測定における正確さと精密さ

科学、特に物理学の世界では、正確さと精密さを理解することが非常に重要です。私たちが物を測るとき、私たちはしばしば世界についてもっと学ぶのに役立つ単位と計器を使用します。しかし、正確さと精密さとは何を意味するのでしょうか？これらの言葉は似ているように聞こえますが、異なる意味を持っています。これら2つの重要な概念についてより深く見てみましょう。

正確さとは？

正確さは、測定値が真の値または実際の量にどれだけ近いかを指します。正確さをダーツボードのターゲットを狙ってるようなものと考えてみてください。もしダーツを投げて中心に当たれば、それは正確な投でした。

例えば、もしあなたが実際に2メートルのテーブルの長さを測定し、あなたの測定が2.05メートルであれば、それは実際の値である2メートルにかなり近いので、あなたの測定はかなり正確です。

精密さとは？

一方、精密さは、値の真にどれだけ近いかに関係なく、測定がどれだけ一貫しているかです。ダーツボードの例を使うと、精密さは3つのダーツが互いに近くに着地していることを示しており、たとえそれらが中心近くではなくても、精密性があるとされます。

例えば、何度かテーブルを測定して、2.03メートル、2.04メートル、そして再び2.03メートルを測定する場合、これらの測定は一致しているためそれなりに精密であり、正確ではなくても精密であることを示しています。

視覚的な例

上の画像では、左のターゲットは精密で正確な投で、ダーツが的の中心に当たっています。右のターゲットは精密さはあるが、ダーツは集合しているものの中心を外しています。

正確さと精密さが重要な理由は？

正確さと精密さは、科学的な測定の信頼性と再現性を確保するために重要です。詳細を考慮すると：

科学的実験：科学者は、仮説を効果的にサポートするために正確で精密な測定を必要とします。正確でないが精密な測定のセットは、研究者を誤った結論に導く可能性があります。
工学と建設： 建設者は、建物や橋が安全で機能的であることを保証するために正確な測定が必要です。
医療機器： 体温計や血圧計などの機器は、正しい診断と治療を保証するために正確で精密である必要があります。

正確さと精密さを改善する方法

測定の正確さと精密さを改善するためには、次の手順を踏むことができます：

適切な道具を使う： 必要な精密さで測定できる道具を使用するようにしましょう。例えば、定規はセンチメートルの測定には適していますが、ミリメートルの測定には理想的ではありません。
機器を校正する： すべての測定機器が正しく校正されていることを確認し、正確さを保証します。
繰り返し測定を行う： 複数回測定を行うことで、誤差を平均化し、正確さと精密さが向上します。
一貫した条件を維持する： 温度や圧力を一定に保つなど、測定中に環境が一定であることを確認します。これは結果に影響を与える可能性があります。

テキスト例

これらの概念が異なる状況でどのように現れるかを理解するために、次のテキスト例を考慮してください。

植物の高さを正確に測定したい場合、このタスクに適した定規や巻尺が必要で、植物の根元から上部まで測定することを確認します。正確な測定値は、実際の高さが30cmの場合、30.5cmになるかもしれません。

今、あなたが植物を何度も測定し、各回で29.8cm、30.2cm、31cmの読みを得たと想像してください。これらは一般的には正確ですが、最初の測定値だけが真の値に近く、より正確さを示します。

式の例

物理学の実験を行って、特定の高さからボールが落下するのにかかる時間を測定していると仮定します。計算に基づいた実際の値を知っています。計算式はt = √(2h/g)で、hは高さ、gはおおよそ9.81 m/s²の重力加速度です。測定した落下時間がこの計算した時間に十分近ければ、その測定は正確です。

高さ10メートルからボールを落とすと仮定します。期待される時間は：
t = √(2 * 10m / 9.81m/s²) ≈ 1.43秒。

1.45秒を測定すれば、非常に正確です。
1.50秒、1.51秒、1.49秒のさまざまな試行の中で、これらの値は正確とされますが、精密さは異なるものを提供します。