Організація наукових досліджень

Обравши тему наукового дослідження, студент вивчає необхідну літературу, яка стосується даного питання. Після цього чітко формулює мету дослідження та прогнозує її результативність.

Для прогнозування результатів дослідження (де це можливо) слід провести попередньо теоретичні підрахунки, використовуючи персональний комп’ютер, а також нагромаджені та узагальнені результати раніше виконаних досліджень.

Студенти складають програму та методику експериментальних досліджень, знайомляться з технічною документацією об’єкта дослідження, при необхідності виготовлюють різні пристрої та обладнання. Уточнюють та відпрацьовують порядок і техніку проведення досліджень та вимірювань. Виконавши всі підготовчі роботи, перевіряють об’єкт дослідження, апаратуру та прилади, їх роботу та справність і ретельно виконують тарирування.

При виборі апаратури та приладів для вимірювань параметрів експерименту необхідно знати, що занадто груба апаратура призводить до великих похибок вимірювань. Апаратура надто великої точності, яка не відповідає вимірюванням, що здійснюються, здорожує вартість досліджень, ускладнює та збільшує строк їх проведення.

Основними причинами, що впливають на вибір класу точності апаратури для вимірювань необхідних параметрів, є випадкові коливання величин, що вимірюються, які виникають внаслідок зміни умов випробування. Точність результату або методу не залежить від правильності роботи. Надлишкова точність не є доказом того, що одержано правильний результат і не містить систематичних помилок.

Слід розрізняти точність і достовірність. Часто при вимірюванні змінних за часом величин завдяки зниженню чутливості методу досягають підвищення точності результату. Треба пам’ятати також, що точність результатів випробування залежить не тільки від похибки вимірювань та вибору точності апаратури, але й від підготовки об’єкта до випробування, постановки досліду і т.п.

Здійснивши підготовчі заходи, можна приступати до проведення експерименту. Запис, показів приладів бажано робити одночасно з відміткою часу їх проведення. Результати спостережень слід записувати в спеціальний зошит (первинна документація). Форма запису може бути довільна, але такою, де б чітко і ясно були відображені вимірювані величини.

Способи обробки результатів досліджень

Під обробкою експериментальних даних розуміють встановлення функціональної залежності між двома або декількома змінними величинами.

Встановити функціональний зв’язок одночасно між кількома змінними величинами (факторами) практично неможливо. Як правило, зв’язок знаходять між обмеженою кількістю факторів, а частіше – між двома. Для встановлення функціонального зв’язку між двома змінними величинами застосовують звичайно три способи обробки: табличний, графічний та аналітичний.

Табличний спосіб найпростіший і в деяких випадках найбільш прийнятний, особливо коли вимірювальні величини мають дискретний характер (зміна проходить через рівні проміжки). У таблиці спочатку виділяють за фізичним станом аргумент, потім функцію. Аргумент розмішують у суворій послідовності за основною ознакою (у кількісному відношенні, у зростаючому або нисхідному значенні). Усі стовпці таблиці повинні мати ясні та стислі назви розмішених величин. Але таблиці не дають достатньо чіткої уяви залежності однієї змінної (функції) при проміжному її значенні за заданим значенням іншої (аргументу). Крім цього, таблиця, хоч і показує зменшення або збільшення функції від зміни аргументу, але дізнатись з неї за яким законом відбувається ця зміна неможливо. Краще дослідні дані кінцевих результатів подавати у графічній формі.

Графічний спосіб наочно демонструє функціональний зв’язок між змінними величинами. За графіком можна знаходити будь-яке значення однієї із змінних величин за заданим значенням іншої.

Як правило, графіки будуються в прямокутних координатах. Дані дослідів, одержані безпосередньо вимірюванням, на графіках відображаються у вигляді маленьких кілець діаметром 1–2 мм. Криву проводять так, щоб на ній помістилась найбільша кількість, експериментальних значень. Не слід з’єднувати експериментальні точки прямими відрізками, оскільки в цьому випадку виходить ламана лінія, що не відповідає плавному перебігу величини, яка вимірювалась. У більшості випадків, що трапляються під час досліджень, функція сама по собі не дає значних коливань, а одержане розміщення точок є причиною можливих помилок вимірювання. Якщо деякі точки лежать досить далеко від кривої, то в цих випадках необхідно проаналізувати причину випадання їх і ретельніше повторити дослід. Це дасть змогу переконатись у тому, що в цій області не відбувається різкої зміни значень досліджуваної залежності.

Креслення кривої у вигляді плавної зміни функції при плавній зміні аргументу називають вирівнюванням кривої. Останнє має найточніше відображати загальну закономірність розвитку явища.

Найпростіший спосіб вирівнювання кривої полягає в тому, що креслять плавну криву так, щоб дослідні точки знаходились по можливості на рівній відстані по обидва боки від неї, а потім, користуючись лекалом, підбирають найбільш відповідну до загального напряму вказаними дослідними точками. Не обов’язково, щоб крива проходила через дослідні точки, але необхідно зберегти загальний характер закономірності розміщення кривої, що відповідає фізичному змісту явища.

Основне правило графічного згладжування – плавна крива має бути якнайближче до дослідних точок.

Графічний спосіб дає змогу наочно відображати функцію зв’язку, хоч і не зовсім точно.

Аналітичний спосіб – найбільш ефективний спосіб взаємозв’язку між функцією й аргументом. Він не тільки допомагає знайти значення функції при будь-якому значенні аргументу, але й наочно продемонструвати загальний закон взаємозв’язку в аналітичному вигляді.

Аналітичний спосіб зручний ще й тим, що він дає змогу, якщо є для цього відповідні основи, екстраполювати функцію. Незважаючи на те, що цей спосіб найсприятливіший, однак він не виключає табличного та графічного. Як правило, табличний спосіб застосовується при підбиранні матеріалу, графічний – для наочності. Усі ці способи доповнюють один одного.