Incertezza nella misurazione: accuratezza e precisione

Gli scienziati in genere esediamo misurazioni ripetute di una quantità per garantire la qualità dei loro risultati e valutare sia la precisione che l’accuratezza dei loro risultati. Si dice che le misurazioni siano precise se producono risultati molto simili se ripetute nello stesso modo. Una misurazione è considerata accurata se produce un risultato molto vicino al valore vero o accettato. Valori precisi sono d’accordo tra loro; valori accurati concordano con un valore reale.

Supponiamo che un chimico di controllo qualità in un’azienda farmaceutica abbia il compito di verificare l’accuratezza e la precisione di tre macchine diverse, destinate a erogare 500 ml di sciroppo per la tosse in bottiglie di stoccaggio. Il farmacista procede all’uso di ciascuna macchina per riempire cinque bottiglie e quindi determina attentamente il volume effettivo erogato, come riportato nella tabella 1.

Considerando questi risultati, il chimico ha riferito che il distributore #1 è preciso ma non accurato. Tutti i valori di dispense #1 sono vicini l’uno all’altro, ma nessuno dei valori è vicino al valore di destinazione di 500 mL. I risultati per il distributore #2 mostrato una maggiore precisione (i valori sono vicini a 500 mL) ma una precisione peggiore (non vicina l’una all’altra). Infine, il chimico ha riferito che il distributore #3 funziona bene e sta erogando lo sciroppo per la tosse sia con precisione (tutti i volumi sono entro 0,2 mL dal volume target) che con precisione (i volumi differiscono l’uno dall’altro di non più di 0,2 mL).

Anche le misurazioni altamente accurate tendono ad essere precise. Tuttavia, misurazioni altamente precise potrebbero non essere necessariamente accurate. Ad esempio, un termometro calibrato in modo improprio o un bilanciere difettoso possono fornire letture precise imprecise.

Errori casuali e sistematici

Gli scienziati hanno sempre fatto del loro meglio per registrare le loro misurazioni con la massima precisione e precisione. Tuttavia, a volte si verificano errori. Questi errori possono essere casuali o sistematici.

Si osservano errori casuali a causa dell’incoerenza o della fluttuazione nel processo di misurazione o delle variazioni nella quantità stessa che viene misurata. Tali errori oscillano da un valore troppo alto o troppo basso rispetto al valore reale nelle misurazioni ripetute. Si consideri uno scienziato che misura la lunghezza di un lombrico usando un righello. L’errore casuale in questo processo di misurazione potrebbe essere il risultato del metodo incoerente in cui lo scienziato legge le bilance, o se il lombrico non è ancora e i suoi movimenti corporei potrebbero porre difficoltà a prendere misurazioni corrette della lunghezza. L’errore casuale non può essere evitato; tuttavia, può essere mediato con prove ripetute.

Gli errori sistematici derivano da un problema persistente e si traducono in una costante discrepanza nella misurazione. Questi errori tendono ad essere costantemente troppo alti o troppo bassi rispetto al valore reale. Questi sono prevedibili e sono per lo più di natura strumentale. Ad esempio, una bilancia di pesatura calibrata in modo non corretto può pesare costantemente gli oggetti più pesanti del loro valore reale. Tuttavia, a differenza degli errori casuali, gli errori sistemici non possono avere una media con misurazioni ripetute.

Questo testo è adattato da Openstax, Chemistry 2e, Section 1.5: Measurement Uncertainty, Accuracy, and Precision.