Πα.Δα. Τμήμα Μηχανικών Πληροφορικής και Υπολογιστών ΣΦΑΛΜΑΤΑ ΜΕΤΡΗΣΕΩΝ

Σχετικά έγγραφα
2. ΑΝΑΛΥΣΗ ΣΦΑΛΜΑΤΩΝ

1. Πειραματικά Σφάλματα

Μια από τις σημαντικότερες δυσκολίες που συναντά ο φυσικός στη διάρκεια ενός πειράματος, είναι τα σφάλματα.

ΤΕΧΝΟΛΟΓΙΚΟ ΕΚΠΑΙ ΕΥΤΙΚΟ Ι ΡΥΜΑ ΧΑΛΚΙ ΑΣ

ΜΕΤΡΗΣΕΙΣ ΓΝΩΡΙΜΙΑ ΜΕ ΤΟ ΕΡΓΑΣΤΗΡΙΟ

Γνωριμία με το Σχολικό Εργαστήριο Φυσικών Επιστημών

Σφάλματα Είδη σφαλμάτων

Χημική Τεχνολογία. Ενότητα 1: Στατιστική Επεξεργασία Μετρήσεων. Ευάγγελος Φουντουκίδης Τμήμα Μηχανολόγων Μηχανικών Τ.Ε.

Πα.Δα. Τμήμα Μηχανικών Πληροφορικής και Υπολογιστών ΓΡΑΦΙΚΕΣ ΠΑΡΑΣΤΑΣΕΙΣ

Μετρήσεις Αβεβαιότητες Μετρήσεων

ΣΗΜΑΝΤΙΚΑ ΨΗΦΙΑ, ΑΒΕΒΑΙΟΤΗΤΑ ΚΑΙ ΔΙΑΔΟΣΗ ΣΦΑΛΜΑΤΩΝ. 1. Στρογγυλοποίηση Γενικά Κανόνες Στρογγυλοποίησης... 2

ΓΕΝΙΚO ΕΡΓΑΣΤΗΡΙΟ ΦΥΣΙΚΗΣ

Κεφάλαιο 4 Εισαγωγή στη στατιστική ανάλυση μετρήσεων

ΠΕΡΙΕΧΟΜΕΝΑ. ΠΡΟΛΟΓΟΣ... vii ΠΕΡΙΕΧΟΜΕΝΑ... ix ΓΕΝΙΚΗ ΒΙΒΛΙΟΓΡΑΦΙΑ... xv. Κεφάλαιο 1 ΓΕΝΙΚΕΣ ΕΝΝΟΙΕΣ ΑΠΟ ΤΗ ΣΤΑΤΙΣΤΙΚΗ

Αριθμητική Ανάλυση & Εφαρμογές

ΘΕΩΡΗΤΙΚΗ ΑΣΚΗΣΗ Σφάλµατα και στατιστική επεξεργασία πειραµατικών µετρήσεων

ΦΥΣ Διαλ.01 1 Θεωρία - Πείραμα Μετρήσεις - Σφάλματα

1 η ΕΡΓΑΣΤΗΡΙΑΚΗ ΑΣΚΗΣΗ

Περί σφαλμάτων και γραφικών παραστάσεων

Επιστημονική γραφή αποτελεσμάτων

ΜΕΤΡΗΣΗ ΜΗΚΟΥΣ ΕΜΒΑΔΟΥ ΟΓΚΟΥ ΕΠΙΣΗΜΑΝΣΕΙΣ ΠΡΟΣ ΤΟΝ ΚΑΘΗΓΗΤΗ

Γενικό Εργαστήριο Φυσικής

Μετρήσεις και Σφάλματα/Measurements and Uncertainties

Μια παρουσίαση από το Φυσικό Τμήμα του Παν.Αθήνας (Kαθ. Χ. Τρικαλινός)

Η αβεβαιότητα στη μέτρηση.

ΑΣΚΗΣΗ 3 Θεωρία Σφαλμάτων Σκοπός


Για τη δραστηριότητα χρησιμοποιούνται τέσσερεις χάρακες του 1 m. Στο σχήμα φαίνεται το πρώτο δέκατο κάθε χάρακα.

ΣΦΑΛΜΑΤΑ ΜΕΤΡΗΣΕΩΝ ΕΡΓΑΣΤΗΡΙΟ-ΦΥΣΙΚΗ Ι,

Διαστήματα εμπιστοσύνης. Δρ. Αθανάσιος Δαγούμας, Επ. Καθηγητής Οικονομικής της Ενέργειας & των Φυσικών Πόρων, Πανεπιστήμιο Πειραιώς

Εισαγωγή στη θεωρία σφαλμάτων. Μαθηματικός ορισμός του σφάλματος : σφάλμα=x-x όπου x & X είναι η μετρούμενη και η πραγματική τιμή αντίστοιχα.

Δρ. Χάϊδω Δριτσάκη. MSc Τραπεζική & Χρηματοοικονομική

ΠΟΛΥΤΕΧΝΕΙΟ ΚΡΗΤΗΣ ΕΡΓΑΣΤΗΡΙΟ ΔΟΜΗΣ ΤΗΣ ΥΛΗΣ ΚΑΙ ΦΥΣΙΚΗΣ ΛΕΪΖΕΡ ΣΧΟΛΗ ΜΗΧΑΝΙΚΩΝ ΠΑΡΑΓΩΓΗΣ ΚΑΙ ΔΙΟΙΚΗΣΗΣ.

