5. Экспериментальные исследования

5.1. Классификация, типы и задачи эксперимента

Важнейшей составной частью научных исследований является эксперимент, основой которого является научно поставленный опыт с точно учитываемыми и управляемыми условиями. Основной целью эксперимента является выявление свойств исследуемых объектов, проверка справедливости гипотезы.

Эксперимент подразделяется по признакам:

1) по способу формирования условий (естественный, искусственный);

2) по целям исследования (преобразующий, констатирующий, контролирующий, поисковый, решающий); . "

3) по организации проведения (лабораторный, натурный, производс­твенный);

4) по структуре изучаемых объектов (простой, сложный);

5) по характеру, внешних воздействий на объект исследования (ве­щественный, энергетический);

6) по характеру взаимодействия средства экспериментального иссле­дования с объектом исследования (обычный, модельный);

7) по типу моделей, исследуемых в эксперименте.(материальный, мысленный);

8) по контролируемым величинам (пассивный, активный);

9) по числу варьируемых факторов (однофакторный, многофакторный); Для проведения эксперимента необходимо:

1) разработать гипотезу, подлежащую проверке;

2) составить программу экспериментальных работ;

3) определить способы и приемы вмешательства в объект исследова­ния;

4) обеспечить условия для осуществления процедуры эксперименталь­ных работ;

5) разработать пути и приемы фиксирования хода и результатов экс­перимента;

6) подготовить средства эксперимента (приборы, установки, модели).

Особое значение имеет правильная разработка методики эксперимента.

Методика - это совокупность мыслительных и физических операций, размещенных в определенной последовательности, в соответствии с которой достигается цель исследований.

Перед каждым экспериментом составляется его план (программа). включающий:

1. цель и задачи эксперимента;

2. выбор варьирующих факторов;

3. обоснование объема эксперимента, числа опытов;

4. порядок реализации опытов, определение последовательности из­менения факторов;

5. выбор шага изменения факторов, задание интервала между будущи­ми экспериментальными точками;

6. обоснование средств измерения;

7. описание проведения эксперимента;

8) обоснование способов обработки и анализа результатов эксперимента.

5.2. Метрологическое обеспечение экспериментальных исследований

Важное место в экспериментальных исследованиях занимают измерения. Суть измерений составляет сравнение измеряемой величины с известной величиной, принятой за единицу (эталон). Методы измерений можно подразделить на прямые и косвенные. При прямых измерениях искомую величину устанавливают непосредственно из опыта, при косвенных – функционально от других величин, определённых прямыми измерениями.

Различают также абсолютные и относительные измерения. Абсолютные – это прямые измерения в единицах измеряемой величины; относительные измерения представляют собой отношение измеряемой величины к одноимённой величине, играющей роль единицы или измерения этой величины по отношению к одноимённой, принимаемой за исходную.

Выделяют несколько основных методов измерений.

Метод непосредственной оценки соответствует определению значения величины непосредственно по отсчетному устройству измерительного прибора прямого действия. При использовании метода сравнения с мерой измеряемую величину сравнивают с величиной, воспроизводимой мерой. При методе противопоставления осуществляется сравнение с мерой (измеряемая величина и величина, воспроизводимая мерой, одновременно воздействуют на прибор, с помощью которого устанавливается соотношение между этими величинами).

При дифференциальном методе на измерительный прибор воздействует разность измеряемой и известной величины, воспроизводимой мерой. При нулевом методе результирующий эффект воздействия величины на прибор доводят до нуля. При методе замещения измеренную величину замещают известной величиной, воспроизводимой мерой. При методе совпадения разность между измеряемой величиной и величиной воспроизводимой мерой измеряется с использованием совпадения отметок шкал или периодических сигналов.

Неотъемлемой частью экспериментальных исследований являются средства измерения, т.е. совокупность технических средств, имеющих нормированные погрешности. Измерительный прибор – средство измерения, предназначенное для получения информации об изучаемой величине в удобной для экспериментатора форме. В этих приборах измеряемая величина преобразуется в показание или сигнал.

Абсолютная погрешность измерительного прибора определяется

,

Где - показания прибора,- истинное значение измеренной величины, полученное более точным методом.

Относительная погрешность определяется