Graficzna analiza danych

Najczęściej w zadaniach doświadczalnych należy dopasować wykres do danych pomiarowych. Na podstawie tego dopasowania wyciągnąć wnioski lub coś obliczyć.

Dopasowanie linii do punktów pomiarowych rozpoczynamy od naniesienia danych wraz z zaznaczonymi niepewnościami. Pamiętajmy o podpisaniu i wyskalowaniu obu osi. Następnie wrysowujemy linię, która przecina obszary pomiarowe najbliżej wartości średniej. Z dopasowanej prostej odczytujemy dowolny punkt i wyznaczamy szukane wartości. Zobaczmy jak to wygląda na przykładzie zadania z prądu stałego.

Przykład:

Korzystając z pomiarów podanych w tabeli sporządź wykres zależności napięcia od natężenia. Na podstawie otrzymanego dopasowania oszacuj wartość SEM baterii oraz jej opór wewnętrzny.

Lp.

U±0,5V

I, A

1

9,0

1

2

6,0

4

3

4,0

6

4

2,0

8

5

1,0

9

Przed narysowaniem zapiszmy wzór na natężenie prądu w obwodzie z baterią i opornikiem zewnętrznym.

Przyjmujemy, że r to opór baterii a R to opór opornika zewnętrznego. Człon IR możemy zastąpić napięciem (U).

Nasz wzór opisuje prostą, którą widać na wykresie.

Jak widać jest to funkcja malejąca i przecięcie z osią pionową da nam SEM, a z nachylenia wyliczymy r baterii.

Kilka uwag końcowych. Jeśli po naniesieniu wartości pomiarowych i zaznaczeniu zakresów niepewności („wąsów błędu”) wykres jest trudno dopasować, to można postępować według następującej procedury:

  1. Linia musi przecinać wszystkie obszary jak najbliżej ich środków.
  2. Jeśli nie można przeciąć wszystkich, to przecinamy jak najwięcej obszarów.
  3. Jeśli mimo powyższych wskazówek nie można przeciąć większej liczby obszarów, to należy dopasować prostą tak, aby liczba pól powyżej dopasowania była prawie równa liczbie pól poniżej dopasowania.

Najlepsza byłaby metoda najmniejszych kwadratów, którą używa się na poziomie akademickim. Na potrzeby prostych doświadczeń opisany powyżej sposób powinien wystarczyć.