ΠΟΛΥΤΕΧΝΕΙΟ ΚΡΗΤΗΣ ΕΡΓΑΣΤΗΡΙΟ ΔΟΜΗΣ ΤΗΣ ΥΛΗΣ ΚΑΙ ΦΥΣΙΚΗΣ ΛΕΪΖΕΡ ΣΧΟΛΗ ΜΗΧΑΝΙΚΩΝ ΠΑΡΑΓΩΓΗΣ ΚΑΙ ΔΙΟΙΚΗΣΗΣ.

Τ Ε Ι Ιονίων Νήσων Τμήμα Εφαρμογών Πληροφορικής στη Διοίκηση και την Οικονομία. Υπεύθυνος: Δρ. Κολιός Σταύρος

Α. 1. Μετρήσεις και Σφάλµατα

ΕΙΣΑΓΩΓΗ ΣΤΗΝ ΣΤΑΤΙΣΤΙΚΗ ΤΩΝ ΕΠΙΧΕΙΡΗΣΕΩΝ. Κεφάλαιο 8. Συνεχείς Κατανομές Πιθανοτήτων Η Κανονική Κατανομή

ΕΡΓΑΣΤΗΡΙΑΚΗ ΑΣΚΗΣΗ 4 ΣΤΡΟΒΙΛΟΚΙΝΗΤΗΡΩΝ

ΠΑΝΕΠΙΣΤΗΜΙΟ ΑΙΓΑΙΟΥ ΣΧΟΛΗ ΕΠΙΣΤΗΜΩΝ ΤΗΣ ΔΙΟΙΚΗΣΗΣ ΤΜΗΜΑ ΜΗΧΑΝΙΚΩΝ ΟΙΚΟΝΟΜΙΑΣ ΚΑΙ ΔΙΟΙΚΗΣΗΣ ΣΤΑΤΙΣΤΙΚΗ

ΧΑΡΑΚΤΗΡΙΣΜΟΣ ΥΛΙΚΩΝ. Μετρήσεις με Διαστημόμετρο και Μικρόμετρο

ΠΑΝΕΠΙΣΤΗΜΙΟ ΑΙΓΑΙΟΥ ΠΟΛΥΤΕΧΝΙΚΗ ΣΧΟΛΗ ΤΜΗΜΑ ΜΗΧΑΝΙΚΩΝ ΟΙΚΟΝΟΜΙΑΣ ΚΑΙ ΔΙΟΙΚΗΣΗΣ ΣΤΑΤΙΣΤΙΚΗ

x 2,, x Ν τον οποίον το αποτέλεσμα επηρεάζεται από

Η μέτρηση ενός μεγέθους στο εργαστήριο μπορεί να είναι:

ΤΥΠΟΛΟΓΙΟ ΣΤΑΤΙΣΤΙΚΗΣ

ΑΡΧΕΣ ΧΗΜΕΙΑΣ. Κων/νος Μήλιος. Επ. Καθηγητής Ανόργανης Χημείας. Τμήμα Χημείας Παν/μιο Κρήτης Tηλ:

0,00620 = 6, ΣΗΜΑΝΤΙΚΑ ΨΗΦΙΑ. Γενικοί Κανόνες για τα Σημαντικά Ψηφία

Σ ΤΑΤ Ι Σ Τ Ι Κ Η. Statisticum collegium iv

Όργανα μέτρησης διαστάσεων-μάζας. Υπολογισμός πυκνότητας μεταλλικών σωμάτων

ΦΕ1. Περιεχόμενα. Η φυσική. Υπόθεση και φυσικό μέγεθος

1 x-μ - 2 σ. e σ 2π. f(x) =

ΣΤΑΤΙΣΤΙΚΑ ΜΕΤΡΑ ΑΝΑΛΥΣΗΣ ΔΕΔΟΜΕΝΩΝ

Βιοστατιστική ΒΙΟ-309

Εργαστήριο Δομής της Ύλης και Φυσικής Λέιζερ

27-Ιαν-2009 ΗΜΥ (ι) Βασική στατιστική (ιι) Μετατροπές: αναλογικό-σεψηφιακό και ψηφιακό-σε-αναλογικό

ΣΤΑΤΙΣΤΙΚΟΙ ΠΙΝΑΚΕΣ. ΓΕΝΙΚΟΙ (περιέχουν όλες τις πληροφορίες που προκύπτουν από μια στατιστική έρευνα) ΕΙΔΙΚΟΙ ( είναι συνοπτικοί και σαφείς )

Βιοστατιστική ΒΙΟ-309

Στατιστική Περιγραφή Φυσικού Μεγέθους - Πιθανότητες

Εισαγωγή στην Εκτιμητική

Πανεπιστήμιο Θεσσαλίας

Πειραματική Ρευστοδυναμική. Σφάλματα και Αβεβαιότητα Μετρήσεων

ΑΠΟΤΥΠΩΣΕΙΣ - ΧΑΡΑΞΕΙΣ ΣΤΟΙΧΕΙΑ ΘΕΩΡΙΑΣ ΣΦΑΛΜΑΤΩΝ

Βιοστατιστική ΒΙΟ-309

Είδη Μεταβλητών Κλίμακα Μέτρησης Οι τεχνικές της Περιγραφικής στατιστικής ανάλογα με την κλίμακα μέτρησης Οι τελεστές Π και Σ

