Erros aleatórios e erros sistemáticos

Todo processo de medição tem erros associados e é importante saber que os erros fazem parte do processo de medição. Em ciência e tecnologia, o erro ou incerteza de uma medição é chamado de erro experimental ou erro de observação.

Existem dois tipos de erros ou incertezas : erros aleatórios e erros sistemáticos. Os erros aleatórios ocorrem de forma imprevisível em cada medição, enquanto os erros sistemáticos têm a mesma incidência em cada determinação que é feita. Ambos os tipos de erros são intrínsecos a qualquer processo de medição, mas erros aleatórios podem ser tratados estatisticamente e produzir determinações que se agrupam em torno do valor real, enquanto erros sistemáticos podem às vezes ser minimizados calibrando o equipamento de medição, mas é importante levá-los em consideração, pois se não forem corrigidos podem causar medições incorretas que afetam as conclusões do estudo que está sendo realizado.

erros aleatórios

Se forem feitas várias medições da mesma magnitude, verá que os valores obtidos estão agrupados em torno de um determinado valor; portanto, o erro aleatório afeta principalmente a precisão da medição . Erros aleatórios geralmente afetam o último dígito significativo de uma medição.

As principais razões para erros aleatórios estão associadas a limitações do instrumento, fatores ambientais e pequenas variações no procedimento de medição. Vejamos alguns exemplos:

• Ao pesar em uma balança, o item a ser pesado é posicionado de forma diferente a cada medição.
• Ao fazer uma leitura de volume em um frasco, você pode ler o valor de um ângulo diferente cada vez que olhar para a escala graduada.
• A medição da massa de uma amostra em uma balança analítica pode diferir se for afetada por correntes de ar .
• A medição da altura de uma pessoa é afetada por mudanças na postura.
• A medição da velocidade do vento depende da altura e do momento em que a medição é feita; várias leituras devem ser feitas e os valores obtidos calculados para obter uma medição representativa, pois rajadas e mudanças na direção do vento modificam cada determinação específica.
• As leituras devem ser estimadas quando estiverem entre marcas em uma escala ou quando a espessura de uma marca de medição for levada em consideração.

Como erros aleatórios sempre ocorrem e não podem ser previstos, é importante incluir no procedimento de medição várias leituras de dados e, em seguida, tirar a média deles para obter uma determinação precisa do valor real do parâmetro e, ao mesmo tempo, saber qual é. a variabilidade das medidas.

erros sistemáticos

Os erros sistemáticos são previsíveis e têm sempre a mesma incidência. Causas típicas de erros sistemáticos incluem erros de observação, calibração imperfeita do instrumento e a incidência de fatores ambientais. Vejamos alguns exemplos:

• Esquecer de tarar ou zerar a balança. Isso produz medições de massa que estão sempre fora do valor real na mesma quantidade (coincidindo com a tara neste caso). Um erro causado por não zerar um instrumento antes do uso é chamado de erro de offset.
• Não leia o menisco em uma escala graduada ao nível dos olhos para uma medição de volume. Isso sempre resultará em uma leitura incorreta. O valor observado irá subestimar ou superestimar a medição correta, dependendo se a leitura for feita acima ou abaixo da marca.
• Medir o comprimento com uma régua de metal dará um resultado diferente dependendo da temperatura ambiente, devido à expansão térmica do material.
• Um termômetro calibrado pode dar leituras precisas dentro de uma determinada faixa de temperatura , mas pode se tornar impreciso em temperaturas mais altas ou mais baixas, pois toda calibração é válida dentro de uma determinada faixa de variação do parâmetro.
• A distância medida é diferente usando uma fita métrica nova em comparação com a determinação feita com uma fita métrica antiga e esticada. Neste tipo de situação os erros são proporcionais à medição e são chamados de erros de fator de escala.
• As medições de equipamentos eletrônicos tendem a variar ao longo do tempo devido a variações nas temperaturas dos componentes. Dizem que são suscetíveis à deriva. As medições obtidas com outros tipos de instrumentos também podem ser afetadas à medida que o dispositivo aquece.

Uma vez identificada a causa, a incidência de erros sistemáticos pode ser reduzida até certo ponto, podendo ser minimizada calibrando rotineiramente o equipamento, por exemplo, incluindo controles em experimentos, levando os instrumentos à temperatura operacional na qual foi realizado. antes de fazer leituras ou comparando as medições com os padrões.  

Embora os erros aleatórios possam ser minimizados aumentando o número de determinações e calculando a média dos resultados, sempre haverá incerteza de medição associada à variabilidade intrínseca do parâmetro ou procedimento de medição. No caso de erros sistemáticos, a melhor forma de minimizá-los é conhecer as limitações dos instrumentos, ter experiências em seu uso correto e estabelecer procedimentos de medição, cumprindo-os rigorosamente.

Fonte

David A. Freedman. Modelos Estatísticos: Teoria e Prática . Cambridge University Press, 2005.