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Incertitude de mesure : instruments de lecture
Compter correspond au type de mesure qui est exempt d'incertitude, à condition que le nombre d'objets comptés ne change pas pendant le processus. De t…
Les mesures à partir de quantités définies ou le comptage direct d'objets distincts donnent des nombres exacts. Par exemple, une douzaine de bananes équivaut exactement à 12 bananes. De même, les pommes dans un carton peuvent être comptées directement.
Cependant, d'autres mesures ne sont pas exactes, et ont une incertitude qui leur est associée en raison de limitations dans le processus de mesure. Prenons l'exemple d'un coureur participant à une course de 5 kilomètres. Les juges enregistrent l'heure d'arrivée en utilisant une simple montre analogique et une montre numérique.
La montre analogique lit l'heure de fin entre 25 et 30 minutes, donc, les juges estiment le temps à 28 minutes. Seul le premier chiffre, 2"est certain. Le dernier chiffre, 8"est une estimation entre 25 et 30, et est donc incertain.
La montre numérique, en revanche, lire 26.25 min, en toute certitude dans les trois premiers chiffres. L'heure d'arrivée peut varier entre 26.24 et 26.26 minutes, mais ce n'est certainement pas 28 minutes. En laboratoire, une balance numérique peut afficher jusqu'à six chiffres.
Une lecture de 10.1241 grammes indique que les 5 premiers chiffres sont certains, mais le dernier chiffre est incertain. Cependant, tous les nombres affichés sur un instrument numérique doivent être signalés. En revanche, lors de la lecture d'instruments analogiques, le dernier chiffre doit être estimé.
Un cylindre gradué de 50 millilitres peut avoir des marques tous les millilitres. La lecture de la mesure dépend de l'estimation le volume de liquide au ménisque, le point le plus bas sur la surface courbe du liquide dans le cylindre gradué. Si le ménisque se situe entre les marques 42 et 43, la quantité de liquide est supérieure à 42 millilitres mais moins de 43 millilitres.
La mesure doit être estimée entre les deux marquages;par conséquent, le volume doit être lu à 0, 1 millilitre le plus proche. Dans ce cas, le ménisque est plus proche de marque 43 millilitres par conséquent, le nombre pourrait être indiqué comme 42, 8. Une autre personne pourrait estimer le volume à 42, 7 ou 42, 9 car le dernier chiffre est incertain, mais la mesure doit toujours être signalée au dernier chiffre incertain.
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Q1: Why do some measurements have uncertainty while others don't?
Counting distinct objects or using defined quantities produces exact numbers with no uncertainty. For example, a dozen bananas is exactly 12, and 1 foot is exactly 12 inches. However, measurements derived from instruments like graduated cylinders or balances have uncertainty due to practical limitations in the measurement process and the user's ability to read the instrument precisely.
Q2: How do you read the volume from a graduated cylinder accurately?
Read the volume by observing the meniscus, the lowest point on the curved surface of liquid. If the meniscus falls between two markings, estimate the volume to one decimal place beyond the marked divisions. For a cylinder with 1-mL markings, report volume to the nearest 0.1 mL. The last digit is always an estimate, but it must be reported to indicate measurement precision.
Q3: What's the difference between reading analog and digital instruments?
Analog instruments require you to estimate the final digit between marked divisions, making it uncertain. Digital instruments display all digits with certainty except the last one, which represents the instrument's limit of precision. All numbers shown on a digital display must be reported, whereas analog readings depend on the observer's estimation skill.
Q4: How does instrument sensitivity affect measurement uncertainty?
More sensitive instruments provide measurements with smaller uncertainty ranges. A standard balance reading 5.74 grams has uncertainty of ±0.01 grams, while a more sensitive balance reading 5.743 grams has uncertainty of ±0.001 grams. The additional decimal place indicates greater precision and reduced uncertainty in the measurement.
Q5: Why should you report all digits displayed on a digital balance?
All digits on a digital display represent the measurement capability of that instrument. A digital balance showing 10.1241 grams indicates the first five digits are certain and the last digit is uncertain, but all must be reported. This practice communicates the full precision of the measurement and prevents loss of information about what the instrument can measure.
Q6: Can different people obtain the same measurement from an analog instrument?
No, different observers may estimate the uncertain final digit differently. When a meniscus lies between 42 and 43 mL markings, one person might read 42.8 mL while another reads 42.7 or 42.9 mL. All estimates are reasonable since the last digit is uncertain, but measurements should always be reported to that uncertain digit to show measurement precision.
Q7: How does measurement uncertainty relate to accuracy and precision?
Measurement uncertainty arises from the device used and the user's ability to read it. Understanding uncertainty in measurement accuracy and precision helps explain why different instruments or observers produce slightly different results. Recognizing these limitations is essential for proper data reporting and interpretation in scientific work.