Použitie významných čísel a vedeckých zápisov

Pri meraní a vedec môže dosiahnuť iba určitú úroveň presnosti, ktorá je obmedzená použitými nástrojmi alebo fyzickou povahou situácie. Najviditeľnejším príkladom je meranie vzdialenosti.

Zvážte, čo sa stane pri meraní vzdialenosti objektu, ktorý sa pohybuje pomocou páskovej miery (v metrických jednotkách). Miera pásky je pravdepodobne rozdelená na najmenšie jednotky milimetrov. Preto nie je možné merať s presnosťou väčšou ako jeden milimeter. Ak sa teda objekt pohybuje 57,215493 milimetrov, môžeme len s istotou povedať, že sa pohyboval 57 milimetrov (alebo 5,7 centimetrov alebo 0,057 metrov, v závislosti od preferencie v tejto situácii).

Vo všeobecnosti je táto úroveň zaokrúhľovania v poriadku. Presný pohyb predmetu normálnej veľkosti nadol na a milimeter v skutočnosti by to bol celkom pôsobivý úspech. Predstavte si, že sa snaží zmerať pohyb automobilu na milimeter a uvidíte, že to vo všeobecnosti nie je potrebné. V prípadoch, keď je takáto presnosť potrebná, budete používať nástroje, ktoré sú oveľa sofistikovanejšie ako páska.

Počet zmysluplných čísel v meraní sa nazýva číslo významné čísla čísla. V predchádzajúcom príklade by nám 57-milimetrová odpoveď poskytla 2 významné čísla v našom meraní.

Zoberme si číslo 5 200.

Pokiaľ nie je uvedené inak, zvyčajne sa predpokladá, že významné sú iba dve nenulové číslice. Inými slovami sa predpokladá, že toto číslo bolo zaoblený s presnosťou na sto.

Ak by však bolo číslo napísané ako 5 200,0, malo by to päť významných čísel. Desatinná čiarka a nasledujúca nula sa pripočítajú, iba ak meranie je presný na túto úroveň.

Podobne by číslo 2.30 malo tri významné čísla, pretože nula na konci je znakom toho, že vedec vykonávajúci meranie to urobil pri tejto úrovni presnosti.

Niektoré učebnice zaviedli aj konvenciu, že desatinná čiarka na konci celého čísla označuje aj významné čísla. Takže 800. bude mať tri významné čísla, zatiaľ čo 800 má iba jednu významnú hodnotu. Toto je opäť trochu variabilné v závislosti od učebnice.

Nasleduje niekoľko príkladov rôznych počtov významných čísel, ktoré pomôžu tento koncept spevniť:

Jedna významná postava
4
900
0.00002
Dve významné čísla
3.7
0.0059
68,000
5.0
Tri významné čísla
9.64
0.00360
99,900
8.00
900. (v niektorých učebniciach)

Vedecké údaje poskytujú pre matematiku niekoľko odlišných pravidiel, ako sú pravidlá uvedené vo vašej triede matematiky. Kľúčom pri používaní významných čísel je zabezpečiť, aby ste pri výpočte udržiavali rovnakú úroveň presnosti. V matematike si všetky čísla zachovávate od svojho výsledku, zatiaľ čo vo vedeckej práci často pracujete na základe dôležitých čísel.

Pri pridávaní alebo odčítaní vedeckých údajov je dôležitá iba posledná číslica (číslica najvzdialenejšia doprava). Predpokladajme napríklad, že pridávame tri rôzne vzdialenosti:

5.324 + 6.8459834 + 3.1

Prvý termín problému s pridaním má štyri významné čísla, druhý má osem a tretí iba dve. Presnosť je v tomto prípade určená najkratšou desatinnou čiarkou. Vykonáte výpočet, ale namiesto 15,2699834 bude výsledok 15,3, pretože zaokrúhli sa na desiate miesto (prvé miesto za desatinnou čiarkou), pretože zatiaľ čo dve z nich tvoj meranie sú presnejšie, tretie vám nemôžu povedať nič iné ako desiate miesto, takže výsledok tohto problému s pridaním môže byť rovnako presný.

Upozorňujeme, že vaša konečná odpoveď má v tomto prípade tri významné čísla nikto z vašich štartových čísel. Pre začiatočníkov to môže byť mätúce a je dôležité venovať pozornosť tejto vlastnosti sčítania a odčítania.

Na druhej strane pri množení alebo delení vedeckých údajov záleží na počte významných čísel. Výsledkom znásobenia významných čísel bude vždy riešenie, ktoré má rovnaké významné čísla ako najmenšie významné čísla, s ktorými ste začali. Takže na príklade:

5,638 x 3,1

Prvý faktor má štyri významné čísla a druhý faktor má dve významné čísla. Vaše riešenie preto skončí dvoma významnými číslami. V tomto prípade to bude 17 namiesto 17,4778. Vykonáte výpočet potom zaokrúhlite svoje riešenie na správny počet významných čísel. Mimoriadna presnosť v multiplikácii nebude bolieť, jednoducho nechcete vo svojom konečnom riešení uvádzať nesprávnu úroveň presnosti.

