background image

1

PLANOWANIE I ANALIZA 

EKSPERYMENTU

©2007 Paweł Możejko

Politechnika Gdańska, semestr zimowy, rok akademicki 2012/2013 

Aparatura Millikana do wyznaczenia ładunku elektronu

Wykład 3: Przenoszenie niepewności

PRZENOSZENIE NIEPEWNOŚCI

Niepewności w pomiarach bezpośrednich
Niepewności sumy i różnicy
Niepewności iloczynów i ilorazów
Niepewności wyrażenia potęgowego
Niezależne niepewności w sumie
Niepewności niezależne c.d.
Niepewności dowolnej funkcji jednej zmiennej
Ogólna reguła przenoszenia błędów

background image

2

Niepewności w pomiarach bezpośrednich

źródło niepewności – odczyt skali oraz konieczność interpolacji 

np. pomiędzy podziałkami miarki

Zagadnienie definicji – niepewności powstające ze względu na 

nieprecyzyjne określenie dwóch punktów np. pomiar długości 

wahadła fizycznego

Niepewności sumy i różnicy

W  wyniku  pomiarów  bezpośrednich  wyznaczamy  wielkości 

x

,…,

z

wraz odpowiadającymi im niepewnościami

δ

x

δ

y

, …,

δ

z

Zmierzone  wartości 

x

y

,…,

z

używamy  do  wyznaczenia  szukanej 

wielkości

q=x+y+…+z-(u+…+w)

Ile wynosi niepewność

δ

q

wielkości

q

?

δ

q

δ

x+

δ

y+…+ 

δ

z

+ δ

u

+...+ δ

u

background image

3

Niepewności iloczynów i ilorazów

Jaką niepewnością obarczona  jest  wielkość

q

wyznaczona  z 

pomiarów  bezpośrednich  wielkości 

x,y,…,z,u,…w

zmierzonych  z 

małymi niepewnościami

,

δ

y, …,

δ

z, 

δ

u,…

δ

w

?

Niepewność względna wielkości 

q

wynosi

w

u

z

x

q

⋅⋅

⋅⋅

=

w

w

u

u

z

z

y

y

x

x

q

q

δ

δ

δ

δ

δ

δ

+

+

+

+

+

+

...

...

Niepewności iloczynów i ilorazów

Wielkość

x

wyznaczona jest z niepewnością

δ

x

używana jest do 

obliczenia iloczynu

B jest wielkością stałą nie mającą żadnej niepewności tzn.

δΒ=0

Niepewność wielkości 

q

wynosi

x

B

q

δ

δ

=

q = Bx,

background image

4

Niepewności wyrażenia potęgowego

Wielkość

x

zmierzona z niepewnością

δ

x

jest używana do 

obliczenia wyrażenia potęgowego

Niepewność względna jest 

n

razy większa niż niepewność

x

n

x

q

=

x

x

n

q

q

δ

δ

=

Niepewności niezależne - niepewność

sumy i różnicy

Jeżeli niepewności,

δ

x

,…, 

δ

z

δ

u

,…, 

δ

w

wielkości zmierzonych 

x

,…, 

z

u

,…, 

w

są niezależne i przypadkowe to niepewność obliczonej 

wartości 

q

jest pierwiastkiem z sumy kwadratów niepewności 

początkowych:

Zachodzi:

)

...

(

...

w

u

z

x

q

+

+

+

+

=

2

2

2

2

)

(

...

)

(

)

(

...

)

(

w

u

z

x

q

δ

δ

δ

δ

δ

+

+

+

+

+

=

w

u

z

x

q

δ

δ

δ

δ

δ

+

+

+

+

+

...

...

background image

5

Niepewności niezależne -

niepewność iloczynu i ilorazu

Jeżeli niepewności,

dx

,…,

δ

z

δ

u

,…, 

δ

w

wielkości 

zmierzonych 

x

,…, 

z

u

,…, 

w

są niezależne i przypadkowe 

to niepewność obliczonej wartości 

q

jest pierwiastkiem z sumy kwadratów początkowych 

niepewności względnych:

Zachodzi:

w

u

z

x

q

⋅⋅

⋅⋅

=

w

w

u

u

z

z

x

x

q

q

δ

δ

δ

δ

δ

...

...

+

+

+

+

2

2

2

2

...

...

+

+

+

+

+

w

w

u

u

z

z

x

x

q

q

δ

δ

δ

δ

δ

Niepewności dowolnej funkcji 

jednej zmiennej

q(x)

δ

q

q

min

x

np

+

δ

x

x

np

-

δ

x

x

np

q

max

q

np

q

x

)

(

)

(

np

np

x

q

x

x

q

q

+

=

δ

δ

u

dx

dq

x

q

u

x

q

=

+

)

(

)

(

x

dx

dq

q

δ

δ

=

background image

6

Niepewności dowolnej funkcji 

jednej zmiennej

Jeżeli  wielkość

x

jest  zmierzona  z  niepewnością

δ

x

wykorzystywane  do  obliczenia  wartości  funkcji 

q(x)

,  to 

niepewność

δ

q

jest równa:

x

x

q

q

δ

δ

d

d

=

Niepewności dowolnej funkcji 

jednej zmiennej

Niepewność wyrażenia potęgowego

Jeżeli 

x

jest zmierzone z niepewnością

dx

i wykorzystywane do 

obliczenia  potęgi 

q=x

n

(gdzie 

n

jest  ustaloną znaną liczbą),  to 

niepewność względna 

q

jest równa:

x

x

n

q

q

δ

δ

=

background image

7

Ogólna reguła przenoszenia błędów

Niepewność wartości funkcji wielu zmiennych

Załóżmy, że x,…,z zmierzone z niepewnościami

δ

x

,…, 

δ

z

służą do 

obliczenia wartości funkcji 

q(x

,..,

z)

. Jeżeli niepewności 

wyznaczenia 

x

,..,

z

są niezależne i przypadkowe, to niepewność

wyznaczenia wartości funkcji 

q

równa jest:

Zachodzi:

2

2

...

+

+

=

z

z

q

x

x

q

q

δ

δ

δ

z

z

q

x

x

q

q

δ

δ

δ

+

+

...

Zadania na przyszłe wykłady

Jak uśredniać pomiary wykonywane seriami obarczone 

różnymi niepewnościami statystycznymi

Uzasadnić w oparciu o rozkład normalny, że wartość

średnia jest najlepszym przybliżeniem wielkości 
mierzonej wielokrotnie