4. 1. Основные понятия
В спортивной практике наибольшее распространение получили два вида измерений. Измерения, когда искомое значение величины находится непосредственно из опытных данных, являются прямыми. Например, регистрация скорости бега, дальности метаний, величины усилий и т. п. – это всё прямые измерения.
Косвенными называют измерения, при которых искомое значение величины находят на основании зависимости между этой величиной и величинами, подвергаемыми измерению. Например, между скоростью ведения мяча футболистом (V) и затратами энергии (Е) существует зависимость типа:
| y = 1,683+1,322х |
где y – затраты энергии в ккал;
х – скорость ведения мяча. Если спортсмен ведёт мяч с V=6 м/с, то Е=9,6 ккал/мин.
Прямым способом измерить МПК сложно, а время бега – легко. Поэтому время бега измеряют, а МПК – рассчитывают.
Следует помнить, что никакое измерение не может быть выполнено абсолютно точно и результат измерения всегда содержит в себе ошибку. Необходимо стремиться к тому, чтобы эта ошибка была разумно минимальна. Напомним, что результаты контроля являются основой для планирования нагрузок. Поэтому точно измерили – точно спланировали и наоборот. Знание точности измерений – обязательное условие, и поэтому в задачу измерений входит не только нахождение самой величины, но и оценка допущенных при этом погрешностей (ошибок).
4. 2. Систематические и случайные ошибки измерений
Ошибки измерений подразделяются на систематические и случайные.
Величина систематических ошибок одинакова во всех измерениях, проводящихся одним и тем же методом с помощью одних и тех же измерительных приборов. Различают четыре группы систематических ошибок:
ошибки, причина возникновения которых известна и величина которых может быть определена достаточно точно. Например, при определении результата прыжка рулеткой возможно изменение её длины за счёт различий в температуре воздуха. Это изменение можно оценить и ввести поправки в измеренный результат;
ошибки, причина возникновения которых известна, а величина нет. Такие ошибки зависят от класса точности измерительной аппаратуры. Например, если класс точности динамометра для измерения силовых качеств спортсменов составляет 2.0, то его показания правильны с точностью до 2% в пределах шкалы прибора. Но если проводить несколько измерений подряд, то ошибка в первом из них может быть равной 0,3%, а во втором – 2%, в третьем – 0,7% и т. д. При этом точно определить её значения для каждого из измерений нельзя;
ошибки, происхождение которых и величина неизвестны. Обычно они проявляются в сложных измерениях, когда не удаётся учесть все источники возможных погрешностей;
ошибки, связанные не столько с процессом измерения, сколько со свойствами объекта измерения. Как известно, объектами измерений в спортивной практике являются действия и движения спортсмена, его социальные, психологические, биохимические и т. п. показатели. Измерения такого типа характеризуются определённой вариативностью, и в её основе может быть множество причин. Рассмотрим следующий пример. Предположим, что при измерении времени сложной реакции хоккеистов используется методика, суммарная систематическая погрешность которой по первым трём группам не превышает 1%. Но в серии повторных измерений конкретного спортсмена получаются такие значения времени реакции (ВР): 0,653 с; 0,526 с; 0,755 с и т. д. Различия в результатах измерений обусловлены внутренними свойствами спортсменов: один из них стабилен и реагирует практически одинаково быстро во всех попытках, другой – нестабилен. Однако и эта стабильность (или нестабильность) может измениться в зависимости от утомления, эмоционального возбуждения, повышения уровня подготовленности.
Систематический контроль за спортсменами позволяет определить меру их стабильности и учитывать возможные погрешности измерений.
В некоторых случаях ошибки возникают по причинам, предсказать которые заранее невозможно. Такие ошибки называются случайными. Их выявляют и учитывают с помощью математического аппарата теории вероятностей.
Перед проведением любых измерений нужно определить источники систематических погрешностей и по возможности устранить их. Но так как полностью это сделать нельзя, то внесение поправок в результат измерения позволяет исправить его с учётом систематической погрешности.
