Rozdíl mezi systematickou chybou a náhodnou chybou

Při měření fyzické veličiny neočekáváme, že získaná hodnota bude přesná skutečná hodnota. Je důležité uvést nějaký náznak toho, jak blízko bude výsledek pravděpodobně skutečnou hodnotou, to znamená určitým ukazatelem přesnosti spolehlivosti měření. Ve fyzice to děláme zahrnutím odhadu chyby spolu s výslednou hodnotou. Při analýze výsledků je důležité vzít v úvahu zdroje chyb a to, jak tyto zdroje ovlivnily výsledky. Chyby a nejistota měření jsou vždy odhadovány nepřímo a výpočty zahrnují některé předpoklady. Chyby lze rozdělit na dva primární druhy, systematické a náhodné chyby. Systematická chyba je chyba, která zůstává konstantní nebo se pravidelně mění v opakovaných měřeních stejného množství. Naopak náhodná chyba je ta, která se liší a která bude pravděpodobně pozitivní nebo negativní. Pojďme se podívat na některé klíčové rozdíly mezi nimi.

Co je systematická chyba?

Systematická chyba je chyba, která se vyskytuje pokaždé ve stejném směru a při opakovaných měřeních jedné a stejné veličiny zůstává konstantní nebo se pravidelně mění. Systematická chyba zůstává konstantní po celou dobu odečtu a způsobuje posun měřené veličiny od akceptované nebo předpokládané hodnoty. K systematickým chybám dochází, protože experimentální uspořádání je odlišné od uspořádání předpokládaného v teorii a korekční faktor, který zohledňuje tento rozdíl, je ignorován. V mnoha případech jsou takové chyby způsobeny nějakou chybou v experimentálním zařízení. Systematická chyba může být eliminována použitím správné techniky, kalibrace zařízení a používáním standardů.

Co je náhodná chyba?

Jak jeho název napovídá, náhodná chyba je chyba, která se mění náhodně a která je způsobena nepředvídatelnými a neznámými změnami v celém experimentálním procesu. Jakákoli chyba, která je nekonzistentní a neopakuje se ve stejné velikosti nebo směru, s výjimkou náhody, se považuje za náhodnou chybu. Gulliksen definuje náhodnou chybu ve statistickém smyslu z hlediska střední chyby, korelace mezi chybou a skutečným skóre a korelace mezi chybami je nula. Například rychlost větru může klesat a zvedat se v různých časových bodech, což má za následek změny ve výsledcích. Náhodná chyba se zjistí opakovaným měřením stejného množství za stejných podmínek.

Rozdíl mezi systematickou a náhodnou chybou

Význam systematické vs. náhodné chyby

Chyby lze rozdělit na dva primární druhy, systematické a náhodné chyby. Systematická chyba, jak název napovídá, je konzistentní, opakovatelná chyba, která se odchyluje od skutečné hodnoty měření o pevnou částku. Systematická chyba je chyba, která se vyskytuje pokaždé ve stejném směru v důsledku poruchy měřícího zařízení. Naopak jakýkoli typ chyby, který je nekonzistentní a neopakuje se ve stejném rozsahu nebo směru, s výjimkou náhody, je považován za náhodnou chybu. Náhodné chyby se někdy nazývají statistické chyby.

Povaha systematické vs. náhodné chyby

Náhodné chyby se objevují prováděním měření stejného kvantitativního množství za stejných podmínek a zahrnují variabilitu vlastní přirozenému světu a jakékoli měření. Na druhé straně systematické chyby mohou být objeveny experimentálně porovnáním daného výsledku s měřením stejné veličiny provedené pomocí jiné metody nebo použitím přesnějšího měřicího přístroje. Systematické chyby poskytují výsledky, které jsou buď trvale nad skutečnou hodnotou, nebo trvale pod skutečnou hodnotou.

Příčina systematické vs. náhodné chyby

Systematické chyby jsou konzistentní a jsou způsobeny nějakou chybou v experimentálním přístroji nebo chybnou experimentální konstrukcí. Takové chyby jsou způsobeny vadnými měřícími zařízeními, která jsou jednotlivci nesprávně používána při měření, nebo nesprávně kalibrovanými přístroji. Předpokládá se, že systematické chyby jsou nebezpečnější než náhodné chyby. Na druhé straně náhodné chyby jsou způsobeny nepředvídatelnými odchylkami ve čtení měřicího zařízení nebo neschopností pozorovatele interpretovat instrumentální čtení.

Odstranění

Systematické chyby lze eliminovat použitím správné techniky, kalibrace zařízení a používáním standardů. Systematické chyby jsou obvykle způsobeny chybnými interpretacemi člověka nebo změnami prostředí během experimentů, které je obtížné úplně eliminovat. Opakovaná měření se stejným přístrojem neodhalí ani neodstraní systematickou chybu. V zásadě lze odstranit všechny systematické chyby, ale v každém měření vždy zůstanou nějaké náhodné chyby. Náhodné chyby však lze snížit průměrem velkého počtu pozorování.

Systematická vs. náhodná chyba: srovnávací tabulka

Souhrn systematické vs. náhodné chyby

V zásadě lze odstranit všechny systematické chyby, ale v každém měření vždy zůstanou nějaké náhodné chyby. Náhodné chyby však lze snížit průměrem velkého počtu pozorování. Systematické chyby jsou obvykle způsobeny chybnými interpretacemi člověka nebo změnami prostředí během experimentů, které je obtížné úplně eliminovat. Proto jsou systematické chyby potenciálně nebezpečnější než náhodné chyby. Systematické chyby však lze eliminovat použitím správné techniky, kalibrace zařízení a používáním standardů.