При измерении любой физической величины принципиально невозможно определить истинное значение этой величины. Разность между измеренным и истинным (действительным) значениями физической величины называются погрешностью или ошибкой измерения. Многократное измерение одной и той же постоянной величины приводит к различным значениям этой величины, которые отличаются от действительного. Без оценки ошибок результат измерения становится ненадежным, а в ряде случаев может оказаться, что он вообще не содержит информацию об измеряемой величине.
Ошибки измерения могут быть связаны с техническими трудностями (несовершенство измерительных приборов, ограниченные возможности зрительного аппарата человека, с помощью которого во многих случаях регистрируются показания приборов и т. д.) и с целым рядом факторов, которые трудно или невозможно учесть (колебания температуры воздуха, движение потоков воздуха вблизи измерительного прибора, вибрация измерительного прибора вместе с лабораторным столом и т. д.).
Различают три типа погрешностей (ошибок) измерения: грубые ошибки (промахи), систематические и случайные ошибки.
Грубые ошибки (промахи) обычно бывают связаны с неисправностью измерительной аппаратуры, ошибкой экспериментатора в отсчете или записи показаний приборов, резким изменением условий измерений. В этих случаях результаты измерений необходимо отбрасывать и взамен производить новые измерения.
Систематические ошибки измерений – это такие ошибки, которые при многократном измерении одной и той же величины остаются постоянными или изменяются по определенному закону. Систематические ошибки включают в себя методические и инструментальные (приборные) погрешности измерений.
Методические погрешности вызываются недостатками применяемого метода измерения, несовершенством теории физического явления, к которому относится измеряемая величина, неточностью расчетной формулы. Например, при взвешивании тела на аналитических весах будет допущена систематическая методическая погрешность, если не будет вноситься поправка на различие выталкивающих сил, действующих со стороны окружающего воздуха на взвешиваемое тело и разновесы. Методические погрешности можно уменьшать путем совершенствования метода измерения, введением уточнений или поправок в расчетную формулу.
Инструментальные (приборные) погрешности вызываются несовершенством конструкции и неточностью изготовления измерительных приборов (небольшое различие в длинах плеч рычажных весов, применение отстающих или спешащих часов, несовпадение в стрелочном приборе центра шкалы с осью вращения стрелки и т. д.). Уменьшение приборной погрешности достигается применением более точных и совершенных приборов. Однако полностью устранить приборную погрешность невозможно.
Случайными ошибками измерений называются ошибки, абсолютная величина и знак которых изменяются при многократных измерениях одной и той же физической величины. Равновеликие положительные и отрицательные случайные отклонения одинаково часто будут встречаться на опыте. Случайные погрешности вызываются многими факторами, эффекты действия которых столь незначительны, что их нельзя выделить и учесть в отдельности. Например, на показания чувствительных аналитических рычажных весов могут повлиять пылинки, оседающие во время взвешивания на чашки весов, вибрация здания от проезжающих по улице автомобилей, удлинение одного из плеч коромысла весов, нагревающегося от находящейся вблизи него руки экспериментатора, и др.
Полностью избавится от случайных погрешностей невозможно, но их можно уменьшить путем многократного повторения измерений. При этом происходит частичная компенсация случайных отклонений результатов измерений в сторону завышения и в сторону занижения. Расчет случайных погрешностей производится методами теории вероятностей и математической статистики.
