โ Uncertainty in Measurements: Simple Guide ๐ Introduction
Imagine trying to measure your exact height ๐. Can you say you're exactly 150 cm? Not 150.1 cm? Not 149.9 cm? ๐ค
The truth is: We can never be 100% sure! There's always a small uncertainty (doubt)! โ ๏ธ
๐ฏ What is Uncertainty?
Uncertainty = How much doubt or error might be in your measurement
โโโโโโโโโโโโโโโโโโโโโโโโโโโโโโโโโโ โ Understanding Uncertainty โ โโโโโโโโโโโโโโโโโโโโโโโโโโโโโโโโโโค โ โ โ You measure: 10.3 cm ๐ โ โ โ โ But actual might be: โ โ โข 10.25 cm โ โ โข 10.3 cm โ โ โข 10.35 cm โ โ โ โ So we write: 10.3 ยฑ 0.05 cm โ โ โ โ โ Uncertainty! โ โ โ โโโโโโโโโโโโโโโโโโโโโโโโโโโโโโโโโโ ๐ก Key Point: โโโโโโโโโโโโโโโโโโโโโโโโโโโโโโโโโโ โ โ โ ๐ฏ PERFECT measurement โ โ is IMPOSSIBLE! โ โ โ โ โ โ There's ALWAYS some โ โ uncertainty! โ โ โ โโโโโโโโโโโโโโโโโโโโโโโโโโโโโโโโโโ ๐ Why Does Uncertainty Happen? Main Reason: Instrument Limitation! ๐ง
Every tool has a smallest division (least count). You can't measure smaller than that!
โโโโโโโโโโโโโโโโโโโโโโโโโโโโโโโโโโ โ Ruler Example ๐ โ โโโโโโโโโโโโโโโโโโโโโโโโโโโโโโโโโโ
Ruler with smallest division = 1 mm
Can you measure: โ 5.0 cm (yes!) โ 5.1 cm (yes!) โ 5.2 cm (yes!)
โ 5.15 cm (NO! Too small!) โ 5.23 cm (NO! Too small!)
Your ruler can't "see" anything smaller than 1 mm! ๐๏ธ ๐ Understanding Uncertainty with Example ๐ฏ Measuring a Line with Ruler โโโโโโโโโโโโโโโโโโโโโโโโโโโโโโโโโโ โ Line Measurement Example โ โโโโโโโโโโโโโโโโโโโโโโโโโโโโโโโโโโ
Ruler (smallest division = 1 mm):
โโโโโโโผโโโโโโผโโโโโโผโโโโโโผโโโโโโค 10.0 10.1 10.2 10.3 10.4 10.5 cm
Line end is here: โผ โโโโโโโผโโโโโโผโโโโโโผโโโโโโผโโโโโโค 10.0 10.1 10.2 10.3 10.4 10.5 cm
Where exactly? ๐ค โข Is it 10.2 cm? โข Is it 10.25 cm? โข Is it 10.3 cm?
Hard to tell exactly! โ ๏ธ ๐ The Convention (Rule) for Reading ๐ฏ Two Cases: โโโโโโโโโโโโโโโโโโโโโโโโโโโโโโโโโโ โ CASE 1: Before Midpoint โ โโโโโโโโโโโโโโโโโโโโโโโโโโโโโโโโโโ
Line end BEFORE middle:
โโโโโโโผโโโโโโผโโโโโโค 10.2 โฒ 10.3 10.4 cm โ Before middle!
Read as: 10.2 cm โ (Stay at previous division)
โโโโโโโโโโโโโโโโโโโโโโโโโโโโโโโโโโ
โโโโโโโโโโโโโโโโโโโโโโโโโโโโโโโโโโ โ CASE 2: After Midpoint โ โโโโโโโโโโโโโโโโโโโโโโโโโโโโโโโโโโ
Line end AFTER middle:
โโโโโโโผโโโโโโโผโโโโโโค 10.2 โฒ 10.3 10.4 cm โ After middle!
