Zdjęcie okładkowe (poglądowe) przedstawia aparaturę Canberra, stosowaną do identyfikacji oraz pomiarów ilościowych nuklidów gamma i alfa promieniotwórczych otrzymywanych sztucznie w cyklotronie. Na tle zdjęcia umieszczono tytuł "Jak dopasować prostą do wyników pomiarów?".
Zdjęcie okładkowe (poglądowe) przedstawia aparaturę Canberra, stosowaną do identyfikacji oraz pomiarów ilościowych nuklidów gamma i alfa promieniotwórczych otrzymywanych sztucznie w cyklotronie. Na tle zdjęcia umieszczono tytuł "Jak dopasować prostą do wyników pomiarów?".
Jak dopasować prostą do wyników pomiarów?
Źródło: Politechnika Warszawska, Wydział Fizyki, Tomasz Wójcik, licencja: CC BY 4.0.
Układy będące przedmiotem badań naukowych w różnych dziedzinach mają na ogół wiele cech, które możemy wyrazić ilościowo. Prowadząc badania, często koncentrujemy się na wybranych dwóch takich cechach i pytamy, czy są one ze sobą powiązane; bardziej naukowo: czy są ze sobą skorelowane. Innymi słowy pytamy, czy zmiana jednej z tych cech pociąga za sobą zmianę tej drugiej.
W fizyce poszukiwanie korelacji jest często wstępem do określania zależności pomiędzy wielkościami fizycznymi opisującymi układ. W innych naukach przyrodniczych, także w ekonomicznych czy społecznych, często ograniczamy się do stwierdzenia istnienia korelacji lub jej braku oraz jej jakościowego skomentowania.
Oto przykład ze sportu: na wykresie (Rys. a.) pokazany jest związek pomiędzy dwiema cechami wyników Pucharu Świata w skokach narciarskich w Zakopanem (26 stycznia 2020 r.). Na osi odciętych odłożono długość drugiego skoku (d), oddanego przez każdego z 30 zawodników startujących w drugiej, decydującej serii. Na osi rzędnych odłożono łączną liczbę punktów (p) uzyskanych w zawodach przez zawodnika.
RZv9jeQIIyfjj
Rys. a. Na wykresie widoczny jest prostokątny układ współrzędnych, na którym pionowa oś wartości opisana jest, jako łączna punktacja mała litera p, jaką otrzymał skoczek narciarski za skok. Na osi tej zaznaczono wartości od dwustu dwudziestu do trzystu punktów co dwadzieścia punktów. Oś pozioma skierowana jest w prawo i opisuje długość skoku zawodnika mała litera d i w nawiasie kwadratowym mała litera m, wyrażoną w metrach. Zaznaczono na niej wartości od stu dwudziestu do stu czterdziestu metrów co pięć metrów. Na wykresie widoczne są niebieskie punkty opisujące wyniki skoczków. Wraz ze wzrostem długości skoku, ilość punktów uzyskanych za skok rośnie. Niebieskie punkty nie układają się jednak w idealną linię prostą, ponieważ w tej konkurencji oceniany jest również styl skoku, a zatem za tę samą odległość skoczek może utrzymać dwa różne wyniki punktowe. Wraz ze wzrostem długości skoku ilość punktów rośnie, ale punkty niebieskie układają się w okolicy hipotetycznej prostej, która opisywałaby tendencję liniową.
Rys. a. Wykres obrazujący związek liczby punktów uzyskanych w zawodach i długości drugiego skoku. Zwróć uwagę, że osie nie przecinają się w punkcie (0; 0).
Źródło: dostępny w internecie: https://www.mwyniki.pl/skoki_narciarskie/puchar-swiata/ps_zakopane [dostęp 15.02.2022 r.].
Polecenie 1
RS6dRl7Wc7Pnb
Możliwe odpowiedzi: 1. Ułożenie punktów przedstawia jednoznaczną korelację dodatnią: im dłuższy skok oddał zawodnik tym więcej punktów otrzymał., 2. Ułożenie punktów przedstawia stosunkowo silną korelację dodatnią: w większości przypadków spełniona jest zasada, że im dłuższy skok oddał zawodnik tym więcej punktów otrzymał. Wyjątki od tej zasady są nieliczne., 3. Ułożenie punktów jest raczej chaotyczne, niż uporządkowane. Gdybyśmy chcieli poprowadzić wykres przez te punkty, to otrzymalibyśmy linię łamaną, raz rosnącą, raz malejącą. Tu nie ma żadnej widocznej korelacji pomiędzy długością skoku a liczbą punktów., 4. Ułożenie punktów przedstawia korelację ujemną: na ogół jest tak, że im dłuższy skok oddał zawodnik tym mniej punktów otrzymał. Wyjątki od tej zasady są nieliczne.
Co jeszcze, poza korelacją dodatnią, ujemną czy jej brakiem, można wyczytać z ułożenia punktów na wykresie? Skorzystaj z okazji i poczytaj.
Twoje cele
Dzięki lekturze tego tekstu:
objaśnisz jakościowo pojęcie korelacji pomiędzy dwiema mierzalnymi cechami badanego układu,
poznasz i zastosujesz metodę graficznego dopasowania prostej do układu punktów na wykresie oraz wyznaczenia parametrów tego dopasowania,
objaśnisz podstawy metody najmniejszych kwadratów - podstawowego narzędzia do dopasowania zależności liniowej do danych doświadczalnych,
przeanalizujesz i zinterpretujesz przykłady korelacji pomiędzy cechami układu.