Έλεγχος υποθέσεων και διαστήματα εμπιστοσύνης

!n k. Ιστογράμματα. n k. x = N = x k

P(200 X 232) = =

Κεφάλαιο 1. Δx: απόλυτο σφάλμα του μεγέθους x. (Το Δx έχει τις ίδιες μονάδες με το x). Δx x Δx x

Είδη Μεταβλητών. κλίµακα µέτρησης

ΠΕΡΙΕΧΟΜΕΝΑ. Πρόλογος... 13

3. Κατανομές πιθανότητας

ΣΦΑΛΜΑΤΑ ΑΡΙΘΜΗΤΙΚΩΝ ΥΠΟΛΟΓΙΣΜΩΝ

Στατιστική Ι. Ενότητα 9: Κατανομή t-έλεγχος Υποθέσεων. Δρ. Γεώργιος Κοντέος Τμήμα Διοίκησης Επιχειρήσεων Γρεβενών

Περιγραφική στατιστική

ΣΦΑΛΜΑΤΑ ΜΕΤΡΗΣΕΩΝ. Εισαγωγή Έννοια του σφάλματος...3. Συστηματικά και τυχαία σφάλματα...4

Τυχαία μεταβλητή (τ.μ.)

Γ. Πειραματισμός - Βιομετρία

ΑΣΚΗΣΕΙΣ ΔΙΑΣΤΗΜΑΤΩΝ ΕΜΠΙΣΤΟΣΥΝΗΣ. Άσκηση 1. Βρείτε δ/μα εμπιστοσύνης για τη μέση τιμή μ κανονικού πληθυσμού όταν n=20,

Τι μάθαμε μέχρι τώρα:

ΕΙΣΑΓΩΓΗ ΜΕΤΡΗΣΕΙΣ ΚΑΙ ΣΦΑΛΜΑΤΑ

ΕΡΓΑΣΤΗΡΙΟ ΦΥΣΙΚΗΣ ΦΥΣ 685

11. Ποιες είναι οι άμεσες συνέπειες της διαίρεσης;

HMY 799 1: Αναγνώριση Συστημάτων

ΚΑΤΑΝΟΜΈΣ. 8.1 Εισαγωγή. 8.2 Κατανομές Συχνοτήτων (Frequency Distributions) ΚΕΦΑΛΑΙΟ

Μερικές σκέψεις σχετικά με το αποτέλεσμα μιας μέτρησης ή παρατήρησης

Κεφάλαιο 10 Εισαγωγή στην Εκτίμηση

159141,9 64 x n 1 n

ΕΡΩΤΗΣΕΙΣ ΓΙΑ ΤΟ ΜΑΘΗΜΑ ΤΟΠΟΓΡΑΦΙΚΑ ΔΙΚΤΥΑ ΚΑΙ ΥΠΟΛΟΓΙΣΜΟΙ 5 ο εξάμηνο

ΣΧ0ΛΗ ΤΕΧΝ0Λ0ΓΙΑΣ ΤΡΟΦΙΜΩΝ & ΔΙΑΤΡΟΦΗΣ ΤΜΗΜΑ ΤΕΧΝΟΛΟΓΙΑΣ ΤΡΟΦΙΜΩΝ ΕΡΓΑΣΤΗΡΙΟ: ΟΡΓΑΝΟΛΗΠΤΙΚΟΥ ΕΛΕΓΧΟΥ ΓΙΑΝΝΑΚΟΥΡΟΥ ΜΑΡΙΑ ΤΑΛΕΛΛΗ ΑΙΚΑΤΕΡΙΝΗ

Σ ΤΑΤ Ι Σ Τ Ι Κ Η ΤΜΗΜΑ ΔΙΟΙΚΗΣΗΣ ΕΠΙΧΕΙΡΗΣΕΩΝ

Πίνακας 4.4 Διαστήματα Εμπιστοσύνης. Τιμές που Επίπεδο εμπιστοσύνης. Διάστημα εμπιστοσύνης

Ενότητα 3: Περιγραφική Στατιστική (Πίνακες & Αριθμητικά μέτρα)

Κεφάλαιο 5 Κριτήρια απόρριψης απόμακρων τιμών

ΧΡΟΝΙΚΕΣ ΣΕΙΡΕΣ. Παπάνα Αγγελική

ΟΙΚΟΝΟΜΕΤΡΙΑ. Παπάνα Αγγελική

ΠΕΡΙΓΡΑΦΙΚΗ ΣΤΑΤΙΣΤΙΚΗ

Έλεγχος Υποθέσεων. Δρ. Αθανάσιος Δαγούμας, Επ. Καθηγητής Οικονομικής της Ενέργειας & των Φυσικών Πόρων, Πανεπιστήμιο Πειραιώς

Η μέτρηση ενός μεγέθους στο εργαστήριο μπορεί να είναι:

