5. Методологія експериментальних досліджень

Найбільш важливою складовою частиною наукових досліджень є експерименти, на проведення яких витрачається приблизно часу і наукових трудових ресурсів. Це один з основних способів отримати нові наукові знання.

Експеримент (від лат. experimentum- проба, досвід) в - метод дослідження деякого явища в керованих умовах. Відрізняється від спостереження активною взаємодією з об'єктом, що вивчається. Зазвичай експеримент проводиться в рамках науково дослідного і служить для перевірки, встановлення причинно - слідчих зв'язків між явищами. Експеримент є наріжним каменем емпіричного підходу до знань.

Розрізняють такі види експериментів:

1. Фізичний експеримент - спосіб пізнання природи, що полягає у вивченні природних явищ в спеціально створених умовах. На відміну від методів, яка досліджує математичні моделі природи, фізичний експеримент покликаний досліджувати саму природу.

2. Комп'ютерний (чисельний) експеримент - це експеримент над математичною моделлю об'єкту дослідження на ЕОМ, який полягає в тому що, по одних параметрах моделі обчислюються інші її параметри і на цій основі робляться виводи про властивості об'єкту, що описується математичною моделлю.

3. Уявний експеримент - це вид пізнавальної діяльності, в якій структура реального експерименту відтворюється в уяві. Як правило, уявний експеримент проводиться в рамках деякої моделі (теорії) для перевірки її несуперечності.

4. Критичний експеримент - експеримент, результат якого однозначно визначає, чи є конкретна теорія або гіпотеза вірної. Цей експеримент повинен дати передбачений результат, який не може бути виведений з інших, загальноприйнятих гіпотез і теорій.

Експериментальні дослідження підрозділяють на лабораторних і натурних.

Лабораторні досліди проводять із застосуванням типових приладів, спеціальних моделюючих установок і моделей підмета дослідженню об'єкту, стендів, устаткування і так далі Цей вид досліджень відрізняється простотою і дешевизною. Проте такі лабораторні експерименти не завжди повністю моделюють реальний хід процесу, що вивчається, тому виникає потреба в проведенні натурного експерименту.

Натурні експериментальні дослідження мають на меті вивчити процес в реальних умовах з урахуванням дії різних випадкових чинників виробничого середовища.

Перш ніж приступити до експериментальних досліджень, необхідно розробити методологію експерименту.

Методологія (іншими словами проект) включає постановку і послідовність виконання експериментальних досліджень.

Вона включає такі основні елементи:

1. Розробку плану-програми експерименту.

2. Вибирання засобів для проведення експерименту.

3. Проведення експерименту.

4. Оцінку точності вимірювань.

5. Обробку і аналіз експериментальних даних.

Обґрунтування засобів вимірювань - це вибір необхідних для спостережень і вимірювань приладів, устаткування, машин, апаратів і ін. Засоби вимірювання можуть бути вибрані стандартні або у разі відсутності таких - виготовлені самостійно.

Дуже відповідальною частиною є встановлення точності вимірювань і погрішностей. Методи вимірювань повинні базуватися на законах спеціальної науки - метрології.

При розробці методики експерименту спочатку складають послідовність (черговість) проведення операцій вимірювань і спостережень. Потім ретельно описують кожну операцію окремо з урахуванням вибраних засобів для проведення експерименту.

Важливим розділом методики є вибір методів обробки і аналізу експериментальних даних. Обробка даних зводиться до систематизації всіх цифр, класифікації, аналізу. Результати експериментів повинні бути зведені в легкі для читання форми запису - таблиці, графіки, формули, номограми, що дозволяють швидко і доброякісно зіставляти отримані результати.

Особлива увага в методиці повинна бути приділене математичним методам обробки і аналізу досвідчених даних - встановленню емпіричних залежностей, апроксимації зв'язків між варіюючими характеристиками, встановленню критеріїв і довірчих інтервалів і ін.

Розрізняють три основні варіанти проведення експерименту.

1. У першому випадку формулювання завдання досліджень має такий вигляд. Тим або іншим способом отримана деяка теоретична функція (наприклад, у= ). Потрібно виконати перевірку відповідності її теоретичних матеріальних констант (в даному випадку це числа "7" і "8") їх експериментальним значенням.

2. У першому випадку формулювання завдання досліджень має такий вигляд. Відомий вид деякої функції (наприклад, у=) . На основі аналізу експериментальних даних потрібно визначити її матеріальні константа і .

3. У третьому випадку формулювання завдання досліджень має такий вигляд. Є деякі експериментальні залежності, представлені або в графічній або в табличній формі. Потрібно встановити вид функції, що апроксимує ці залежності і визначити вхідні в неї матеріальні константи.

Під апроксимацією розуміють заміну точних аналітичних виразів наближеними, простішими, називають, а ці простіші функції - що апроксимують.

При побудові апроксимуючих функцій найбільшого поширення набув метод вирівнювання, суть якого полягає в тому, що методом проб і помилок підбирається така система координат, в якій експериментальна крива набуває вигляду лінійної функції.

Для дослідження закономірностей між явищами (процесами), які залежать від багатьох, іноді невідомих чинників, застосовують кореляційний аналіз.