Read as: 10.3 cm โ (Go to next division) ๐ฏ Visual Guide - Where to Read? โโโโโโโโโโโโโโโโโโโโโโโโโโโโโโโโโโ โ Reading Convention Guide โ โโโโโโโโโโโโโโโโโโโโโโโโโโโโโโโโโโ
One small division (1 mm):
โโโโโโโโโโโโโโโโโโโโโโโโค 10.2 Midpoint 10.3 cm โฒ โฒ โฒ โ โ โ Read as Exactly Read as 10.2 cm 10.25 cm 10.3 cm โ ๐ค โ
โโโโโโโโโโโฌโโโโโโโโโโค Zone 1 โ Zone 2 (10.2 cm)โ(10.3 cm)
If line in Zone 1 โ Read 10.2 โ If line in Zone 2 โ Read 10.3 โ โ ๏ธ Calculating Uncertainty ๐ฏ Formula: โโโโโโโโโโโโโโโโโโโโโโโโโโโโโโโโโโ โ Uncertainty = ยฑ (Least Count รท 2) โ โโโโโโโโโโโโโโโโโโโโโโโโโโโโโโโโโโ ๐ Example with Ruler: โโโโโโโโโโโโโโโโโโโโโโโโโโโโโโโโโโ โ Ruler Uncertainty โ โโโโโโโโโโโโโโโโโโโโโโโโโโโโโโโโโโ
Least Count = 1 mm = 0.1 cm
Uncertainty = ยฑ (0.1 รท 2) = ยฑ 0.05 cm
So if you measure 10.3 cm:
Write as: 10.3 ยฑ 0.05 cm โ
This means actual value is somewhere between: โข 10.25 cm (10.3 - 0.05) โข 10.35 cm (10.3 + 0.05)
โโโโโโโโโโโโโโโโโโโโโโโโโโโโโโโโโ
Visual representation:
10.25 10.3 10.35 โโโโโโโโโโโโโโโโโค โโโuncertaintyโโโ ๐ Different Instruments, Different Uncertainties โโโโโโโโโโโโโโโโโโโโโโโโโโโโโโโโโโโโโโโ โ Instrument โ Uncertainty โ โโโโโโโโโโโโโโโโโโโโผโโโโโโโโโโโโโโโโโโโค โ โ โ โ Ruler ๐ โ ยฑ 0.5 mm โ โ (LC = 1 mm) โ (ยฑ 0.05 cm) โ โ โ โ โ Vernier ๐ง โ ยฑ 0.05 mm โ โ (LC = 0.1 mm) โ (ยฑ 0.005 cm) โ โ โ โ โ Micrometer ๐ฉ โ ยฑ 0.005 mm โ โ (LC = 0.01 mm) โ (ยฑ 0.0005 cm) โ โ โ โ โโโโโโโโโโโโโโโโโโโโโโโโโโโโโโโโโโโโโโโ
Pattern: Smaller least count โ Smaller uncertainty โ More accurate! โ ๐ฌ Real Example 1: Measuring Wire Diameter โโโโโโโโโโโโโโโโโโโโโโโโโโโโโโโโโโ โ Measuring Thin Wire ๐ โ โโโโโโโโโโโโโโโโโโโโโโโโโโโโโโโโโโ
Using Ruler (LC = 1 mm): โโโโโโโโโโโโโโโโโโโโโโโโโ Reading = 2 mm Uncertainty = ยฑ 0.5 mm
Result: 2 ยฑ 0.5 mm Could be: 1.5 mm to 2.5 mm (Very uncertain! โ)
โโโโโโโโโโโโโโโโโโโโโโโโโโโโโโโโโ
Using Micrometer (LC = 0.01 mm): โโโโโโโโโโโโโโโโโโโโโโโโโโโโโโโโโ Reading = 2.15 mm Uncertainty = ยฑ 0.005 mm
Result: 2.15 ยฑ 0.005 mm Could be: 2.145 to 2.155 mm (Much more certain! โ )
Micrometer is BETTER! ๐ฏ ๐ฐ๏ธ Real Example 2: Pendulum Time โโโโโโโโโโโโโโโโโโโโโโโโโโโโโโโโโโ โ Timing One Swing โฑ๏ธ โ โโโโโโโโโโโโโโโโโโโโโโโโโโโโโโโโโโ
Method 1: Time 1 swing โ โโโโโโโโโโโโโโโโโโโโโโโโโ ๐ โฑโฒ โฑ โฒ
Reading = 1.2 seconds Uncertainty = ยฑ 0.1 second
Result: 1.2 ยฑ 0.1 s (Big uncertainty! 8%)