ΣΤΑΤΙΣΤΙΚΗ ΣΥΜΠΕΡΑΣΜΑΤΟΛΟΓΙΑ για τη λήψη αποφάσεων

ΠΡΟΣΑΡΤΗΜΑ IΙΙ (III-1.1) όπου x i η τιµή της µέτρησης i και Ν ο αριθµός των µετρήσεων.

www2.ucy.ac.cy/~mjehad01/phy114_2017.html

Transcript:

Πα.Δα. Τμήμα Μηχανικών Πληροφορικής και Υπολογιστών Εισαγωγή στην Εργαστηριακή Φυσική ΣΦΑΛΜΑΤΑ ΜΕΤΡΗΣΕΩΝ Δημήτριος Ν.Νικολόπουλος Καθηγητής Περιβαλλοντική και Ιατρική Φυσική

Μέτρηση Η σύγκριση ενός μεγέθους με ένα άλλο ομοειδές το οποίο λαμβάνεται ως μονάδα. Απαιτείται η χρήση συγκεκριμένου οργάνου μέτρησης Απλή: Σύνθετη: Η τιμή ενός φυσικού μεγέθους προκύπτει απ'ευθείας από τις ενδείξεις καταλλήλου οργάνου. (π.χ. μήκος x) Η τιμή ενός φυσικού μεγέθους προκύπτει ως συνάρτηση απλών μετρήσεων με τη βοήθεια κατάλληλης μαθηματικής σχέσης.(π.χ. όγκος V=x y z)

Μέτρηση φυσικού μεγέθους Μήκος Έστω ότι είναι επιθυμητό να μετρηθεί το μήκος ενός αντικειμένου. Είναι απαραίτητη η χρήση οργάνου μέτρησης (χάρακας). Ο χάρακας φέρει υποδιαιρέσεις. Είναι δηλαδή βαθμονομημένος. Έστω ότι είναι απαλλαγμένος από κατασκευαστικές ατέλειες ή φθορές. Το μέγιστο επιτρεπόμενο μήκος μέτρησης χωρίς επαναχρησιμοποίηση είναι 60 cm.

Μέτρηση φυσικού μεγέθους Μέτρηση μήκους Η ορθή χρήση της μετρητικής διάταξης (χάρακας) απαιτεί: Ορθό μηδενισμό (τοποθέτηση του μηδενός του χάρακα στην αρχή του αντικειμένου) Ορθή ανάγνωση (ο πειραματιστής αναγιγνώσκει κάθετα και όχι υπό γωνία)

Επισήμανση: Δεν είναι δυνατή η ανάγνωση μήκους μικρότερου της ελάχιστης υποδιαίρεσης της διάταξης μέτρησης (στο παράδειγμα το cm). Επομένως, είναι αδύνατο να μετρηθεί, με τη συγκεκριμένη διάταξη μέτρησης, μήκος 54,1 cm ή 54,15 cm. Ως εκ τούτου αποδεκτές τιμές μήκους μπορεί να είναι το 54,0 cm (! όχι 54 cm) και το 54,1 cm, αλλά όχι οτιδήποτε μικρότερο (54,151 cm)

. Η διάταξη μέτρησης Επιλέγεται με βάση μέθοδο μέτρησης συγκεκριμένη Θέτει τα μέγιστα πειραματικής ακριβείας. Παρέχει βέλτιστα αποτελέσματα ανάλογα με τη χρήση. όρια της

Mετρούμενη τιμή (x) Η τιμή ενός φυσικού μεγέθους η οποία προκύπτει από τις ενδείξεις κάποιου οργάνου. Πραγματική (αληθινή) τιμή (α) Η αληθινή τιμή ενός φυσικού μεγέθους. Σφάλμα (σ) Η διαφορά ανάμεσα στην αληθινή και τη μέση μετρούμενη τιμή Απόκλιση (αβεβαιότητα) (Δx) Η διαφορά ανάμεσα σε μία μέτρηση και στη μέση τιμή x i x x i

Επισήμανση: Η αληθινή τιμή (α) δεν είναι γνωστή. Προσεγγίζεται από τη μέση τιμή (μ) με όρια αυτά που καθορίζονται από το απόλυτο σφάλμα. z z όπου ο όρος w καθορίζεται στατιστικά ανάλογα με τα επίπεδα σημαντικότητας (βεβαιότητα γνώσης p=66.7%, 95%, 99% κ.λπ.) γνώσης του αποτελέσματος (z=1,00-1,96-,96) Ο κύριος στόχος της Εργαστηριακής Φυσικής είναι η βελτίωση της πειραματικής ακριβείας με την ελαχιστοποίηση του απολύτου σφάλματος και των αποκλίσεων των επιμέρους μετρήσεων.

Συστηματικά Συστηματικά είναι τα σφάλματα που υπεισέρχονται σταθερά στις μετρήσεις και επηρεάζουν το αποτέλεσμα πάντοτε κατά την ίδια φορά, είναι δηλαδή είτε θετικά, είτε αρνητικά. Τυχαία Τυχαία είναι τα σφάλματα που οφείλονται σε αστάθμητους και τυχαίους παράγοντες κατά τη διεξαγωγή των μετρήσεων ενός μεγέθους με την ίδια μέθοδο και το ίδιο όργανο. Μεταβάλλουν το αποτέλεσμα της μέτρησης και κατά τις δύο φορές, είναι δηλαδή άλλοτε θετικά και άλλοτε αρνητικά.

