Incertitudes
Comment calculer les incertitudes selon le type de mesures réalisées ?
Variabilité d'une mesure et incertitude
Lorsque l’on fait une mesure en TP, cette mesure n’est pas tout à fait égale à la valeur vraie. Il y a donc une incertitude. Cette incertitude permet de calculer un domaine dans lequel la valeur vraie va se trouver.
Par exemple, si on a mesuré la valeur $x = 20,1$ et qu’on a une incertitude $u_x = 0,5$, on peut dire que la valeur vraie de ce que l’on a mesuré se situe entre 19,6 et 20,6 (car $20,1-0,5 = 19,6$ et $20,1+0,5 = 20,6$).
La grandeur mesurée est notée $x$ et l’incertitude est notée $u_x.$
L’origine des incertitudes peut être l’instrument de mesure, l’expérimentateur, la grandeur (variation de température, etc.).
Mesure réalisée N fois
Par exemple, on va mesurer plusieurs fois le poids d’un objet. Cela reste un exemple, car en pratique, il n’y a pas vraiment de variation de poids sur une balance. Ici, dans l’exemple, on a pris les mesures six fois : m = 17,2 g ; 17,4 g ; 17,3 g ; 17,4 g ; 17,5 g ; 17,0 g.
Pour déterminer la valeur de cette masse, on va faire la moyenne notée $\overline{x}.$ On additionne chaque masse et on divise par l’effectif total, ici 6. On a alors $\overline{m} = 17,3 \ g$.
Pour calculer l’incertitude, on utilise la formule $u_x = \dfrac{\sigma}{\sqrt{N}}$
$\sigma$ est l’écart-type et $N$ le nombre de mesures réalisées.
Ici, on aura : $u_m = \dfrac{0,15}{\sqrt{6}} \approx 0,1\ g$
Pour trouver l’écart-type, on utilise la calculatrice. Il faut veiller à s’avoir s’en servir avant les TP.
Mesure réalisée une fois
Pour une mesure réalisée une seule fois, on a deux cas : soit elle est difficile à repérer soit elle est facile à repérer. Dans le cas d’une mesure facile à repérer, on utilise, par exemple, un instrument gradué.
On a alors $u_x = \dfrac{grad}{2}$
Par exemple, avec une règle graduée au millimètre, on a : $\dfrac{1mm}{2} = 0,5 \ mm$.
Pour un équipement numérique, on a le même calcul : $u_x = \dfrac{digit}{2}$.
Par exemple, pour une balance qui mesure au gramme près : $\dfrac{1g}{2} = 0,5 \ g$.
Dans le cas des mesures difficiles à repérer, par exemple avec des mesures de distances focales, on va utiliser les formules :
$x = \dfrac{x_{max}+x_{min}}{2}$ et $u_x = \dfrac{x_{max}-x_{min}}{2}$.
Pour une distance focale $f’$ comprise entre $19,6$ et $20,3 \ cm,$ on a alors $f’= 20,0\ cm$ et $u_f = 0,4\ cm$.