Физический практикум

(Конспект лекций)

Введение

Вся история развития человеческого общества связана с необходимостью измерения тех или иных физических величин: массы, времени, размеров, расстояний – и сопровождается созданием и совершенствованием методов измерений и приборов. Человек сталкивается с необходимостью измерений в обыденной повседневной жизни, но особое значение они имеют в производственных условиях и при проведении научных исследований.

Практически любое исследование или эксперимент представляют собой измерение тех или иных физических величин. Д. И. Менделеев писал: «Наука начинается с тех пор, когда начинают измерять».

С развитием технического прогресса повышаются требования к точности и достоверности результатов измерения регистрируемых параметров, а также к глубине изучения взаимодействия составных частей исследуемого объекта. Возникает необходимость изучения объектов, процессы, функционирования которых носят сложный характер и подвержены влиянию внешней среды.

Все большее применение в науке и промышленности имеют автоматизированные системы управления научным экспериментом и технологическими процессами, которые обеспечивают бесперебойную работу управляемых объектов. Для гибкого управления такими системами необходимо в каждый момент времени иметь сведения о состоянии объекта управления. Эту задачу выполняют многочисленные датчики, от совершенства которых зависит достоверность получаемой информации.

В настоящее время измерительная техника позволяет контролировать около двухсот различных физических величин – механических, тепловых, электрических, магнитных, акустических и т.д. Большая часть этих величин в процессе измерения преобразуется в электрический сигнал, который является наиболее удобным для точного измерения, передачи, в том числе на большие расстояния, усиления и математической обработки.

Большинство ученых, независимо от их специальности, объединяет то, что все они проводят экспериментальные исследования. Инженеры сравнивают различные технологии производства изделий, физики исследуют явления в природе, медики проверяют новые лекарственные препараты. Все они проводят эксперименты, методы проведения которых имеют много общего. И при этом всех их интересует точность измеряемых параметров, возможность контролировать протекание эксперимента и исключить влияние внешнего воздействия.

Исследователи стремятся уменьшить число измеряемых переменных, поскольку это упрощает работу и снижает вероятность появления ошибок. В конце эксперимента исследователи должны проанализировать полученные результаты и дать им объяснение.

Измерения являются основой любого научного эксперимента. От работоспособности и точности измерений прибора или преобразователя, квалификации и аккуратности исследователя во многом зависит успех исследования. Считается, что проведение эксперимента является «искусством, которому можно научиться, но которому нельзя научить». Некоторые исследователи, имея весьма ограниченные сведения, способны выявить новые важные закономерности, другие же не могут заметить очевидные факты и при избытке информации.

Каждый исследователь должен уметь:

• Исключать или принимать во внимание воздействие внешней среды;

• Планировать проведение экспериментов;

• Обнаруживать и оценивать ошибки измерений;

• Многократно проверять полученные данные;

• Представлять результаты эксперимента в наглядном и упорядоченном виде;

• Проанализировать полученные результаты и дать им объяснение.