Συστηματικά Τυχαία Όργανα: Βαθμολόγηση κλίμακας. Ατέλειες κατασκευής Φθορά Μέθοδος μέτρησης Περιβάλλον Παρατηρητής Όργανα: Ευαισθησία Αρχή λειτουργίας Περιβάλλον Αστάθεια εξωτερικών συνθηκών (Πίεση, Θερμοκρασία, Τάση). Παρατηρητής Εσφαλμένη ανάγνωση Απροσεξία χρήσης οργάνων Αδυναμία ορθής εφαρμογής μεθόδου μέτρησης Λόγω παράλλαξης

Από τη μετρητική διαδικασία καθορίζονται τα ψηφία μιας μέτρησης που είναι με βεβαιότητα γνωστά. Σημαντικά ψηφία (σ.ψ.) ενός μετρημένου μεγέθους είναι όλα εκείνα τα ψηφία που είναι γνωστά με βεβαιότητα καθώς και το πρώτο αβέβαιο. Σε κάποιες περιπτώσεις λογίζεται στα σημαντικά ψηφία ενός αριθμού και το δεύτερο αβέβαιο. 7 0,4 0,0 0,0007 7 x 10 (όχι 70!) 7 x 10 (όχι 700!) 38 7, 6 0,56 0,50 x 10 0,08 x 10 1 σ.ψ. σ.ψ.

51 3,14 0,693 4,0 x 10 (40!) 0,40 x 10 (40!) 40 6400 17,5 6 0,03100 700 x 10 3 σ.ψ. 4 σ.ψ.

5,55 4 σ.ψ. 10,895 5 σ.ψ. 0,0067 σ.ψ. 0,000647 3 σ.ψ. σ.ψ. 1,00 3 σ.ψ. 1,01 3 σ.ψ. 6,7 x 10- (0,0067!)

100 3 σ.ψ. 10,0 x 10 (100!) 3 σ.ψ. 1,00 x 10 (100!) 3 σ.ψ. 3 σ.ψ. 101 10,1 x 10 (101!) 3 σ.ψ. 1,01 x 10 (101!) 3 σ.ψ. 4 σ.ψ. 64,19 x 10

Επισήμανση: Το πλήθος των σημαντικών ψηφίων (σ.ψ.) ενός πειραματικά μετρούμενου μεγέθους καθορίζεται από τις πειραματικές διατάξεις και τις μεθόδους μέτρησης. Μεταβάλλεται όμως αναλόγως του ορθού ή μη τρόπου λήψης μετρήσεων. Το ΠΛΗΘΟΣ των σ.ψ. αισθητοποιεί την ΠΕΙΡΑΜΑΤΙΚΗ ΑΚΡΙΒΕΙΑ. Και τα δύο αυτά καθορίζονται από τα ΣΦΑΛΜΑΤΑ των ΜΕΤΡΗΣΕΩΝ.

Πιθανότητα Εμφάνισης (μέτρησης) (p) Διακριτές τιμές (μεγάλες διαμερίσεις) Το πηλίκο του πλήθους εμφανίσεως (Ni) (συχνότητα εμφάνισης) κάποιας μετρηθείσας τιμής x ευρισκομένης εντός μίας διαμέρισης δxi (xi< x < xi+δxi) ως προς το σύνολο των εμφανίσεων όλων των τιμών (Nολ). p(p (x ix) p( xni i x Nxi x i ) ) i N N i i Συνεχείς τιμές (πολλές πολύ μικρές διαμερίσεις-σχεδόν συνεχείς) Το πηλίκο του πλήθους εμφανίσεως (N(x)) κάποιας τιμής x ευρισκόμενης μεταξύ x και x+dx (x< x < x+dx) ως προς το σύνολο των εμφανίσεων όλων των τιμών. p( x ) p(xx dx x x dx ) p( x ) N( x ) dx x N( x ) dx 0

Κατανομή Πιθανότητας: Η συνάρτηση του τρόπου κατανομής των τιμών των πιθανοτήτων εμφάνισης για όλο το εύρος τιμών της μεταβλητής x (μετρούμενο μέγεθος) Για μεγάλες διαμερίσεις της μεταβλητής x (δx>>) (μικρό πλήθος μετρήσεων) η κατανομή πιθανότητας προσεγγίζεται από ραβδογράμματα ή ιστογράμματα. Για μικρές διαμερίσεις (δx<<) (μεγάλο πλήθος μετρήσεων) περιγράφεται από μαθηματικές συναρτήσεις.

Μία συνήθης κατανομή την οποία ακολουθούν οι μετρήσεις φυσικών μεγεθών είναι η κανονική κατανομή ή κατανομή του Gauss. σ1 >σ σ1 σ +3σ1-3σ μ μ +3σ Η κανονική κατανομή είναι συμμετρική ως προς τη μέση τιμή (μ). Η μέση τιμή είναι και η πιθανότερη τιμή. Ανάλογα με την τιμή σ η κατανομή παρουσιάζει μικρή ή μεγάλη κύρτωση. -3σ1 Η πιθανότερη τιμή είναι η τιμή με τη μέγιστη πιθανότητα εμφάνισης.

