Расчет погрешностей косвенных измерений
Пусть искомую величину можно рассчитать, составив функциональную зависимость от непосредственно измеряемых величин
.
тогда говорят, что величина измеряется косвенным образом.
Пусть при этом известны абсолютные погрешности всех прямых измерений , причем эти погрешности малы по сравнению с самими измеряемыми величинами . Тогда погрешность искомой величины вычисляется подобно полному дифференциалу функции:
,
только, в отличие от операции отыскания полного дифференциала, все минусы, получающиеся при дифференцировании, заменяются на плюсы, а дифференциалы аргументов на соответствующие абсолютные погрешности.
Формула для расчета относительной погрешности косвенного измерения:
.
Формула отыскания относительной погрешности совпадает с формулой , если в последней заменить дифференциалы аргументов на абсолютные погрешности прямых измерений, а минусы на плюсы.
Чаще всего зависимость имеет вид:
.
Тогда формула для расчета относительной погрешности данного косвенного измерения будет следующей
.
Примеры.
-
Объем параллелепипеда определяется по формуле:
.
Тогда
.
Относительная погрешность определения объема параллелепипеда
.
Абсолютная погрешность определения объема параллелепипеда
.
-
Объем цилиндра определяется по формуле:
.
Тогда
.
Относительная погрешность определения объема цилиндра
.
Абсолютная погрешность определения объема цилиндра
.
Если число «Пи» округляем до сотых (), то .
-
Объем шара определяется по формуле:
.
Тогда
.
Относительная погрешность определения объема шара
.
Абсолютная погрешность определения объема шара
.
Вопросы и задачи по теории погрешностей
-
Что значит измерить физическую величину? Приведите примеры.
-
Почему возникают погрешности измерений?
-
Что такое абсолютная погрешность?
-
Что такое относительная погрешность?
-
Какая погрешность характеризует качество измерения? Приведите примеры.
-
Что такое доверительный интервал?
-
Дайте определение понятию «систематическая погрешность».
-
Каковы причины возникновения систематических погрешностей?
-
Что такое класс точности измерительного прибора?
-
Как определяются абсолютные погрешности различных физических приборов?
-
Какие погрешности называются случайными и как они возникают?
-
Опишите процедуру вычисления средней квадратичной погрешности.
-
Опишите процедуру расчета абсолютной случайной погрешности прямых измерений.
-
Что такое «коэффициент надежности»?
-
От каких параметров и как зависит коэффициент Стьюдента?
-
Как рассчитывается полная абсолютная погрешность прямых измерений?
-
Напишите формулы для определения относительной и абсолютной погрешностей косвенных измерений.
-
Сформулируйте правила округления результата с погрешностью.
-
Найдите относительную погрешность измерения длины стены при помощи рулетки с ценой деления 0,5см. Измеренная величина составила 4,66м.
-
При измерении длины сторон А и В прямоугольника были допущены абсолютные погрешности ΔА и ΔВ соответственно. Напишите формулу для расчета абсолютной погрешности ΔS, полученной при определении площади по результатам этих измерений.
-
Измерение длины ребра куба L имело погрешность ΔL. Напишите формулу для определения относительной погрешности объема куба по результатам этих измерений.
-
Тело двигалось равноускоренно из состояния покоя. Для расчета ускорения измерили путь S, пройденный телом, и время его движения t. Абсолютные погрешности этих прямых измерений составили соответственно ΔS и Δt. Выведите формулу для расчета относительной погрешности ускорения по этим данным.
-
При расчете мощности нагревательного прибора по данным измерений получены значения Рср = 2361,7893735 Вт и ΔР = 35,4822 Вт. Запишите результат в виде доверительного интервала, выполнив необходимое округление.
-
При расчете величины сопротивления по данным измерений получены следующие значения: Rср = 123,7893735 Ом, ΔR = 0,348 Ом. Запишите результат в виде доверительного интервала, выполнив необходимое округление.
-
При расчете величины коэффициента трения по данным измерений получены значения μср = 0,7823735 и Δμ = 0,03348. Запишите результат в виде доверительного интервала, выполнив необходимое округление.
-
Ток силой 16,6 А определялся по прибору с классом точности 1,5 и номиналом шкалы 50 А. Найдите абсолютную приборную и относительную погрешности этого измерения.
-
В серии из 5 измерений периода колебаний маятника получились следующие значения: 2,12 с, 2,10 с, 2,11 с, 2,14 с, 2,13 с. Найдите абсолютную случайную погрешность определения периода по этим данным.
-
Опыт падения груза с некоторой высоты повторяли 6 раз. При этом получались следующие величины времени падения груза: 38,0 с, 37,6 с, 37,9 с, 37,4 с, 37,5 с, 37,7 с. Найдите относительную погрешность определения времени падения.
1 Цена деления – это измеряемая величина, вызывающая отклонение указателя на одно деление. Цена деления определяется как отношение верхнего предела измерения прибора к числу делений шкалы.