Để giải bài tập, ta thực hiện các bước sau:
**Bài toán:**
Có 7 lần đo thời gian rơi tự do t (s):
- Lần 1: 0,390 s
- Lần 2: 0,399 s
- Lần 3: 0,408 s
- Lần 4: 0,410 s
- Lần 5: 0,406 s
- Lần 6: 0,405 s
- Lần 7: 0,402 s
Độ chia nhỏ nhất của đồng hồ đo là 0,001 s.
**Yêu cầu:**
1. Tính thời gian rơi trung bình \(\overline{t}\).
2. Tính sai số tuyệt đối Δt.
3. Tính sai số tương đối \(\delta\) (%).
4. Viết kết quả đo dưới dạng \(\overline{t} \pm \Delta t\).
---
### Bước 1: Tính thời gian trung bình
\[
\overline{t} = \frac{1}{n} \sum_{i=1}^n t_i = \frac{0,390 + 0,399 + 0,408 + 0,410 + 0,406 + 0,405 + 0,402}{7}
\]
Tính tổng:
\[
S = 0,390 + 0,399 + 0,408 + 0,410 + 0,406 + 0,405 + 0,402 = ?
\]
Tính từng bước:
- 0,390 + 0,399 = 0,789
- 0,789 + 0,408 = 1,197
- 1,197 + 0,410 = 1,607
- 1,607 + 0,406 = 2,013
- 2,013 + 0,405 = 2,418
- 2,418 + 0,402 = 2,820
Vậy:
\[
\overline{t} = \frac{2,820}{7} \approx 0,4029 \, s
\]
### Bước 2: Tính sai số tuyệt đối Δt
Sai số tuyệt đối có thể lấy bằng độ chia nhỏ nhất của đồng hồ hoặc bằng độ lệch chuẩn.
Ở đây, ta có thể lấy sai số tuyệt đối là độ chia nhỏ nhất:
\[
\Delta t = 0,001 \, s
\]
Hoặc tính độ lệch chuẩn (nếu yêu cầu):
Cách tính độ lệch chuẩn (kí hiệu là σ):
\[
\sigma = \sqrt{\frac{1}{n-1} \sum_{i=1}^n (t_i - \overline{t})^2}
\]
Tính từng \((t_i - \overline{t})\):
- 0,390 - 0,4029 = -0,0129
- 0,399 - 0,4029 = -0,0039
- 0,408 - 0,4029 = 0,0051
- 0,410 - 0,4029 = 0,0071
- 0,406 - 0,4029 = 0,0031
- 0,405 - 0,4029 = 0,0021
- 0,402 - 0,4029 = -0,0009
Bình phương từng giá trị:
- (-0,0129)^2 = 0,00016641
- (-0,0039)^2 = 0,00001521
- (0,0051)^2 = 0,00002601
- (0,0071)^2 = 0,00005041
- (0,0031)^2 = 0,00000961
- (0,0021)^2 = 0,00000441
- (-0,0009)^2 = 0,00000081
Tổng các bình phương:
\[
S_2 = 0,00016641 + 0,00001521 + 0,00002601 + 0,00005041 + 0,00000961 + 0,00000441 + 0,00000081
\]
Tính tổng:
- 0,00016641 + 0,00001521 = 0,00018162
- 0,00018162 + 0,00002601 = 0,00020763
- 0,00020763 + 0,00005041 = 0,00025804
- 0,00025804 + 0,00000961 = 0,00026765
- 0,00026765 + 0,00000441 = 0,00027206
- 0,00027206 + 0,00000081 = 0,00027287
Vậy:
\[
\sigma = \sqrt{\frac{0,00027287}{7-1}} = \sqrt{\frac{0,00027287}{6}} = \sqrt{0,00004548} \approx 0,00675 \, s
\]
Sai số trung bình của phép đo (độ lệch chuẩn của trung bình) là:
\[
\Delta t = \frac{\sigma}{\sqrt{n}} = \frac{0,00675}{\sqrt{7}} = \frac{0,00675}{2,6458} \approx 0,00255 \, s
\]
So sánh với độ chia nhỏ nhất 0,001 s, sai số lớn hơn nên ta lấy sai số tuyệt đối là 0,0026 s (làm tròn).
### Bước 3: Tính sai số tương đối
\[
\delta = \frac{\Delta t}{\overline{t}} \times 100\% = \frac{0,0026}{0,4029} \times 100\% \approx 0,645\%
\]
### Bước 4: Viết kết quả đo
Kết quả đo được viết là:
\[
t = (0,403 \pm 0,003) \, s
\]
với sai số tuyệt đối làm tròn 0,003 s.
Sai số tương đối khoảng 0,6%.
---
### Kết luận:
- Thời gian rơi trung bình: \(\overline{t} = 0,403 \, s\)
- Sai số tuyệt đối: \(\Delta t = 0,003 \, s\)
- Sai số tương đối: \(\delta \approx 0,6\%\)
**Biểu diễn kết quả:**
\[
\boxed{t = (0,403 \pm 0,003) \, s \quad (\delta = 0,6\%)}
\]