صفر تا صد اندازه‌گیری: خطا و دقت در فیزیک دهم به زبان ساده

امروز فضای مجازی و بستر اینترنت به یکی از مراجع مهم برای دانش آموزان تبدیل شده است تا با مراجعه به آن پاسخ بسیاری از پرسش های خود را بیابند.

تحریریۀ مدرسه آنلاین تلاش می‌کند تا در این بخش اطلاعات به روز و مستندی را پیرامون موضوعات درسی تهیه و در اختیار کاربران فضای مجازی قرار دهد.

امروز اندازه‌گیری: خطا و دقت در فیزیک دهم را با هم می‌خوانیم.

خطای اندازه‌گیری و دقت اندازه‌گیری:

در اندازه‌گیری کمیت‌های فیزیکی همواره عدم قطعیت و خطا وجود دارد.

عوامل زیر در افزایش دقت اندازه گیری نقش مهمی را ایفا می‌کند:

۱) دقت وسیلۀ اندازه‌گیری:

یکی از عوامل مهم در دقت اندازه‌گیری، دقت و حساسیت وسیلۀ اندازه‌گیری است. برای مثال، دقت خط‌کشی که تا میلی‌متر مدرج شده، بیشتر از دقت خط‌کشی است که تا سانتی‌متر مدرج شده است.

دقت اندازه‌گیری در وسیله‌های مدرج، برابر کمینه درجه‌بندی آن ابزار است. برای مثال خط‌کشی که کمینه درجه بندی آن میلی‌متر است، دارای دقت ۱ میلی‌متر است.

نکته: خطای اندازه‌گیری توسط وسیله‌های درجه‌بندی شده، نصف کمینه تقسیم‌بندی مقیاس آن وسیله (نصف دقت) است.

در شکل بالا خط کش بالایی به سانتی متر مدرج شده بنابراین خطای این وسیله ۰٫۵ cm است که در گزارش ، عدد خوانده شده را با مثبت منفی خطا جمع می کنیم . و در خط کش پایینی که به میلی متر مدرج شده خطای اندازه گیری ۰٫۵ mm است .

دقت اندازه گیری در وسیله های رقمی (دیجیتالی)، برابر یک واحد از آخرین رقمی است که آن وسیله نشان می دهد. به طور مثال دماسنجی که رقم ۳۱.۲۵ درجه سلسیوس را نشان می دهد، دارای دقت ۰.۰۱ درجه سلسیوس است.

نکته: خطای اندازه گیری توسط وسیله های رقمی (دیجیتال)، یک واحد از آخرین رقمی است که می‌خوانند. یعنی خطا برابر دقت وسیله است.

در شکل بالا، دماسنجی که عدد ۲۶٫۸ را نشان می دهد ، دارای خطای ۰٫۱ C است و دماسنجی که عدد ۳۲ را نشان می دهد ، دارای خطای ۱ C است.

۲ ) مهارت شخص آزمایشگر:

در شکل زیر نتیجۀ اندازه گیری از منظر A و C خطا را افزایش می دهد در حالی که گزارش شخص B دقت بیشتری دارد.

۳ ) تعداد دفعات اندازه گیری:

برای کاهش خطا در اندازه گیری هر کمیت ، معمولا اندازه گیری آن را چند بار تکرار می کنیم و از آن ها میانگین می گیریم . البته اعدادی که فاصله زیادی با دیگر نتایج دارند را در نظر نمی گیریم . چون به وضوح مشخص است که این رقم به اشتباه اندازه گیری شده است . مانند شکل زیر:

گزارش نتیجۀ اندازه‌‍گیری:

رقم هایی را که بعد از اندازه گیری یک کمیت فیزیکی ثبت می کنیم ، رقم های با معنا گویند . که در این گزارش رقم آخر معمولا غیر قطعی و حدسی می باشد . مثلا برای خط کشی که به سانتی متر مدرج شده است اگر نقطه بین دو عدد ۴ و ۵ باشد نمی توان به طور دقیق عدد بین آن را بیان کرد از اینرو آنرا حدس می زنیم و سپس برای گزارش عدد آن را با مثبت منفی خطای اندازه گیری خط کش جمع می کنیم . به شکل زیر توجه کنید و چگونگی گزارش یک اندازه گیری را بیاموزید.

توجه داشته باشید که تعداد ارقام بعد از ممیز عدد گزارش شده با تعداد ارقام بعد ممیز خطا باید یکسان باشد.

به تمرین زیر و پاسخ های آن توجه کنید تا با چگونگی گزارش نتیجه اندازه گیری و رقم حدسی آشنایی بیشتری پیدا کنید .

نحوۀ خواندن و گزارش نتیجۀ اندازه‌گیری با کولیس:

کولیس ها درای دو مقیاس اصلی و مقیاس ورنیه هستند . برای خواندن نتیجه ابتدا باید ببینید صفر ورنیه در کجای مقیاس اصلی قرار گرفته و آن عدد را از روی مقیاس اصلی بخوانید . سپس به دنبال اولین انطباق بین درجه بندی مقیاس ورنیه با مقیاس اصلی بگردید و با توجه به دقت کولیس آن عدد را از روی مقیاس ورنیه بخوانید و با عدد قبلی جمع کنید . سپس عدد بدست آمده را با مثبت منفی خطای اندازه گیری کولیس که نصف دقت کولیس می باشد ، جمع کنید . به شکل های زیر توجه کنید که در آنها نحوه خواندن کولیس با دقت های مختلف را شرح می دهیم.

نحوۀ خواندن و گزارش نتیجۀ اندازه‌گیری با ریزسنج:

ریز سنج ها دارای دو قسمت درجه بندی شده هستند یکی روی بدنه اصلی و دیگری رو استوانه مدرج چرخان .

برای گزارش نتیجه اندازه گیری ریز سنج ابتدا عدد روی بدنه اصلی را می خوانیم و سپس عدد روی استوانه مدرج چرخان که روبروی محور اصلی ریز سنج قرار گرفته بر حسب دقت ریز سنج می خوانیم و با عدد قبلی جمع می کنیم . سپس عدد بدست آمده را با مثبت منفی خطای اندازه گیری ریز سنج که نصف دقت ریز سنج می باشد ، جمع می کنیم . به شکل زیر توجه کنید که در آن نحوه خواندن ریزسنج با دقت ۰٫۰۱ mm را شرح می دهد .

منبع: فیزیک‌فا