โโโโโโโโโโโโโโโโโโโโโโโโโโโโโโโโโ
Method 2: Time 30 swings โ โโโโโโโโโโโโโโโโโโโโโโโโโโโโโโโโโ ๐ ๐ ๐ ... (30 swings)
Total time = 36.0 seconds Uncertainty = ยฑ 0.1 second
Time per swing = 36.0 รท 30 = 1.2 seconds
Uncertainty per swing = 0.1 รท 30 = ยฑ 0.003 s
Result: 1.2 ยฑ 0.003 s (Much smaller uncertainty! โ ) ๐ก Why is Method 2 Better? โโโโโโโโโโโโโโโโโโโโโโโโโโโโโโโโโโ โ Uncertainty gets DIVIDED โ โ when you take average! โ โ โ โ 30 swings = 30 times more โ โ accurate! ๐ฏ โ โ โ โโโโโโโโโโโโโโโโโโโโโโโโโโโโโโโโโโ ๐ฑ Digital Instruments Uncertainty ๐ฏ Special Case! โโโโโโโโโโโโโโโโโโโโโโโโโโโโโโโโโโ โ Digital Stopwatch ๐ฑ โ โโโโโโโโโโโโโโโโโโโโโโโโโโโโโโโโโโ
Display shows: โโโโโโโโโโโโ โ 12.34 s โ โโโโโโโโโโโโ
Last digit keeps changing: โโโโโโโโโโโโ โ 12.34 s โ โ 12.35 s โ 12.34 s โโโโโโโโโโโโ
The number "flickers"! โจ
Uncertainty = ยฑ 1 in last digit = ยฑ 0.01 s
Write as: 12.34 ยฑ 0.01 s โ ๐ Digital vs Analog: โโโโโโโโโโโโโโโโโโโโโโโโโโโโโโโโโโโ โ Analog Stopwatch โฑ๏ธ โ โ (with needles) โ โ Uncertainty = ยฑ 0.05 s โ โ โ โ Digital Stopwatch ๐ฑ โ โ (with numbers) โ โ Uncertainty = ยฑ 0.01 s โ โ โ โ Digital is MORE accurate! โ โ โ โ โโโโโโโโโโโโโโโโโโโโโโโโโโโโโโโโโโโ ๐ How to Write Measurements Properly โ Correct Ways: โโโโโโโโโโโโโโโโโโโโโโโโโโโโโโโโโโ โ Proper Notation โ โโโโโโโโโโโโโโโโโโโโโโโโโโโโโโโโโโค โ โ โ โ 10.3 ยฑ 0.05 cm โ โ โ (10.3 ยฑ 0.05) cm โ โ โ 10.3 cm (ยฑ0.05 cm) โ โ โ โ All show: โ โ โข Measurement: 10.3 cm โ โ โข Uncertainty: ยฑ 0.05 cm โ โ โ โโโโโโโโโโโโโโโโโโโโโโโโโโโโโโโโโโ โ Wrong Ways: โโโโโโโโโโโโโโโโโโโโโโโโโโโโโโโโโโ โ Incorrect Notation โ โโโโโโโโโโโโโโโโโโโโโโโโโโโโโโโโโโค โ โ โ โ 10.3 cm โ โ (No uncertainty shown!) โ โ โ โ โ 10.3cm ยฑ 0.05 โ โ (Units unclear!) โ โ โ โ โ 10.3 ยฑ 0.5 cm โ โ (Wrong uncertainty!) โ โ โ โโโโโโโโโโโโโโโโโโโโโโโโโโโโโโโโโโ ๐ฏ Ways to Reduce Uncertainty โโโโโโโโโโโโโโโโโโโโโโโโโโโโโโโโโโ โ How to Reduce Uncertainty โ โโโโโโโโโโโโโโโโโโโโโโโโโโโโโโโโโโค โ โ โ 1๏ธโฃ Use better instruments โ โ (smaller least count) ๐ง โ โ โ โ 2๏ธโฃ Take multiple readings โ โ (then average) ๐ โ โ โ โ 3๏ธโฃ Measure larger quantities โ โ (e.g., 30 swings not 1) โฑ๏ธ โ โ โ โ 4๏ธโฃ Use digital instruments โ โ (more precise) ๐ฑ โ โ โ โ 5๏ธโฃ Careful technique โ โ (avoid human error) ๐ค โ โ โ โโโโโโโโโโโโโโโโโโโโโโโโโโโโโโโโโโ ๐ Complete Example: Lab Report โโโโโโโโโโโโโโโโโโโโโโโโโโโโโโโโโโ โ Student Lab Report ๐ โ โโโโโโโโโโโโโโโโโโโโโโโโโโโโโโโโโโ
