность измерений.
- •34.1.3. Умышленные и неумышленные изменения.
- •34.1.4. Дрейф
- •34.1.5. Систематические изменения
- •34.1.6. Поправки вычисленные и эмпирические
- •34.1.7. Относительные методы
- •34.1.8. Предварительный эксперимент
- •34.1.9. Проверка очевидного
- •34.1.10. Субъективные ошибки
- •34.1.11. Повторные измерения
- •34.1.12. Обработка результатов
- •34.2. Систематические погрешности
- •34.2.1. Систематические погрешности и их классификация
- •34.2.2. Способы обнаружения и устранения систематических погрешностей
Раздел 11. Логика эксперимента
34. Систематические погрешности. Логика эксперимента
Систематические погрешности. Логика эксперимента. Эксперимент и здравый смысл.
34. Систематические погрешности. Логика эксперимента. Эксперимент и здравый смысл
34.1. Логика эксперимента. Эксперимент и здравый смысл.
Систематическая ошибка - это смягченное выражение, заменяющее слова "ошибка экспериментатора". Такие ошибки возникают из-за того, что
- Неточны измерительные приборы
- Реальная установка в чем-то отличается от идеальной
- Не совсем верна теория явления, т.е. не учтены какие-то эффекты.
Как поступать в первом случае, мы можем догадаться - нужна калибровка или градуировка.
В двух других случаях готового рецепта не существует. Чем лучше вы знаете физику, чем больше у вас опыта, тем больше вероятность того, что вы обнаружите подобные эффекты, а значит, и устраните их.
Но существуют такие способы проведения измерений и выбора их последовательности, которые позволяют автоматически выявить, а иногда и исключить некоторые виды ошибок. Подобные приемы и составляют предмет настоящей лекции. Одни из них довольно специфичны, а другие носят общий характер и связаны с психологией экспериментатора.
Выявление и устранение систематической ошибки может выглядеть, как действие негативное, хотя и желаемое. Однако в этом содержится и нечто более важное. Вскрытая нами систематическая ошибка может быть обусловлена явлением ранее неизвестным. И тогда она переходит из ранга "ошибки" в ранг "эффекта". Другими словами, тщательно проведенные измерения могут привести к открытию и расширить наши представления.
34.1.1. Кажущаяся симметрия аппаратуры.
Есть хорошее правило: если вам кажется, что в аппаратуре имеется какая-то симметрия, т.е. замена одной величины на противоположную или перестановка двух ее частей не должна приводить к какому-либо изменению или должно приводить к предсказуемому эффекту, то обязательно произведите такую замену или перестановку. Рассмотрим несколько примеров.
Допустим, что при помощи потенциометра проводится сравнение двух сопротивлений и нам ничего не известно о термоэлектрическом эффекте. В данном случае схема должна быть симметрична относительно направления тока. Это значит, что при изменении направления токов в обеих цепях баланс не должен нарушаться. На самом деле оказывается, что это не так. Тем самым обнаруживается наличие чего-то, чего мы не учитывали. Исследуя это явление, мы находим причину, а именно термо - эдс, не зависящую от направления основных токов в схеме. В таком случае устранить ошибку можно простым усреднением отсчетов, соответствующих двум условиям баланса.
Рис. 34.1. Схема потенциометра для сравнения малых сопротивлений. На рисунке представлена упрощенная схема потенциометра. Два сравниваемых сопротивления R1 и R2 соединены последовательно с батареей Е. Поскольку ток через них один и тот же, разность потенциалов на их концах V1 и V2 удовлетворяет соотношению V1/V2=R1/R2.
Рассмотрим, к примеру, эксперимент по измерению теплопроводности какого-либо материала, где требуется измерять разность температур между точками P и Q. Предположим, что для этого мы взяли два одинаковых термометра и измеряем температуру непосредственно в точках P и Q. В силу симметрии, поменяв термометры местами, мы не должны изменить результат. Переставляем термометры и убеждаемся, что это не так, обнаруживая тем самым ошибочность их показаний. Если разность мала, то ее величина, полученная на основании одной лишь пары измерений, будет существенно искаженной. Поменяв термометры местами и взяв затем среднее из двух значений , мы заметно уменьшим ошибку.