ΣΗΜΑΝΤΙΚΟ!!! μετρήσεις στα πλαίσια απλών Μετρήσεων Φυσικής ακολουθούν συνήθως την κανονική κατανομή. Οι

Μέση τιμή (average-mean value) n x= xx = i μ x i 1 n Σφάλμα μέσης τιμής ή απόλυτο σφάλμα (standard error) n ( x ) x i x x i ( x ) i i 1 n (n 1) και n είναι το πλήθος των μετρήσεων

Σχετικό σφάλμα x Επί τοις εκατό σφάλμα % 100 x

Δειγματική διασπορά ή διακύμανση (variance) ) ( Δx i sn = n biased Δειγματική διασπορά ή διακύμανση (variance) ) ( Δx i s n 1= n 1 x i x x i unbiased και n είναι το πλήθος των μετρήσεων

Τυπική απόκλιση σ = x x

Αβεβαιότητες λόγω χρήσης οργάνων xi μ x= n x i x x i ) ( Δx i σ s n 1= n 1 ) ( Δx s σ i n 1 σ ( x)= = n(n 1) n n και n είναι το πλήθος των μετρήσεων ΙΣΕΣ ΤΙΜΕΣ ΑΒΕΒΑΙΟΤΗΤΑΣ Σφάλματα Μετρήσεων, 018, Δημήτριος Νικολόπουλος

Αβεβαιότητες λόγω χρήσης οργάνων μ x= σi xi σ i 1 σ i 1 σ ( x)= 1 σ i είναι η αβεβαιότητα της κάθε μέτρησης ΑΝΙΣΕΣ ΤΙΜΕΣ ΑΒΕΒΑΙΟΤΗΤΑΣ

Αβεβαιότητες στατιστικής υφής σ = μ x xi μ x= n (Poisson) σ x σ ( x)= n n ΣΥΓΚΕΚΡΙΜΕΝΗ ΣΥΝΑΡΤΗΣΗ ΕΚΦΡΑΣΗΣ ΑΒΕΒΑΙΟΤΗΤΑΣ

ΣΥΝΘΕΤΕΣ ΜΕΤΡΗΣΕΙΣ Μέγιστο σφάλμα W W W W x y z x y z Σφάλμα μέσης τιμής ή απόλυτο σφάλμα W ( W ) x W ( x ) y x, y,z W ( y) z x, y,z ( z) x, y,z

ΣΕ ΚΑΘΕ ΠΕΡΙΠΤΩΣΗ...

Επιστημονική γραφή αποτελέσματος μέτρησης x ( x ) (......) μονάδα μέτρησης x % (... μονάδα μέτρησης... %)

Στρογγυλοποίηση: διαδικασία εμφάνισης μόνο των σημαντικών ψηφίων (σ.ψ.) ενός πειραματικά μετρούμενου μεγέθους με τη στατιστικά ορθή αποκοπή των (μετά του πρώτου) αβέβαιων ψηφίων. Η Η στρογγυλοποίηση λαμβάνει χώρα μετά τον καθορισμό του πλήθους των σημαντικών ψηφίων. Το τελευταίο καθορίζεται με στατιστικά κριτήρια από το απόλυτο σφάλμα.

Κανόνες στρογγυλοποίησης Για τη στρογγυλοποίηση ελέγχεται το ψηφίο (αποκοπτόμενο ψηφίο-ψα) το οποίο ακολουθεί το τελευταίο σημαντικό ψηφίο (σ.ψτ)του αριθμού που είναι επιθυμητό να στρογγυλοποιηθεί (πρώτο αβέβαιο για n<5, δεύτερο αβέβαιο για n 5). Το ψηφίο ψα είναι το δεύτερο αβέβαιο για n<5 ή το τρίτο αβέβαιο για n 5. Ισχύουν οι κάτωθι κανόνες: Αν το ψηφίο ψα είναι μεγαλύτερο του 5 τότε αυξάνουμε το σ.ψτκατά μία μονάδα ψα > 5 σ.ψτ=σ.ψτ+1 Αν το ψηφίο ψα είναι μικρότερο του 5 τότε αφήνουμε το σ.ψτ όπως είναι ψα < 5 σ.ψτ=σ.ψτ Αν το ψηφίο ψα είναι το 5 τότε το σ.ψτ είναι άρτιο το αφήνουμε όπως είναι ψα = 5 σ.ψτ= σ.ψτ (αρτιο σ.ψτ) το σ.ψτ είναι περιττό το αυξάνουμε κατά 1 ψα = 5 σ.ψτ= σ.ψτ +1(περιττό σ.ψτ)

5,55 5,55 (3 σ.ψ.) 5,6 ( σ.ψ.) 1,415 1,4 (3 σ.ψ.) 1,4 ( σ.ψ.) 10,895 10,9 (3 σ.ψ.) 11 ( σ.ψ.) 10,985 (!) 11,0 (3 σ.ψ.) 11 ( σ.ψ.) 14,678 15 (3 σ.ψ.) 1x10 (όχι 10) ( σ.ψ.) 6487,555 649 x 10 (3 σ.ψ.) 65x10 ( σ.ψ.)

