Der Unterschied zwischen systematischen und zufÀlligen Fehlern

Egal, wie vorsichtig Sie bei der DurchfĂŒhrung von Experimenten sind, es wird wahrscheinlich einen experimentellen Fehler geben. Ob es nun um die Herausforderungen geht, die mit einer genauen Messung verbunden sind, oder um Probleme mit Ihrer AusrĂŒstung, die Vermeidung von Fehlern ist nahezu unmöglich. Um diesem Problem entgegenzuwirken, tun die Wissenschaftler ihr Bestes, um Fehler zu kategorisieren und etwaige Messunsicherheiten zu quantifizieren. Den Unterschied zwischen systematischen und zufĂ€lligen Fehlern herauszufinden, ist ein SchlĂŒsselfaktor beim Lernen, um bessere Experimente zu entwerfen und Fehler zu minimieren, die sich durchschleichen.

TL; DR (zu lang; nicht gelesen)

Systematische Fehler resultieren normalerweise aus GerĂ€ten, die nicht korrekt kalibriert wurden. Jede Messung, die Sie vornehmen, wird um den gleichen Betrag falsch sein, da ein Problem mit Ihrem MessgerĂ€t besteht. ZufĂ€llige Fehler sind unvermeidlich und resultieren aus Schwierigkeiten bei der DurchfĂŒhrung von Messungen oder dem Versuch, Mengen zu messen, die sich mit der Zeit Ă€ndern. Diese Fehler schwanken, aber gruppieren sich im Allgemeinen um den wahren Wert.

Was ist ein zufÀlliger Fehler?

Der Zufallsfehler beschreibt Fehler, die aufgrund der Unvorhersehbarkeit oder Ungewissheit in Ihrem Messprozess oder aufgrund der Abweichung in der Menge, die Sie messen möchten, schwanken.

Ein Wissenschaftler, der beispielsweise ein Insekt misst, wĂŒrde versuchen, das Insekt am Nullpunkt eines Lineals oder Messstabs zu positionieren und den Wert am anderen Ende abzulesen. Das Lineal selbst wird wahrscheinlich nur auf den nĂ€chsten Millimeter genau messen, und das prĂ€zise zu lesen kann schwierig sein. Sie können die wahre GrĂ¶ĂŸe des Insekts unterschĂ€tzen oder ĂŒberschĂ€tzen, je nachdem, wie gut Sie die Skala abgelesen haben und wie Sie den Kopf des Insekts stoppen. Das Insekt könnte sich auch leicht aus der Nullposition bewegen, ohne dass Sie es merken. Wiederholtes Wiederholen der Messung fĂŒhrt zu vielen unterschiedlichen Ergebnissen, aber sie wĂŒrden wahrscheinlich um den wahren Wert gruppieren.

In Ă€hnlicher Weise fĂŒhrt die Messung einer sich von Moment zu Moment Ă€ndernden GrĂ¶ĂŸe zu einem zufĂ€lligen Fehler. Beispielsweise kann die Windgeschwindigkeit zu unterschiedlichen Zeitpunkten auf- und abfallen. Wenn Sie eine Minute messen, wird es wahrscheinlich eine Minute spĂ€ter nicht mehr genau so sein. Wiederum fĂŒhren wiederholte Messungen zu Ergebnissen, die zwar schwanken, sich aber um den wahren Wert gruppieren.

Was ist ein systematischer Fehler?

Ein systematischer Fehler ist einer, der aus einem anhaltenden Problem resultiert und zu einem konsistenten Fehler in Ihren Messungen fĂŒhrt. Zum Beispiel, wenn Ihr Maßband ausgestreckt wurde, werden Ihre Ergebnisse immer niedriger als der wahre Wert sein. Wenn Sie Skalen verwenden, die vorher nicht auf Null gesetzt wurden, entsteht ein systematischer Fehler, der sich aus dem Fehler bei der Kalibrierung ergibt (z. B. wenn ein echtes Gewicht von 0 5 Gramm entspricht, werden 10 Gramm als gelesen 15 und 15 Gramm werden als 20 gelesen).

Andere Unterschiede zwischen systematischen und zufÀlligen Fehlern

Der Hauptunterschied zwischen systematischen und zufĂ€lligen Fehlern besteht darin, dass zufĂ€llige Fehler aufgrund von Messschwierigkeiten zu Schwankungen um den wahren Wert fĂŒhren, wĂ€hrend systematische Fehler aufgrund von Problemen bei der Kalibrierung Ihrer AusrĂŒstung zu vorhersehbaren und konsistenten Abweichungen vom wahren Wert fĂŒhren. Dies fĂŒhrt zu zwei zusĂ€tzlichen Unterschieden, die erwĂ€hnenswert sind.

Zufallsfehler sind im Wesentlichen unvermeidbar, systematische Fehler hingegen nicht. Wissenschaftler können keine perfekten Messungen machen, egal wie geschickt sie sind. Wenn die Menge, die Sie messen, von Moment zu Moment variiert, können Sie nicht verhindern, dass sie sich wĂ€hrend der Messung Ă€ndert, und egal wie detailliert Ihre Skala ist, das genaue Ablesen ist immer noch eine Herausforderung. Die gute Nachricht ist, dass das mehrfache Wiederholen der Messung und die BerĂŒcksichtigung des Durchschnitts dieses Problem effektiv minimiert.

Systematische Fehler können schwer zu erkennen sein. Dies liegt daran, dass alles, was Sie messen, mit dem gleichen (oder einem Ă€hnlichen) Betrag falsch ist und Sie möglicherweise nicht erkennen, dass es ĂŒberhaupt ein Problem gibt. Im Gegensatz zu zufĂ€lligen Fehlern können sie jedoch oft ganz vermieden werden. Kalibrieren Sie Ihre AusrĂŒstung vor der Verwendung ordnungsgemĂ€ĂŸ, und systematische Fehler sind viel weniger wahrscheinlich.

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