Errore osservazionale

Calibrazione imperfettaModifica

Fonti di errore sistematico possono essere la calibrazione imperfetta degli strumenti di misura (errore zero), cambiamenti nell’ambiente che interferiscono con il processo di misurazione e talvolta metodi di osservazione imperfetti possono essere sia un errore zero che un errore percentuale. Se si considera uno sperimentatore che prende una lettura del periodo di tempo di un pendolo che oscilla oltre un marcatore fiduciale: Se il suo cronometro o timer inizia con 1 secondo sull’orologio, allora tutti i suoi risultati saranno fuori di 1 secondo (errore zero). Se lo sperimentatore ripete questo esperimento venti volte (partendo ogni volta da 1 secondo), allora ci sarà un errore percentuale nella media calcolata dei loro risultati; il risultato finale sarà leggermente più grande del periodo vero.

La distanza misurata dal radar sarà sistematicamente sovrastimata se non si tiene conto del leggero rallentamento delle onde in aria. L’azzeramento errato di uno strumento che porta a un errore di zero è un esempio di errore sistematico nella strumentazione.

Gli errori sistematici possono anche essere presenti nel risultato di una stima basata su un modello matematico o una legge fisica. Per esempio, la frequenza di oscillazione stimata di un pendolo sarà sistematicamente in errore se non si tiene conto di un leggero movimento del supporto.

QuantityEdit

Gli errori sistematici possono essere sia costanti, sia legati (per esempio proporzionali o in percentuale) al valore effettivo della quantità misurata, o anche al valore di una quantità diversa (la lettura di un righello può essere influenzata dalla temperatura ambientale). Quando è costante, è semplicemente dovuto ad un errato azzeramento dello strumento. Quando non è costante, può cambiare di segno. Per esempio, se un termometro è affetto da un errore sistematico proporzionale pari al 2% della temperatura reale, e la temperatura reale è 200°, 0° o -100°, la temperatura misurata sarà rispettivamente 204° (errore sistematico = +4°), 0° (errore sistematico nullo) o -102° (errore sistematico = -2°). Così la temperatura sarà sovrastimata quando sarà sopra lo zero, e sottostimata quando sarà sotto lo zero.

DriftEdit

Gli errori sistematici che cambiano durante un esperimento (drift) sono più facili da rilevare. Le misurazioni indicano tendenze con il tempo piuttosto che variare casualmente intorno a una media. La deriva è evidente se una misurazione di una quantità costante viene ripetuta più volte e le misurazioni vanno alla deriva in un modo durante l’esperimento. Se la misura successiva è più alta della misura precedente, come può accadere se uno strumento diventa più caldo durante l’esperimento, allora la quantità misurata è variabile ed è possibile rilevare una deriva controllando la lettura dello zero durante l’esperimento così come all’inizio dell’esperimento (infatti, la lettura dello zero è una misura di una quantità costante). Se la lettura dello zero è costantemente sopra o sotto lo zero, c’è un errore sistematico. Se questo non può essere eliminato, potenzialmente resettando lo strumento immediatamente prima dell’esperimento, allora deve essere permesso sottraendo il suo valore (possibilmente variabile nel tempo) dalle letture, e tenendone conto nel valutare l’accuratezza della misura.

Se non è evidente alcun modello in una serie di misure ripetute, la presenza di errori sistematici fissi può essere trovata solo se le misure sono controllate, sia misurando una quantità nota o confrontando le letture con letture fatte usando un apparato diverso, noto per essere più accurato. Per esempio, se si pensa al tempo di un pendolo usando un cronometro accurato più volte si ottengono letture distribuite casualmente intorno alla media. Speriamo che l’errore sistematico sia presente se il cronometro viene controllato rispetto all'”orologio parlante” dell’impianto telefonico e si scopre che va lento o veloce. Chiaramente, i tempi del pendolo devono essere corretti in base a quanto velocemente o lentamente il cronometro è stato trovato in funzione.

Gli strumenti di misura come gli amperometri e i voltmetri devono essere controllati periodicamente contro standard conosciuti.

Gli errori sistematici possono anche essere rilevati misurando quantità già note. Per esempio, uno spettrometro dotato di un reticolo di diffrazione può essere controllato usandolo per misurare la lunghezza d’onda delle linee D dello spettro elettromagnetico del sodio che sono a 600 nm e 589,6 nm. Le misurazioni possono essere utilizzate per determinare il numero di linee per millimetro del reticolo di diffrazione, che può poi essere utilizzato per misurare la lunghezza d’onda di qualsiasi altra linea spettrale.

Gli errori sistematici costanti sono molto difficili da trattare, poiché i loro effetti sono osservabili solo se possono essere rimossi. Tali errori non possono essere rimossi ripetendo le misurazioni o facendo la media di un gran numero di risultati. Un metodo comune per rimuovere l’errore sistematico è la calibrazione dello strumento di misura.