Вступне заняття

1. Інструктаж з техніки безпеки.

2. Вимірювання фізичних величин та оцінка похибок вимірювання.

Вимірювання – це процес відшукання значення фізичної величини дослідним шляхом за допомогою спеціальних засобів вимірювання. У результаті вимірювання можна дізнатися, у скільки разів величина, що вимірюється, більша (або менша) за відповідну величину, узяту за одиницю вимірювання.

Розрізняють вимірювання прямі і непрямі.

Прямими називають вимірювання, під час яких шукане значення величини знаходять безпосередньо з дослідних даних.

Непрямими називаються вимірювання, під час яких шукане значення величини знаходять на підставі відомої залежності між цією величиною та величинами, що піддаються прямим вимірюванням.

Вимірювання фізичних величин не може бути зроблене абсолютно точно через недосконалість вимірювальних приладів і методів вимірювання, вплив умов вимірювання, індивідуальних властивостей спостерігача та ряду випадкових причин. У результаті цього під час будь-якого вимірювання допускаються похибки вимірювання.

Похибки вимірювань поділяють на абсолютні та відносні. Абсолютною похибкою вимірювання називається похибка, виражена в одиницях величини, що вимірюється і взнається за формулою

,

де х – значення, здобуте при вимірюванні, Х – справжнє значення величини, що вимірюється.

Таким чином, абсолютна похибка – це різниця між виміряним і дійсним значенням величини, що вимірюється. Значення абсолютної похибки без вказівки щодо значення вимірюваної величини не характеризує якості вимірювання. Якість результатів вимірювання краще характеризувати відносною похибкою.

Відносною похибкою вимірювання називається відношення абсолютної похибки вимірювання до справжнього значення величини, що вимірюється. Оскільки справжнє значення величини, що вимірюється не відоме, то відносну похибку вимірювання визначають як відношення абсолютної похибки вимірювання до виміряного значення величини. Відносну похибку виражають у відсотках:

За характером і походженням, а також за засобами оцінювання і виключення їхнього впливу на результат похибки вимірювання поділяють на три основні класи: систематичні, випадкові і грубі похибки (промахи).

Систематична похибка – це складова похибки вимірювань, що залишається сталою або такою, що закономірно змінюється при повторних вимірюваннях. Систематичні похибки виникають унаслідок неправильного градуювання приладу або його несправності, неправильних умов його роботи, помилкового вибору методу дослідження або його недостатньої розробки. Для того щоб зменшити систематичну похибку необхідно ретельно готувати вимірювання та методику виконання експерименту.

Проте у вимірюваннях завжди існує систематична похибка, яку не вдається усунути – це інструментальна похибка.

Інструментальною похибкою називається складова похибки вимірювання, що залежить від похибок застосованих засобів вимірювання. Ця похибка визначається недоліками використаного при вимірюванні приладу, неточністю його виготовлення. У більшості випадків інструментальну похибку засобу вимірювання можна оцінити, знаючи клас точності приладу (зазвичай вказується на шкалі приладу). Іноді відомості про похибку можуть бути наведені у паспорті приладу. Якщо немає ніяких вказівок щодо похибки приладу, то його абсолютну похибку вважають такою, що дорівнює половині ціни найменшої поділки шкали або ціні найменшої поділки, оскільки вона завжди узгоджена з інструментальною похибкою засобу вимірювання.

Випадкова похибка – це складова похибки вимірювань, що змінюється випадковим чином при повторних вимірюваннях. При великій кількості вимірювань випадкові похибки з однаковою ймовірністю викликають відхилення величини, що вимірюється, від істинного. Виключити випадкові похибки окремих вимірювань неможливо. Проте математична теорія ймовірностей дає рекомендації як можна зменшити вплив випадкових похибок на результат вимірювання. Для цього необхідно проводити багатократні вимірювання (чим більше вимірювань, тим менше значення випадкової похибки).

Груба похибка (або промах) – це похибка вимірювання, що істотно перевищує похибку, очікувану за даних умов вимірювання. Джерелом грубих похибок є брак уваги самого експериментатора. Наявність грубих помилок позначається в тому, що серед ряду порівняно близьких результатів є одне або кілька значень, що помітно відрізняються від загального рівня.