1. Рекомендации по организации опытов, обработке и представлению их результатов

   1. Практические рекомендации по организации опытов и обработке их результатов

Правильно спланированный и поставленный эксперимент в значительной мере способствует быстрой обработке экспериментальных данных и точной их интерпретации. Этой же цели служит продуманное проведение экспери-мента. Поэтому вкратце рассмотрим некоторые практические приемы прове-дения эксперимента.

Перед основными измерениями всегда следует выполнить постановочные опыты, которые ознакомят экспериментатора с предстоящей серией экспериментов. Это позволит также проверить работу всей установки, определить интервалы значений каждой из измеряемых величин и оценить возможные погрешности. Последнее поможет выявить параметры, получае-мые с наибольшими погрешностями, определяющими погрешность экспери-мента. Их необходимо измерять с большей тщательностью. Поскольку экспериментатор сам может вносить погрешности, то необходимо выяснить, какие субъективные погрешности свойственны ему лично, чтобы их исклюю-чить. До начала измерений необходимо составить график предполагаемых работ, предусматривающий порядок проведения измерений, сроки их выпол-нения и другие мероприятия.

Во время измерений необходимо следить за работой всех узлов установки и записывать все, даже самые незначительные операции, совершаемые в процессе эксперимента. Записи нужно делать как можно яснее и экономнее, чтобы экспериментатор мог без труда понять их спустя некоторое время. Для записей рабочая тетрадь предпочтительнее отдельных листов, так как некоторые из них могут потеряться, но у тетради есть и недостаток: записи могут оказаться разрозненными, если в сложном опыте приходится измерять то одну, то другую величину. Поэтому наилучший вариант – сочетание рабочей тетради с отдельными листами, которые затем брошюруют.

При измерениях, необходимо придерживаться одного очень важного правила: все результаты нужно записывать сразу после окончания замера и без обработки (даже если это самые простые арифметические величины). Затем следует проверить запись, сравнив её ещё раз с показаниями прибора. Ни в коем случае не следует вести записи сначала в черновиках, а затем переписывать в рабочую тетрадь – теряется время, нельзя избежать отбора и возможно внесение ошибок. Все первичные данные следует сохранять, чтобы в случае необходимости провести определенный отбор данных, проверить правильность отбора и определить характер самих измерений.

В рабочей тетради полезно вести схему эксперимента, что дает возмож-ность объяснить идею опыта, описать измерительную установку и ввести обозначения. При этом не обязательно делать её точной, достаточно лишь подчеркнуть основные особенности установки, т. е. схема должна быть упрощена и относиться только к данному эксперименту.

Компактные записи проще для чтения, особенно если результаты эксперимента записаны в виде таблиц, т. к. числа, записанные столбиком, легче сопоставлять. Физическую величину и её единицу измерения записыва-ют в головке таблицы и не повторяют при каждом значении. Повторений нужно избегать, чтобы не загромождать записи. Следует также выделять подчеркиванием значения, к которым сводится группа данных, в частности средние значения. Группы значений рекомендуется разделять пробелами. Ни в коем случае нельзя исправлять цифры, т. к. это затрудняет чтение. Лучше неверную цифру зачеркнуть и написать сверху верную.

После окончания измерений проводят обработку полученных данных: результаты измерений приводят к виду, удобному для дальнейшего исполь-зования, и определяют погрешности приводимых данных. Обычно резуль-таты экспериментов представляют в виде таблиц или графиков. При этом таблицы и графики могут содержать либо только данные измерений, либо экспериментальные и расчетные данные. Необходимо также привести погрешности эксперимента, т. к. они значительно облегчат правильную интерпретацию полученных результатов.

Обработке результатов измерений посвящена основная часть пособия. Здесь же ограничимся лишь некоторыми практическими советами. Точность вычислений также важна, как и точность измерений. При рациональном подходе к вычислениям можно уменьшить вероятность появления ошибки: чем меньше выкладок, тем меньше вероятность сделать ошибку. Все вычис-ления нужно делать последовательно и аккуратно, записывая их разборчиво и с достаточным запасом свободного места. Многое из того, что было отме-чено о записи результатов измерений, относится и к записи результатов вычислений.

Вычисления полезно проводить по определенной схеме, обеспечива-ющей минимум вычислений и допускающей применение имеющейся вычис-лительной техники. При вычислениях по схеме, обычно легче проверить вычисления, особенно когда в расчетную формулу входит много параметров.

Вычисления бывают самопроверяющимися и несамопроверяющимися. К первым можно отнести, например, такие: если все результаты нанести на график и все точки, кроме одной выпадающей, ложатся на прямую линию, то это означает, что при вычислении выпадающей точки почти наверняка допущена ошибка. Примером не самопроверяющихся могут служить вычисления по формулам. В общем случае, чем больше отличается способ проверки от способа вычисления, тем лучше качество проверки. Если проверка даст отличный от первоначального результат, то нужно прежде всего рассмотреть проверочные вычисления, которые, как правило, делают менее аккуратно. О правильности алгебраических выражений можно судить по их размерности. Следует проверить, будет ли иметь алгебраическое выражение правильный вид в простых частных случаях и изменяется ли вычисляемая величина в правильном направлении при изменении аргумента. Нередко правильность формулы проверяется ее симметрией.

Все значения должны быть приемлемы по порядку величины. Прежде чем подставить в формулу значения, необходимо провести требуемые преоб-разования этой формулы. При вычислениях следует использовать математи-ческие счетные машины и калькуляторы, а при необходимости и ЭВМ.

Отметим также, что если эксперимент длится долго (хотя бы более двух дней), то результаты измерений нужно обрабатывать в ходе экспери-мента, чтобы можно было проверить расхождения между расчетными и экспериментальными данными. Кроме того, вычисления нужно провести, пока ещё все особенности измерений свежи в памяти, а если возникнет необ-ходимость в повторных изменениях, то эксперимент будет выполнить легче.

Закончив обработку результатов, их необходимо в той или иной форме представить для дальнейшего использования.