Suggerimenti e regole per determinare figure significative

Ogni misura ha un certo grado di incertezza ad essa associato. L'incertezza deriva dal dispositivo di misurazione e dall'abilità della persona che esegue la misurazione.

Usiamo la misurazione del volume come esempio. Supponi di essere in un laboratorio di chimica e hai bisogno di 7 ml di acqua. Potresti prendere una tazza di caffè non marcata e aggiungere acqua fino a quando pensi di avere circa 7 millilitri. In questo caso, la maggior parte dell'errore di misurazione è associata all'abilità della persona che esegue la misurazione. È possibile utilizzare un becher, contrassegnato con incrementi di 5 ml. Con il becher, è possibile ottenere facilmente un volume tra 5 e 10 ml, probabilmente vicino a 7 ml, dare o prendere 1 ml. Se si utilizzava una pipetta contrassegnata con 0,1 mL, è possibile ottenere un volume compreso tra 6,99 e 7,01 mL in modo abbastanza affidabile. Non sarebbe vero riferire che hai misurato 7.000 mL usando uno di questi dispositivi perché non hai misurato il volume al microlitro più vicino. Riferiresti la tua misurazione usando cifre significative. Questi includono tutte le cifre che conosci per certo più l'ultima cifra, che contiene alcune incertezze.

Regole delle figure significative

• Le cifre diverse da zero sono sempre significative.
• Tutti gli zeri tra altre cifre significative sono significativi.
• Il numero di cifre significative viene determinato iniziando con la cifra diversa da zero a sinistra. La cifra non zero più a sinistra viene talvolta chiamata cifra più significativa o il cifra più significativa. Ad esempio, nel numero 0,004205, '4' è la cifra più significativa. Gli "0" di sinistra non sono significativi. Lo zero tra '2' e '5' è significativo.
• La cifra più a destra di un numero decimale è la cifra meno significativa o la cifra meno significativa. Un altro modo di vedere la cifra meno significativa è considerarla la cifra più a destra quando il numero è scritto in notazione scientifica. Le cifre meno significative sono ancora significative! Nel numero 0.004205 (che può essere scritto come 4.205 x 10^-3), il "5" è la cifra meno significativa. Nel numero 43.120 (che può essere scritto come 4.3210 x 10¹), lo "0" è la cifra meno significativa.
• Se non è presente alcun punto decimale, la cifra non zero più a destra è la cifra meno significativa. Nel numero 5800, la cifra meno significativa è '8'.

Incertezza nei calcoli

Le quantità misurate sono spesso utilizzate nei calcoli. La precisione del calcolo è limitata dalla precisione delle misurazioni su cui si basa.

• Addizione e sottrazione
  Quando si utilizzano quantità misurate in aggiunta o sottrazione, l'incertezza è determinata dall'incertezza assoluta nella misurazione meno precisa (non dal numero di cifre significative). A volte questo è considerato il numero di cifre dopo il punto decimale.
  32.01 m
  5.325 m
  12 m
  Sommati insieme, otterrai 49.335 m, ma la somma dovrebbe essere indicata come metri '49'.
• Moltiplicazione e divisione
  Quando le quantità sperimentali vengono moltiplicate o divise, il numero di cifre significative nel risultato è lo stesso di quello nella quantità con il numero più piccolo di cifre significative. Se, ad esempio, viene effettuato un calcolo della densità in cui 25,624 grammi sono divisi per 25 mL, la densità deve essere indicata come 1,0 g / mL, non come 1,0000 g / mL o 1.000 g / mL.

Figure significative perse

A volte cifre significative vengono "perse" durante l'esecuzione di calcoli. Ad esempio, se trovi che la massa di un becher è 53.110 g, aggiungi acqua al becher e trova la massa del becher più acqua pari a 53.987 g, la massa dell'acqua è 53.987-53.110 g = 0.877 g
Il valore finale ha solo tre cifre significative, anche se ogni misura di massa conteneva 5 cifre significative.

Arrotondamento e troncamento dei numeri

Esistono diversi metodi che possono essere utilizzati per arrotondare i numeri. Il solito metodo è arrotondare i numeri con cifre inferiori a 5 verso il basso e numeri con cifre superiori a 5 verso l'alto (alcune persone arrotondano esattamente 5 verso l'alto e altre arrotondano verso il basso).

Esempio:
Se sottrai 7,799 g - 6,25 g il tuo calcolo produrrebbe 1,549 g. Questo numero verrebbe arrotondato a 1,55 g perché la cifra '9' è maggiore di '5'.

In alcuni casi, i numeri vengono troncati o abbreviati, anziché arrotondati per ottenere cifre significative appropriate. Nell'esempio sopra, 1,549 g avrebbero potuto essere troncati a 1,54 g.

Numeri esatti

A volte i numeri utilizzati in un calcolo sono esatti piuttosto che approssimativi. Questo è vero quando si usano quantità definite, inclusi molti fattori di conversione, e quando si usano numeri puri. I numeri puri o definiti non influiscono sulla precisione di un calcolo. Potresti pensare che abbiano un numero infinito di cifre significative. I numeri puri sono facili da individuare perché non hanno unità. I valori definiti o i fattori di conversione, come i valori misurati, possono avere unità. Esercitati a identificarli!

Esempio:
Vuoi calcolare l'altezza media di tre piante e misurare le seguenti altezze: 30,1 cm, 25,2 cm, 31,3 cm; con un'altezza media di (30,1 + 25,2 + 31,3) / 3 = 86,6 / 3 = 28,87 = 28,9 cm. Ci sono tre figure significative nelle altezze. Anche se stai dividendo la somma per una singola cifra, le tre cifre significative dovrebbero essere mantenute nel calcolo.

Accuratezza e precisione

Precisione e precisione sono due concetti separati. L'illustrazione classica che distingue i due è quella di considerare un bersaglio o un occhio di bue. Le frecce che circondano un occhio di bue indicano un alto grado di precisione; le frecce molto vicine tra loro (possibilmente in nessun punto vicino al centro) indicano un alto grado di precisione. Per essere precisi, una freccia deve essere vicino al bersaglio; per essere precisi, le frecce successive devono essere vicine l'una all'altra. Colpire costantemente il centro del bersaglio indica sia accuratezza che precisione.

Considera una scala digitale. Se pesa ripetutamente lo stesso becher vuoto, la bilancia produrrà valori con un alto grado di precisione (diciamo 135.776 g, 135.775 g, 135.776 g). La massa effettiva del becher può essere molto diversa. Le scale (e altri strumenti) devono essere calibrate! Gli strumenti in genere forniscono letture molto precise, ma l'accuratezza richiede una calibrazione. I termometri sono notoriamente inaccurati, spesso richiedono una nuova calibrazione più volte nel corso della vita dello strumento. Le scale richiedono anche una ricalibrazione, specialmente se vengono spostate o maltrattate.