Понятие физического эксперимента. Классификация видов физических экспериментов

Во многих областях научной и практической деятельности современного человека значительное место занимают теоретические методы изучения различных процессов окружающего нас мира. Однако, несмотря на высокую эффективность теоретических методов, при рассмотрении конкретных технологических проблем, особенно в условиях действующего производства, инженеру зачастую приходится сталкиваться с задачами, решение которых практически невозможно без организации и проведения того или иного экспериментального исследования. Так, в триботехнике при решении задач, связанных с конструированием узлов трения, инженер сталкивается со сложной задачей расчета фрикционно – износных показателей пары трения, расчет которых затруднителен и в ряде случаях невозможен без выявления предварительных экспериментальных характеристик трущихся материалов в различных режимных условиях их эксплуатации. Учитывая, длительность проведения такого рода экспериментальных исследований, очень ценным является умение грамотно разрабатывать план эксперимента и последующая обработка полученных данных, с целью выявления математических зависимостей.

 Для физического исследования характерно сочетание экспериментального и аналитического методов изучения явлений и процессов.

Эксперимент [2,3] - это система операций, воздействий и (или) наблюдений, направленных на получение информации об объекте исследования.

Хотя объекты исследования очень разнообразны, методы экспериментальных исследований имеют много общего:

- каким бы простым не был эксперимент, вначале выбирают план его проведения;

- стремятся сократить число рассматриваемых переменных, для того чтобы уменьшить объем эксперимента;

- стараются контролировать ход эксперимента;

- пытаются исключить влияние случайных внешних воздействий;

- оценивают точность измерительных приборов и точность полученных данных;

- и наконец, в процессе любого эксперимента анализируют полученные результаты и стремятся дать их интерпретацию, поскольку без этого решающего этапа весь процесс экспериментального исследования не имеет смысла.

К сожалению, зачастую работа экспериментатора настолько хаотична и неорганизованна, а ее эффективность так мала, что полученные результаты не в состоянии оправдать даже тех средств, которые были израсходованы на проведение опытов. Поэтому вопросы организации эксперимента, снижения затрат на его проведение и обработку полученных результатов являются весьма актуальными.

Современные методы планирования эксперимента и обработки его результатов, разработанные на основе теории вероятностей и математической статистики, позволяют существенно (зачастую в несколько раз) сократить число необходимых для проведения опытов. Знание и использование этих методов делает работу экспериментатора более целенаправленной и организованной, существенно повышает как производительность его труда, так и надежность получаемых им результатов.

Любой эксперимент предполагает проведение тех или иных опытов.

Опыт – воспроизведение исследуемого явления в определенных условиях проведения эксперимента при возможности регистрации его результатов.

Рассмотрим следующую классификацию видов физического эксперимента [2, 4]:

1. По цели и по форме физического эксперимента:

- качественный – проводится с целью установления наличия или отсутствия у объекта определенных свойств или характеристик. Любой эксперимент, каким бы сложным он ни был, всегда заканчивается представлением его результатов, формулировкой выводов, выдачей рекомендаций. Эта информация может быть выражена в виде графиков, таблиц, чертежей, формул, статистических данных или словесных описаний. Качественный эксперимент подразумевает именно словесное описание его результатов.

- количественный – не только фиксирует факт существования того или иного явления, но, кроме того, позволяет установить соотношение между количественными характеристиками явления и количественными соотношениями способов внешнего воздействия на объект исследования.

2. По типу воздействующих факторов количественный эксперимент можно разделить на:

- пассивный – эксперимент, при котором уровни факторов в каждом опыте регистрируются исследователем, но не задаются.

Если экспериментатор имеет возможность не только контролировать факторы, но и управлять ими, то такой эксперимент носит название активного.

- активный – эксперимент, в котором уровни факторов в каждом опыте задаются исследователем.

3. По условиям проведения эксперимента (по стадиям):