Fyzika sa zaoberá oblasťami vesmíru od veľkosti menšej ako protón po veľkosť vesmíru. Nakoniec sa zaoberáte niektorými veľmi veľkými a veľmi malými číslami. Vo všeobecnosti je iba niekoľko z týchto čísel významné. Nikto nebude merať šírku vesmíru s presnosťou na milimeter.

Poznámka

Vedci používajú, aby s týmito číslami ľahko manipulovali vedecký zápis. Uvádzajú sa významné čísla, ktoré sa vynásobia desiatimi potrebnými silami. Rýchlosť svetla je uvedená ako: [odtieň čiernej farby = nie] 2,997925 x 108 m / s

Existuje 7 významných čísel, čo je omnoho lepšie ako písanie 299 792 500 m / s.

Poznámka

Tento zápis je veľmi užitočný pre znásobenie. Pri znásobovaní významných čísel postupujete podľa vyššie popísaných pravidiel a ponechajte najmenšie a potom vynásobíte hodnoty, ktoré sa riadia doplnkovým pravidlom exponentmi. Nasledujúci príklad by vám mal pomôcť s vizualizáciou:

2,3 x 103 x 3,19 x 104 = 7,3 x 107

Výrobok má iba dve významné čísla a ich veľkosť je 107, pretože 103 x 104 = 107

Pridanie vedeckého záznamu môže byť v závislosti od situácie veľmi ľahké alebo veľmi zložité. Ak majú výrazy rovnakú veľkosť (t. J. 4 400 000 x 105 a 13,5 x 105), postupujte podľa diskutovaných pravidiel pridávania. skôr si ponechajte najvyššiu hodnotu miesta ako vaše miesto zaokrúhľovania a zachujte rovnakú veľkosť ako v nasledujúcom príklad:

4 400 000 x 105 + 13,5 x 105 = 17,8 x 105

Ak je však poradie veľkosti iné, musíte trochu pracovať, aby ste dosiahli rovnaké hodnoty ako v nasledujúci príklad, kde jeden výraz je na hodnote 105 a druhý je na hodnote 106:

4,8 x 105 + 9,2 x 106 = 4,8 x 105 + 92 x 105 = 97 x 105
alebo
4,8 x 105 + 9,2 x 106 = 0,48 x 106 + 9,2 x 106 = 9,7 x 106

Obe tieto riešenia sú rovnaké a výsledkom je 9 700 000 ako odpoveď.

Podobne veľmi malé čísla sa často píšu aj vo vedeckej notácii, aj keď s negatívnym exponentom vo veľkosti namiesto pozitívnym exponentom. Hmotnosť elektrónu je:

9,10939 x 10 až 31 kg

Jednalo by sa o nulu, za ktorou nasleduje desatinná čiarka, za ktorou nasleduje 30 núl, potom séria 6 platných číslic. Nikto to nechce napísať, takže náš priateľ je vedecký zápis. Všetky uvedené pravidlá sú rovnaké bez ohľadu na to, či je exponent pozitívny alebo negatívny.

Významné čísla sú základným prostriedkom, ktorý vedci používajú na zabezpečenie miery presnosti čísel, ktoré používajú. Zahrnutý proces zaokrúhľovania však do čísel stále prináša mieru chýb a pri výpočtoch na vysokej úrovni existujú ďalšie štatistické metódy, ktoré sa používajú. Prakticky za všetku fyziku, ktorá sa bude robiť na stredných a vysokých školách, správne udržanie významných čísel však bude stačiť na udržanie požadovanej úrovne presnosť.

Významné čísla môžu predstavovať významný kameň úrazu pri prvom predstavení študentom, pretože menia niektoré základné matematické pravidlá, ktoré sa už roky učia. Napríklad pri významných číslach 4 x 12 = 50.

Problémy môžu spôsobiť aj zavedenie vedeckej notácie pre študentov, ktorí nemusia byť úplne spokojní s exponentmi alebo exponenciálnymi pravidlami. Majte na pamäti, že toto sú nástroje, ktoré sa každý, kto študuje vedu, v určitom okamihu museli naučiť, a pravidlá sú v skutočnosti veľmi základné. Tento problém si takmer úplne pamätá, ktoré pravidlo sa uplatňuje v tom čase. Kedy pridám exponentov a kedy ich odčítam? Kedy posuniem desatinnú čiarku doľava a kedy doprava? Ak budete tieto úlohy naďalej vykonávať, budete sa k nim lepšie, až kým sa nestanú druhou prirodzenosťou.

Nakoniec, udržiavanie správnych jednotiek môže byť zložité. Pamätajte, že nemôžete priamo pridať centimetre a metre, napríklad ich musíte najprv skonvertovať do rovnakej mierky. Toto je bežná chyba pre začiatočníkov, ale rovnako ako zvyšok sa dá veľmi ľahko prekonať spomalením, opatrnosťou a premýšľaním o tom, čo robíte.