Для устранения систематической погрешности используют:
а) тарирование – проверку показаний измерительных приборов путём сравнения их с показаниями эталонов во всём диапазоне возможных значений измеряемой величины;
б) калибровку – определение погрешностей и величины поправок.
4. 3. Абсолютные и относительные ошибки измерений
Результат измерения любой величины отличается от истинного значения. Это отличие, равное разности между показанием прибора и истинным значением, называется абсолютной погрешностью измерения, которая выражается в тех же единицах, что и сама измеряемая величина:
| Х = Хист - Хизм |
Где x – абсолютная погрешность.
При проведении комплексного контроля, когда измеряются показатели разной размерности, целесообразнее пользоваться не абсолютной, а относительной погрешностью. Она определяется по следующей формуле:
| ХХотн = -------------- * 100% Хизм |
Целесообразность применения Хотн связана со следующими обстоятельствами. Предположим, что мы измеряем время с точностью до 0,1 с (абсолютная погрешность). При этом, если речь идёт о беге на 10000 м, то точность вполне приемлема. Но измерять с такой точностью время реакции нельзя, так как величина ошибки почти равна измеряемой величине (время простой реакции равняется 0,12 – 0,20 с). В связи с этим нужно сопоставить величину ошибки и саму измеряемую величину, и определить относительную погрешность.
Рассмотрим пример определения абсолютной и относительной погрешностей измерения. Предположим, что измерение частоты сердечных сокращений после бега с помощью высокоточного прибора даёт нам величину, весьма близкую к истинной и равную 150 уд/мин. Одновременное пальпаторное измерение даёт величину, равную 162 уд/мин.
Подставив эти значения в приведённые выше формулы, получим:
Х = 150 – 162 = 12 уд/мин – абсолютная погрешность; Хотн = (12:150) * 100% = 8% - относительная погрешность.
Таким образом, сформировываются следующие основные правила:
стремиться к максимально возможной точности измерений;
уметь определять величину, тип и причины ошибок;
научиться устранять их.
Заключение
Спортивная метрология – это наука об измерениях в физическом воспитании и спорте. Её нужно рассматривать как конкретное приложение к общей метрологии, основной задачей которой, как известно, является обеспечение точности и единства измерений. Однако, как учебная дисциплина, спортивная метрология выходит за рамки общей метрологии.
Специалисты- метрологи основное внимание сосредотачивают на проблемах единства и точности измерений физических величин (длина, масса, время, температура, сила электрического тока, сила света и количество вещества).
В физическом воспитании и спорте некоторые из этих величин также подлежат измерению. Но более всего специалистов в области спортивной метрологии интересуют педагогические, биологические показатели, которые по своему содержанию нельзя назвать физическими. Методикой их измерений общая метрология практически не занимается, и поэтому возникла необходимость разработки специальных измерений, результаты которых всесторонне характеризуют подготовленность физкультурников и спортсменов.
Вывод
Таким образом, предметом спортивной метрологии (и теории измерений, в том числе) является комплексный контроль в физическом воспитании и спорте и использование его результатов в планировании подготовки спортсменов и физкультурников.
Список литературы
Годик М. А. Спортивная метрология. М.: ФиС, 1988.
Годик М. А. Контроль тренировочных и соревновательных нагрузок. М.: ФиС, 1980.
Бешелев С. Д., Гурвич Ф. Г. Математико-статистические методы экспертных оценок. М.: Статистика, 1989.
Зациорский В. М. Основы спортивной метрологии. М.: ФиС, 1981.
Иванов В. В. Комплексный контроль в подготовке спортсменов. М.: ФиС, 1987.
Пфанцль И. Теория измерений/Пер. с англ. М.: Мир, 1976
Уткин В. Л. Измерения в спорте (введение в спортивную метрологию). М.: ГЦОЛИФК, 1989.