0,05578 0,0558 (3 σ.ψ.) 0,056 ( σ.ψ.) 1,0078 1,01 (3 σ.ψ.) 1,0 (!) ( σ.ψ.) 55,895 56=5,6x10 (3 σ.ψ.) 5x10 ( σ.ψ.) 0,999 (!) 0,100 (3 σ.ψ.) 0,10 ( σ.ψ.),13678,14 (3 σ.ψ.),1 ( σ.ψ.)

Καθορισμός πλήθους σ.ψ.: Ισχύουν οι κάτωθι κανόνες: Για n<5 το απόλυτο σφάλμα πρέπει να έχει 1 σ.ψ. Για n 5 το απόλυτο σφάλμα πρέπει να έχει σ.ψ. Η μέση τιμή παρουσιάζεται με τόσα ψηφία (σ.ψ.) όσα αντιστοιχούν στην τάξη μεγέθους του (στρογγυλοποιημένου) απολύτου σφάλματος.

Καθορισμός πλήθους σ.ψ.: μ=15,3467- σ=0,167801 μ ± σ = (15, ± 0,) μονάδα μέτρησης (n<5) μ ± σ = (15,16 ± 0,16) μονάδα μέτρησης (n 5 ) μ=101,8- σ=1,5 μ ± σ = (1,0 ± 0,1) x10 μονάδα μέτρησης (n<5) μ ± σ = (10,1 ± 1,) x10 μονάδα μέτρησης (n 5 ) μ ± σ = (1,01 ± 0,1) x10 μονάδα μέτρησης (n 5 ) μ=55,555- σ=5,5555 μ ± σ = (5,6 ± 0,6) x10 μονάδα μέτρησης (n<5) μ ± σ = (5,56 ± 0,56) x10 μονάδα μέτρησης (n 5 ) μ ± σ = (0,556 ± 0,056) x10 μονάδα μέτρησης (n 5 )

ΣΥΝΘΕΤΕΣ ΜΕΤΡΗΣΕΙΣ (πρακτικοί κανόνες) Εφαρμόζονται όταν τα επιμέρους (μετρημένα) μεγέθη: έχουν ευρεθεί με διαφορετικές τεχνικές (π.χ. Μήκος 1,3 mm και 5,3 mm) αφορούν μετρήσεις με ίδια τεχνική αλλά διαφορετικής τάξης (π.χ. Πάχος,001 m και 0,004 m) Πολ/μος-Διαίρεση Το πλήθος των σημαντικών ψηφίων ενός παράγωγου μεγέθους είναι ίδιο με το αντίστοιχο πλήθος του μετρημένου ή παράγωγου μεγέθους με τα λιγότερα σημαντικά ψηφία 1,3 mm x 5,3 mm = 66,4 mm 66 mm 3 σ.ψ. x σ.ψ. σ.ψ.

ΣΥΝΘΕΤΕΣ ΜΕΤΡΗΣΕΙΣ (πρακτικοί κανόνες-συνέχεια) Πρόσθεση-Αφαίρεση Μεγέθη μετρημένα με διαφορετικές τεχνικές Μεγέθη μετρημένα με ίδια τεχνική αλλά τάξης Το πλήθος των δεκαδικών ψηφίων ενός παράγωγου μεγέθους είναι ίδιο με το αντίστοιχο πλήθος του μετρημένου ή παράγωγου μεγέθους με τα λιγότερα δεκαδικά ψηφία 15 mm + 0,14 mm = 15,14 mm 15 mm 3 σ.ψ. + σ.ψ. 3 σ.ψ. 0 δ.ψ. + δ.ψ. 0 δ.ψ. (!) διαφορετικής Το πλήθος των δεκαδικών ψηφίων ενός παράγωγου μεγέθους είναι ίδιο με το αντίστοιχο πλήθος του κάθε επιμέρους μετρημένου ή παράγωγου μεγέθους.,0001 mm + 0,0004 mm =,0005 mm 5 σ.ψ. + 5 σ.ψ. 5 σ.ψ. 5 δ.ψ. + 5 δ.ψ. 5 δ.ψ. (!) 1,004 mm + 0,996 mm = 0,008 mm 4 σ.ψ. + 3 σ.ψ. 1 σ.ψ. 4 δ.ψ. + 4 δ.ψ. 4 δ.ψ. (!)

x Υπολογισμός Σφάλματος α/α 1 3 4 5 6 7 8 9 10 xi (m) 4,3 4,5 4,6 4,4 4,5 4,1 4,9 4,7 4,5 4,4 x i 4,49 x (m) 4,49 Δxi (m) Δxi (m) 0,019 0,000361-0,001 0,000001-0,011 0,00011 0,009 0,000081-0,001 0,000001 0,039 0,00151-0,041 0,001681-0,01 0,000441-0,001 0,000001 0,009 0,000081 x i 0,00490

Αποτελέσματα n x i 4, 49 m i 1 x 4,49 m n 10

Αποτελέσματα n x i 0, 00490 m ( x ) i 1 n (n 1) 10 9 0,0000476666666 m 0,006904110505 m ( x ) % 100 0,164744645799 x

