この記事では、測定とは何かについて説明します。さまざまな種類の測定、測定機器の例、最も一般的な測定誤差が何であるかがわかります。
測定とは何ですか?
測定は、測定単位と、物理的大きさが測定される対象または現象との比較に基づいて行われます。簡単に言えば、測定とは、測定値を取得するプロセスです。
たとえば、巻尺を使用すると、物体の長さがわかります。したがって、測定値を取得するプロセスが測定プロセスです。
測定では、基準と測定対象の物体または現象が比較されます。この例に従って、巻尺で測定するとき、体の長さと 1 センチメートルを繰り返す回数を比較することで、その物体が占めるセンチメートルを知ることができます。
測定の種類
測定の定義を理解したら、その意味をよりよく理解するためにさまざまな種類の測定が何であるかを見ていきます。
直接測定
直接測定は、測定器を使用して数量を直接測定する測定の一種です。言い換えれば、直接測定は、測定対象の変数を標準測定と比較することで構成されます。
したがって、直接測定とは、その測定を行うために設計されたツールを使用して得られる測定のことです。
たとえば、巻尺で物体の長さを測定する場合、直接測定プロセスを適用します。したがって、得られる長さの値は直接測定されたものになります。特定のデバイスを使用して測定したため、この測定は直接的です。
直接測定の主な利点は、適切な機器を使用して測定値を読み取るだけで、測定値が非常に迅速に得られることです。一方、直接測定の欠点は、測定の精度が測定器の精度に依存することです。
間接測定
間接測定は、計算によって量を測定する測定の一種です。つまり、間接測定は測定値を直接提供するのではなく、計算を実行することによって測定値を取得します。
したがって、間接測定とは、間接的な測定プロセス、つまり公式を適用して計算することによって得られる測定値です。
たとえば、正方形の面積は測定できませんが、正方形の面積を決定するには、まずその辺の長さを測定し（直接測定）、次にこの長さを 2 に増やす必要があります。したがって、その値を知るには計算が必要なため、これは間接的な測定値となります。
つまり、間接測定では少なくとも 1 つの計算を実行する必要があります。したがって、一般に間接測定では、最初に機器を使用して 1 つ以上の値が決定され、次に式を適用して目的の値が計算されます。
再現可能な測定
反復可能な測定とは、再度再現できる測定です。つまり、再現可能な測定とは、実行される実験または測定プロセスを繰り返すことができるタイプの測定です。
したがって、反復可能な測定とは、反復可能な測定プロセスを通じて取得されたものであり、再度測定できることを意味します。
したがって、再現可能な測定は非破壊測定の一種です。測定対象物が破壊または損傷した場合、論理的に再度測定することはできず、新たな測定から得られる値は同じではなくなります。
たとえば、テーブルの幅を測定する場合、何度測定しても同じ結果が得られるため、繰り返し測定となります。
一方、材料の破壊限界を測定したい場合は、部品を破壊して材料が破壊する応力を決定する必要があります。したがって、このテストは同じ部品で再現できませんが、測定を繰り返すには、別の部品で同じプロセスを繰り返す必要があります。したがって、再現可能な測定値ではありません。
他の科学者が実験で得られた結果を検証し、調査を継続できるように、物理学では再現可能な測定が重要であることに注意してください。
計測器
測定器は、物理量を測定するために使用される装置です。つまり、測定器は測定値を取得するための装置です。
たとえば、巻尺は長さを測定するために使用される測定器です。したがって、巻尺を使用すると、物体のサイズを決定できます。
したがって、測定値を決定するために実行されるプロセスは、測定プロセスと呼ばれます。
測定器の例：
- 質量測定器：天秤、天秤、分光計など
- 時間を測る器具：時計、ストップウォッチ、カレンダーなど
- 長さ測定器：定規、巻尺、マイクロメーターなど
- 角度測定器：分度器、ゴニオメーター、六分儀など
- 温度測定器：温度計、高温計、サーモグラフィーカメラなど
- 圧力測定器：気圧計、圧力計、ピトー管など
- 速度測定器：スピードメーター、タコメーター、風速計など
- 電気測定器：マルチメータ、電力計、オシロスコープなど
- 体積測定器具：ピペット、試験管、メスフラスコなど
- その他の測定器：動力計、照度計、湿度計など
測定誤差
測定誤差(または測定誤差) は、数量を測定するときに発生する誤差です。したがって、測定誤差は測定値と実際の値の差です。
工学や物理学では、実験中に測定エラーが発生することがよくあります。測定誤差を最小限に抑えるための予防措置が講じられていますが、多数の観測値を測定する場合には、何らかの測定誤差が生じる可能性があります。
したがって、通常は退屈な作業ですが、量を測定するプロセスでは、測定誤差を最小限に抑えるために注意を払う必要があります。
測定誤差の性質に応じて、次の 2 つのタイプに分類できます。
- ランダム測定誤差: 発生原因が不明な測定誤差の一種。同じ条件で実験を行うと、理由がわからないままわずかに異なる結果が得られることがあります。
- 系統的な測定誤差: このタイプの測定誤差は一定であるため、それを引き起こす法則またはメカニズムは既知です。測定誤差には特定の原因があるため、複数の実験を行った場合でも、測定値と実際の値とのずれは一般に同じになります。
一方、犯された測定誤差は、実際の値と比較した測定値の差を計算することによって評価できます。したがって、絶対誤差と相対誤差は区別されます。
- 絶対誤差: 測定値と実際の値の差です。したがって、絶対誤差を計算するには、測定から得られた値から実際の値を差し引くだけです。
- 相対誤差: 測定値と実際の値との相対的な差です。したがって、相対誤差は、絶対誤差を実際の値で割ったものと等価です。通常はパーセンテージで表されます
