Для измерения разных физических величин нужен свой прибор, об этом знает каждый. Например, длину измеряют линейкой, а температуру – термометром. Но линейки, термометры и другие приборы бывают разными, поэтому чтобы измерить какую-либо физическую величину, нужно выбрать подходящий именно для этого измерения прибор. Рассмотрим это на примере термометра.
Во-первых, нужно учесть верхний и нижний пределы измерений (см. рисунок). Нижний предел – это минимальное, а верхний – максимальное измеряемое значение. Если вы не знаете предполагаемого значения измеряемой величины, лучше взять прибор с «запасом». Например, измерение температуры горячей воды не стоит проводить уличным или комнатным термометром, как на рисунках. Лучше найти прибор с верхним пределом 100 °С.
Во-вторых, нужно понять, насколько точно должна быть измерена величина. Так как погрешность измерений зависит от цены деления, для более точных измерений выбираем прибор с меньшей ценой деления. Для комнатной температуры погрешность в 1 °С вполне приемлема. А вот измерить температурный рекорд лета 2011 года (+38,2 ° С ) таким термометром не удалось бы. Температуру тела человека тоже нужно определять точно, поэтому у медицинского термометра цена деления 0,1 °С (см. рисунок).
Выбрав прибор с подходящей ценой делений, определяем погрешность. Она бывает абсолютной и относительной. Абсолютная погрешность показывает, на сколько реальное значение физической величины отличается от измеренного. Причём, она зависит от самого прибора (инструментальная погрешность) и от процесса измерений (погрешность отсчёта по шкале). Инструментальная погрешность должна быть указана в паспорте прибора (как правило, она равна цене деления прибора). Погрешность отсчёта обычно принимают равной половине цены деления.
Но знания только абсолютной погрешности недостаточно. Например, измерим ширину тетради школьной линейкой. Получаем результат: 15 см. Инструментальная погрешность линейки с пределом измерений до 30 см составляет 1 мм, а погрешность отсчёта 0,5 мм (половина цены деления), следовательно, общая абсолютная погрешность составит 1,5 мм. Много это или мало? Давайте посчитаем относительную погрешность, показывающую, какова доля возможной ошибки от полного значения измеряемой величины:
Относительная погрешность всего 1% показывает, что выбранная линейка для измерения ширины тетради является вполне подходящим прибором!
Теперь, наконец, приступаем к измерениям. При считывании показаний со шкалы важно, чтобы ваш взгляд падал перпендикулярно шкале прибора, при этом ошибка будет меньше. Убедитесь в этом сами, рассмотрев любой прибор, например знакомый вам комнатный термометр под разными углами зрения (см. рисунок).
Как определить показания прибора, вы уже знаете: определяем количество делений, умножаем их на цену деления, не забываем про погрешность и записываем окончательный результат. Например, для изображённого на рисунке термометра получаем:
t = 20 °С ± 1,5 °С
Это означает, что температура лежит в пределах от 18,5° до 21,5°. То есть она может быть, например, и 19, и 20 и 21 градусов Цельсия. Точнее сказать мы не можем, пока не воспользуемся более точным термометром.
И последнее. Чтобы увеличить точность измерений, принято повторить их не менее трёх раз и вычислить среднее значение измеряемой величины.
