Systematischer Fehler bezieht sich auf eine Reihe von Genauigkeitsfehlern, die in einem Experiment aus derselben Richtung kommen, während zufällige Fehler zufälligen und unvorhersehbaren Variationen in einem Experiment zugeschrieben werden.
In der Physik sind systematische Fehler und zufällige Fehler für alle experimentellen Fehler und Unsicherheiten verantwortlich. Systematische Fehler entstehen oft durch ein Problem, das während des gesamten Experiments andauert, während zufällige Fehler Fehler sind, die in entgegengesetzte Richtungen und ohne ein konsistentes Muster im Verlauf des Experiments auftreten. Keine der beiden Fehlerarten ist auf menschliche Fehler zurückzuführen, darunter falsche Berechnungen oder falsche Messwerte von Instrumenten.
Zufällige Fehler
Ein Beispiel für den Unterschied zwischen systematischen Fehlern und zufälligen Fehlern ist eine einfache Messung des dreimaligen Wiegens eines Rings. Wenn ein zufälliger Fehler auftritt, kann die Person, die die Ringe wiegt, unterschiedliche Werte von 17,2 Unzen, 17,4 Unzen und 17,6 Unzen erhalten. Unterschiede in diesen Werten aufgrund von Zufallsfehlern würden durch Einschränkungen in der für diese Messungen verwendeten Ausrüstung erklärt. Auch wenn Menschen die zugrunde liegende Zufallsfehlerquelle möglicherweise nicht kontrollieren oder beseitigen können, können sie die Zufallsfehlerrate reduzieren, indem sie größere Stichproben nehmen. Dies hilft den Forschern, einen Durchschnitt über eine größere Gruppe zu finden, was zu genaueren Messwerten führt. Ein Beispiel für einen statistischen Fehler ist die wiederholte falsche Messung desselben Objekts mit einer fehlerhaften Technik. Ein Wissenschaftler könnte zum Beispiel eine Tomate mit einer jahrelangen und gedehnten Schnur vermessen. Daher erzeugt die Zeichenfolge ständig ungenaue Messwerte und Ergebnisse.
Systematische Fehler
Während Wissenschaftler mit einem Fehler die Fehlerquelle lokalisieren können, kann es schwieriger sein, die Ursache eines systematischen Fehlers zu identifizieren. Systematische Fehler können schwer zu erkennen sein, und es kann für Wissenschaftler schwierig sein zu bestimmen, inwieweit ein systematischer Fehler Probleme verursacht hat. Dies liegt daran, dass die während eines Experiments gesammelten Messwerte entweder konstant hoch oder konstant niedrig sind. Ein systematischer Fehler kann in einem Experiment reproduziert werden, ein zufälliger Fehler nicht. Während ein systematischer Fehler schwer zu identifizieren sein kann, kann ein Wissenschaftler genauere experimentelle Ergebnisse erhalten, sobald er oder sie den systematischen Fehler gefunden und behoben hat.
Fehlerquellen
Wie bei zufälligen Fehlern treten systematische Fehler häufig als Folge eines Maschinen- oder Anlagenproblems auf. Instrumente mit einer linearen Reaktion können zwei Arten von Fehlern erzeugen. Bei der ersten Fehlerart, die als Nullstellungs- oder Offsetfehler bezeichnet wird, liest das Instrument nicht wirklich Null, selbst wenn es mit Null markiert ist. Die zweite Fehlerart ist ein Skalierungsfaktor- oder Multiplikatorfehler. Bei dieser Fehlerart wertet das Gerät Änderungen der zu messenden Größe als geringfügiger oder signifikanter, als die Änderungen tatsächlich sind. Diese Arten von systematischen Fehlern entstehen durch die unsachgemäßen Techniken des Wissenschaftlers oder wenn ein Fehler mit dem Instrument selbst vorliegt. Ein Beispiel für einen systematischen Fehler ist, dass eine Person die Sonneneinstrahlung ungenau misst, wenn Gebäude oder Bäume einen Schatten auf den Bereich werfen, in dem die Person die Messung vornimmt. Systematische Fehler verringern die Genauigkeit, was dem Wissenschaftler sagt, wie nah die Instrumentenmessungen am tatsächlichen Wert liegen.
