Методические рекомендации по обработке результатов расчетов и измерений при решении задач и выполнении лабораторных работ по физике

1) если число содержит дробную часть, то значащими цифрами являются все цифры числа, считая слева направо, начиная с первой, отличной от нуля;
2) если число не содержит дробную часть, то его нужно представить в стандартном виде и применить первое правило.
Так в числе 2357, например, четыре значащие цифры, в числе 2,357 тоже четыре значащие цифры, в числе 2000 количество значащих цифр определить невозможно. В числе 2000,0 – пять значащих цифр. В числе 0, 00012300 значащими являются последние пять цифр: 1, 2, 3, 0, 0. Первые четыре нуля нужны только для обозначения разряда и пропадут при записи числа в стандартном виде: 1,2300∙10^-4.
В заключение отметим, что чем больше значащих цифр в записи числа, тем меньше его относительная погрешность, и тем точнее это число. То есть, точность числа определяется количеством значащих цифр.

ОЦЕНКА ПОГРЕШНОСТИ РЕЗУЛЬТАТА РАСЧЕТА

Все расчеты мы производим с числами, имеющими определенные погрешности. В ходе любого расчета погрешность всегда возрастает. Никакой расчет не в состоянии уменьшить погрешность исходных данных. Покажем это на простом примере. Пусть нужно сложить два числа a и b, погрешности которых соответственно равны Δa и Δb. Имеем
.
Мы получили некоторое число

с абсолютной погрешностью
.
При сложении или вычитании двух чисел, как мы видим, складываются их абсолютные погрешности. Но при расчетах по физическим формулам мы имеем дело, как правило, с умножением и делением. Покажем, что при умножении или делении двух чисел или двух степеней складываются их относительные погрешности.
Пусть расчетная формула выглядит следующим образом:
,
где A = const, а m и n – целые числа, положительные или отрицательные. Если какое-то из этих чисел отрицательно, то соответствующая степень с противоположным показателем является делителем. Относительные погрешности величин x, y, и z будут соответственно равны:

Прологарифмируем исходную формулу:

Найдем дифференциал левой и правой частей:

Три дифференциала dz, dx, и dy примем за соответствующие абсолютные погрешности: dz = ∆z, dx = ∆x, dy = ∆y. Получим соотношение между относительными погрешностями:
(1)
то есть относительные погрешности множителей и делителей складываются, что и требовалось доказать. Притом складываются столько раз, сколько раз каждый из них входит в формулу множителем (делителем): m раз x и n раз y.
Полученная формула связи относительных погрешностей справедлива только в том случае, если величины x и y или обе завышены или обе занижены. Но на практике погрешности величин, входящих в формулу, как правило, компенсируют друг друга, и относительная погрешность результата расчета оказывается меньше той, что дает формула (1). Поэтому погрешность результата произведения принято вычислять как среднюю квадратичную из относительных погрешностей множителей или делителей:
(2)
Предлагаем Вам доказать, что при и .
Как видно из формулы (2), погрешность результата вычисления по формуле всегда будет больше погрешности самого неточного числа из исходных данных.
Итак, в результате любых вычислений (расчетов) погрешность всегда возрастает. Если исходные данные, использованные для расчетов, содержали не более двух значащих цифр, то результат расчета будет содержать только одну верную цифру – первую, вторая цифра уже будет содержать ошибку.
Поэтому при решении расчетных задач ответ не может содержать больше значащих цифр, чем их содержится в исходных данных. Остальные цифры должны быть отброшены с выполнением правила округления: если первая отбрасываемая цифра меньше 5, то последняя оставленная цифра не меняется, а если первая отбрасываемая цифра равна или больше 5, то последняя оставленная цифра увеличивается на 1.
ИЗМЕРЕНИЯ. ВИДЫ ПОГРЕШНОСТЕЙ