Cause degli errori sistematici – definizione ed esempi

In questo appunto vengono analizzate le cause principali degli errori sistematici che possono presentarsi quando si effettua una misura in laboratorio; per comprendere meglio tali cause, ripassiamo prima il significato di errore, di errore sistematico e di errore casuale.

Errori sistematici

che può essere effettuata è sempre affetta da un errore ed infatti è sempre necessario associare alla misura un numero che rappresenta l’errore associato.
Gli errori possono essere suddivisi in due principali categorie: gli errori casuali e gli errori sistematici.

Gli errori casuali sono gli errori che intervengono sempre nella misura e che non è possibile eliminare completamente, essi intervengono sempre con grado diverso e sono responsabili del fatto che, se si ripete molte volte una misura, i valori della misura si dispongono secondo una curva gaussiana; tali errori sono responsabili della precisione della misura ovvero di quanto si discostano le misure ripetute tra di loro.

Gli errori sistematici sono degli errori che è possibile evitare, di solito infatti si utilizzano dei metodi per ridurre tali errori.

Gli errori sistematici intervengono sempre in modo uguale nella misura e sono correlati all’accuratezza della misura, ovvero di quanto la misura è vicina al valore vero (ricordiamo che il valore vero non è noto).

Per ulteriori approfondimenti sulla teoria degli errori vedi anche qua

Cause degli errori sistematici

La causa più comune di errore sistematico è il difetto di funzionamento dello strumento usato. In questo caso l'errore è tanto più facilmente individuabile quanto più il danno è evidente.

Un caso particolare è quello relativo ad un difetto di taratura e, anche se il funzionamento dello strumento può apparire normale, in realtà non è verificata la corrispondenza prevista tra la risposta dello strumento e il valore della grandezza.
Un tipico esempio è quello di un orologio il cui meccanismo periodico che scandisce il tempo non è stato regolato sulla frequenza giusta. Per ovviare a questo tipo di errore bisogna controllare la taratura dello strumento prima e dopo l'esecuzione della misura.

Fonte di errori sistematici sono anche le errate condizioni di impiego. Anche se lo strumento in se non è difettoso, può essere impiegato in maniera non corretta.
Se ad esempio una bilancia è tenuta in posizione orizzontale allora in queste condizioni sicuramente la taratura non è giusta.

Spesso gli strumenti risentono dell'effetto della dilatazione termica come quelli utilizzati per le misure di lunghezza (calibro, palmer) e di volume (pipette e cilindri graduati). Alcuni strumenti hanno, infatti, la taratura giusta quando si trovano ad una prefissata temperatura. La correzione dell'errore sistematico si può ottenere facendo attenzione al giusto intervallo di temperatura a cui tenere di strumenti.

Una ulteriore causa di errore sistematico è l'interazione tra lo strumento e il sistema di misura. da questa interazione derivano due tipi di errori sistematici:

• uno stesso strumento può essere messo in relazione col fenomeno per mezzo di dispositivi differenti, ciascuno dei quali a sua volta può introdurre un errore sistematico. Ad esempio quando si seguono misure di spessore con il calibro o Palmer, questi strumenti risentono di eventuali corpi estranei, come ad esempio polvere o residui di vernice, presenti tra le loro ganasce e il corpo di misura, la presenza di queste impurità dà misure sistematicamente maggiori del vero. Inoltre gli stessi strumenti risentono anche della forza con cui si fanno aderire le ganasce al corpo e ciò ne causa una deformazione in funzione delle sue caratteristiche meccaniche, in questo caso la misura risulta affetta sistematicamente da un errore negativo.
  
• la parte sensibile dello strumento viene posta in relazione con il sistema fisico, conseguenza il sistema ne risulta sempre modificato perché lo strumento diventa parte integrante con la sua fenomenologia. In altri termini l'inserimento dello strumento modifica il fenomeno iniziale introducendo in esso variazioni sistematiche che possono essere apprezzabili.
  

Ancora causa di errore può essere una imperfetta definizione o realizzazione stessa del fenomeno fisico da studiare.
Ad esempio se con la caduta di un grave si vuole verificare la legge del moto di un corpo sottoposto alla forza di gravità occorre eliminare l'effetto della presenza dell'aria i cui effetti sulle misure sono ovviamente di natura sistematica.

Esaminiamo ancora una causa di errore sistematico e cioè la realizzazione di una misura connessa al fenomeno in studio quando quel fenomeno non è in atto. Ad esempio se vogliamo misurare la potenza assorbita da una comune lampada ad incandescenza, dalla relazione

, si può risalire alla potenza P, misurando semplicemente la tensione V e la resistenza R. Con una tensione a 220 volt, utilizzando un ohmetro per misurare la resistenza di una lampada da 40 Watt si otterrebbe un valore di R pari a 80 ohm e questo darebbe una potenza di 600 Watt, valore decisamente elevato. La causa di ciò discende dal fatto che la resistenza R è stata misurata a temperatura ambiente e non nelle reali condizioni di funzionamento della lampada.