Αποτελέσματα x ( x ) (4,49 0,007) m x % (4,49 m 0, %)

Σύνθετη μέτρηση Έστω ότι ζητείται να υπολογισθεί η οριακή ταχύτητα μιας μικρής σφαίρας για τη θέση του οποίου ισχύουν οι προηγούμενες μετρήσεις Έστω ότι έχουν ληφθεί και μετρήσεις των αντιστοίχων χρονικών διαστημάτων. Οι τελευταίες αυτές μετρήσεις και τα αποτελέσματα τους φαίνονται έχουν ως ακολούθως:

x Υπολογισμός Σφάλματος ti (s) α/α 1 3 4 5 6 7 8 9 10,3,9,5,6,,3,,5,1,7 t i 4,3 (s) t x,43 Δti (s) 0,13-0,47-0,07-0,17 0,3 0,13 0,3-0,07 0,33-0,7 t i Δti (s) 0,016900 0,0900 0,004900 0,08900 0,05900 0,016900 0,05900 0,004900 0,108900 0,07900 0,581000

Αποτελέσματα n t t i i 1 n 4,3 m,43 s 10 n t i 0, 581 s ( t ) i 1 n (n 1) 10 9 0,0064555555 s 0,0803467195 s

Αποτελέσματα ( x ) % 100 3,306449361 x

Αποτελέσματα x ( x ) (,43 0,08) s x % (,43 s 3 %)

Αποτελέσματα u u (u ) x x t u ( x ) x,t t ( t ) x,t 1 x ( x ) ( t ) t t

Αποτελέσματα 4,49 m u 1,7485596707 m s 1,43 s 4,49 m 4,49 m ( u ) 0,007 m 0,08 s,43 s,43 s (u ) 0,00331381568 m s -1 0,05756575 m s -1

Αποτελέσματα u ( t ) (1,75 0,06) m s 1-1 u % (1,75 m s 3 %)

Συνολική αβεβαιότητα Έστω ότι ένας παρατηρητής μετρά το μήκος μίας έδρας 100 φορές. Έστω ότι η αβεβαιότητα της κάθε μέτρησης είναι σταθερή και ίση προς σ=0.500 cm. Έστω ότι όλες οι μετρήσεις πραγματοποιήθηκαν με το ίδιο όργανο το οποίο έχει πεπερασμένη και γνωστή ακρίβεια, έστω σi. Ας υποτεθεί ότι το πραγματικό μήκος της έδρας είναι γνωστό και ίσο προς xμ=0.000 cm. Ας υποτεθεί επίσης ότι οι πραγματικές μετρήσεις κατανέμονται κατά Gauss. Έστω ότι ισχύει το κάτωθι: 100 μετρήσεις ==> μ ~ <x> = 0.08 cm, σ ~ s = 0.48 cm. Επειδή το χρησιμοποιούμενο όργανο δεν αλλάζει, σi = σ και επειδή σ~ s έπεται ότι σi ~ 0.48 cm. Τότε σμ ~ s / sqrt(n) = s / sqrt (100) = s / 10 = 0.48 cm / 10 ==> σμ ~ 0.05 cm (1 σ.ψ.) Η πραγματική διακύμανση σ = 0.08cm-0.000 cm =0.08 cm δε διαφέρει σημαντικά από την εκτίμησή της μέσω των 100 μετρήσεων (0.05 cm)

Συνολική αβεβαιότητα Ένα πείραμα πραγματοποιήθηκε για τον υπολογισμό της τάσης μιάς συστοιχίας κελλιών. Ο παρατηρητής πραγματοποιεί 40 μετρήσεις με ένα όργανο-1. Ευρίσκει αποτέλεσμα μ1=1,0 V και διακύμανση s1=0.01v. Στη συνέχεια πραγματοποιεί άλλες 10 μετρήσεις με ένα όργανο-. Ευρίσκει αποτέλεσμα μ=1,018 V και διακύμανση s1=0.004v (μία τάξη μεγέθους). μ x= xi σ i 1 σ i = 1.018 + 1.0 0.01 0.04 1 1 + 0.004 0.01 = 40 (1.0) (1.018) +10 0.01 0.04 = 40 10 + 0.01 0.004 0.39(1.0)V +0.61(1.018)V =1.0196 V

Συνολική αβεβαιότητα Η συνολική αβεβαιότητα είναι σ ( x) = 1 1 σ i = 1 1 0.01 + 1 1 0.04 40 10 σ ( x)= ( + )=0.0010 V 0.01 0.04

Συνολική αβεβαιότητα Παρ'ότι έγιναν 4 φορές περισσότερες μετρήσεις (40) με μεγάλη αβεβαιότητα (0.01V) η μέση τιμή είναι περίπου φορές πιο ευαίσθητη (0.39-0.61) στη δεύτερη φάση των μετρήσεων η οποία συνοδεύεται από μικρότερη διασπορά. Το τελικό αποτέλεσμα (0.0010V) είναι καλύτερο από κάθε επιμέρους αποτέλεσμα. Πράγματι, αυτό ισχύει αφού: 0.004 0.01 =0.0013 V σ 1 ( x)= =0.0016 V σ ( x)= 10 40