v2.0.9794.34739
Fizyka dla każdego
Fizyka statystyczna: mikrostany, obsady i fluktuacje · 1 min czytania

32 odczyty, lecz tylko osiem niezależnych stanów

Opublikowano: 25.10.2026
Wyślij link e-mailem Własna poczta Komentarze: 0

Oceń ten artykuł: od 1 do 5 gwiazdek
(0 głosów) . Jeszcze nie oddano głosów.

Kliknij gwiazdkę, aby od razu oddać ocenę. Klawiaturą wybierz gwiazdkę klawiszem Tab i naciśnij Enter lub spację. Jeden głos na materiał z danej przeglądarki.

Liczba wzbudzeń w próbce ma znaną wariancję 18,75 i średnią 25. Zapisano 32 odczyty w ośmiu blokach. W każdym bloku cztery odczyty są identycznymi kopiami jednej obserwacji; między blokami obserwacje są niezależne i mają ten sam rozkład. a) Wyznacz odchylenie standardowe średniej z 32 zapisanych liczb. b) Porównaj je z wynikiem błędnie zakładającym 32 niezależne obserwacje. c) Czy kopie zmniejszają fizyczne fluktuacje próbki? Zaproponuj poprawną zmianę sposobu zbierania danych.

Pokaż rozwiązanieUkryj rozwiązanie
Wskazówka

Zapisz średnią jako sumę ośmiu wartości, z których każda występuje cztery razy. Skróć czynnik 4 z mianownikiem 32.

Rozwiązanie

Najpierw upraszczamy samą średnią

Niech Y₁, …, Y₈ będą niezależnymi wartościami bloków. Średnia z pliku wynosi (4Y₁ + … + 4Y₈)/32 = (Y₁ + … + Y₈)/8. Zawiera więc dokładnie tyle informacji co średnia ośmiu niezależnych obserwacji. Nie musimy szacować czasu korelacji: zależność danych podano wprost.

32 odczyty składają się z ośmiu niezależnych bloków. W każdym bloku cztery wartości są identyczne. Kolejne wartości bloków to 23, 29, 24, 18, 27, 26, 21 i 32.
Dane są wymyślonym przykładem ilustrującym model zadania. Czterokrotne skopiowanie odczytu nie dostarcza czterech niezależnych informacji o stanie układu. Powiększ rysunek.

Wariancja średniej

Wariancja sumy ośmiu niezależnych wartości wynosi 8 · 18,75. Dzielenie sumy przez 8 dzieli wariancję przez 8²:

\operatorname{Var}(\bar n)=\frac{18{,}75}{8}=2{,}34375,\qquad\sigma_{\bar n}\approx1{,}53093.

Błędny rachunek dla 32 niezależnych obserwacji dawałby √(18,75/32) ≈ 0,765466. Zaniża odchylenie średniej dwukrotnie, a jej wariancję czterokrotnie. Powielenie liczb nie dostarcza nowych niezależnych realizacji.

Co zmienić w doświadczeniu?

Fizyczne fluktuacje pojedynczej obserwacji nadal mają odchylenie √18,75 ≈ 4,33013. Można zebrać więcej niezależnych bloków lub zwiększyć odstęp między rzeczywistymi obserwacjami po sprawdzeniu zaniku korelacji. Samo zwiększenie częstotliwości zapisu nie wystarcza. Podane odchylenie średniej jest obliczone z modelu rozkładu, nie z ośmiu przykładowych wartości narysowanych na ilustracji; ilustracja nie jest zapisem przeprowadzonego pomiaru.

Powiązana teoria

Fluktuacje w równowadze: liczba cząstek, energia i niezależne obserwacje

Dalsza lektura

Materiał referencyjny

Najpierw spróbuj samodzielnie. Zapisz dane, wybierz prawa fizyczne i sprawdź jednostki. Przejdź do zadań ze sprawdzaniem odpowiedzi »

Ostatnie materiały autora

Wszystkie materiały autora »

Komentarze (0)

Nie ma jeszcze opublikowanych komentarzy. Rozpocznij rozmowę o tym materiale.

Dodaj komentarz

Możesz komentować jako gość lub zalogować się, aby użyć danych konta. Utwórz konto

Emotikony

Zaznacz tekst i wybierz formatowanie lub użyj Ctrl/Cmd+B, I, U w polu komentarza. Znaczniki HTML nie są wykonywane.

Wybór wszystkich komentarzy obejmuje odpowiedzi. Powiadomienia wymagają potwierdzenia adresu; zrezygnujesz z nich przez link w wiadomości.

← Wróć do działu: Zadania Do góry ↑
Nie znalazłeś szukanego materiału? Napisz do nas — pomóż nam rozwijać Fizykę dla każdego.