Experiment: Measure length of desk Student: Ahmed Date: Today
MEASUREMENTS: โโโโโโโโโโโโโโโโโโโโโโโโโโโโโโโโโ Trial 1: 120.2 cm Trial 2: 120.3 cm Trial 3: 120.1 cm Trial 4: 120.2 cm Trial 5: 120.3 cm
Average = (120.2+120.3+120.1+120.2+120.3) รท 5 = 601.1 รท 5 = 120.22 cm
Instrument: Metre rule Least Count: 1 mm = 0.1 cm Uncertainty: ยฑ 0.05 cm
FINAL RESULT: โโโโโโโโโโโโโโโโโโโโโโโโโโโโโโโโโ Length = 120.2 ยฑ 0.05 cm โ
This means actual length is between 120.15 and 120.25 cm
Conclusion: Measurement complete with known uncertainty! ๐ฏ ๐ก Important Points to Remember! โโโโโโโโโโโโโโโโโโโโโโโโโโโโโโโโโโ โ Key Takeaways ๐ฏ โ โโโโโโโโโโโโโโโโโโโโโโโโโโโโโโโโโโค โ โ โ โ ๏ธ NO perfect measurement! โ โ โ โ ๐ Uncertainty = ยฑ (LC รท 2) โ โ โ โ ๐ง Better tool = Less uncertain โ โ โ โ ๐ More readings = More accurateโ โ โ โ โ๏ธ Always write uncertainty! โ โ โ โ ๐ฒ Last digit may fluctuate โ โ (in digital instruments) โ โ โ โโโโโโโโโโโโโโโโโโโโโโโโโโโโโโโโโโ ๐ฎ Quick Practice! โโโโโโโโโโโโโโโโโโโโโโโโโโโโโโโโโโ โ Question 1: โ โ Ruler LC = 1 mm โ โ What is uncertainty? โ โโโโโโโโโโโโโโโโโโโโโโโโโโโโโโโโโโ
Answer: ยฑ 0.5 mm (or ยฑ 0.05 cm) โ
Calculation: Uncertainty = LC รท 2 = 1 mm รท 2 = 0.5 mm โโโโโโโโโโโโโโโโโโโโโโโโโโโโโโโโโโ โ Question 2: โ โ You measure 15.4 cm with โ โ ruler (LC = 1 mm). โ โ How to write properly? โ โโโโโโโโโโโโโโโโโโโโโโโโโโโโโโโโโโ
Answer: 15.4 ยฑ 0.05 cm โ (Show measurement AND uncertainty!) โโโโโโโโโโโโโโโโโโโโโโโโโโโโโโโโโโ โ Question 3: โ โ Why measure 30 swings โ โ instead of 1 swing? โ โโโโโโโโโโโโโโโโโโโโโโโโโโโโโโโโโโ
Answer: Uncertainty gets divided by 30, making result much more accurate! ๐ฏ โจ Final Summary โโโโโโโโโโโโโโโโโโโโโโโโโโโโโโโโโโโ โ Uncertainty Summary ๐ โ โโโโโโโโโโโโโโโโโโโโโโโโโโโโโโโโโโโค โ โ โ What: Doubt in measurement โ โ โ โ Why: Instrument limitation โ โ โ โ Formula: ยฑ (LC รท 2) โ โ โ โ Reduce by: โ โ โข Better instruments ๐ง โ โ โข Multiple readings ๐ โ โ โข Averaging โ โ โ โ โ Always write it! โ๏ธ โ โ Example: 10.3 ยฑ 0.05 cm โ โ โ โโโโโโโโโโโโโโโโโโโโโโโโโโโโโโโโโโโ
You're now an uncertainty expert! ๐๐
Remember: "Good scientists always show their uncertainty!" ๐ฌโจ
Get the updates, offers, tips and enhance your page building experience
Up to Top