Измерительные приборы. Цена деления. Точность измерений

Приступая к измерениям, необходимо прежде всего подобрать приборы с учетом их пределов измерений. Пределы измерения - это минимальное (нижний предел) и максимальное (верхний предел) значения шкалы прибора. Чаще всего предел измерения один, но может быть два. Например, линейка имеет один предел (верхний). Он может быть равен, например, 20 см. У термометра два предела: верхний предел измерения температуры, к примеру, может быть равен +50 °C; нижний предел измерения - -40 °C.

Линейки могут измерять длину с различной точностью. Что же такое точность измерений и от чего она зависит? Для ответа на эти вопросы рассмотрим сначала цену деления шкалы прибора.

Цена деления - это значение наименьшего деления шкалы прибора.

Чтобы определить цену деления шкалы, необходимо:

  1. выбрать два соседних значения, например 3 см и 4 см, на шкале линейки;
  2. подсчитать число делений (не штрихов!) между этими значениями;
  3. вычесть из большего значения меньшее (4 см - 3 см = 1 см) и полученный результат разделить на число делений.

Полученное значение и будет ценой деления шкалы прибора. Обозначим ее буквой C.

Точно так же, например, можно определить и цену деления шкалы мензурок. Цена деления шкалы мензурки 1:

C1 = (30 мл - 20 мл) / 2 дел. = 5 мл/дел.

Цена деления шкалы мензурки 2:

C2 = (30 мл - 20 мл) / 10 дел. = 1 мл/дел.

Измерим один и тот же объем мензуркой 1 и мензуркой 2. Исходя из показаний шкалы объем воды в мензурке 1: V = 35 мл. Из показаний шкалы мензурки 2: V = 37 мл.

Понятно, что точнее измерен объем воды мензуркой 2, цена деления которой меньше (1 мл/дел. < 5 мл./дел.). Значит, чем меньше цена деления шкалы, тем точнее можно измерять данным прибором. В этом случае говорят: мензуркой 1 мы измерили объем с точностью до 5 мл (сравните с ценой деления шкалы C1 = 5 мл/дел.), мензуркой 2 - с точностью до 1 мл (сравните с ценой деления C2 = 1 мл/дел.).

Итак, любым прибором, имеющим шкалу, измерить физическую величину можно с точностью, не превышающей цены деления шкалы.

В истории науки есть немало случаев, когда повышение точности измерений давало толчок к новым открытиям. Так, оценить расстояния до звезд и создать точные каталоги их положения астрономы смогли благодаря повышению точности измерения положения ярких звезд на небе. Более точные измерения плотности азота, выделенного из воздуха, позволили в 1894 г. открыть новый инертный газ - аргон. Повышение точности измерений плотности воды привело к открытию в 1932 г. тяжелого изотопа водорода - дейтерия. Позже дейтерий стал одной из составляющих ядерного горючего.

Читать далее