Обработка физического эксперимента

На этой странице вы узнаете

• Как доказываются законы?
• Для чего один опыт должны проводить сотни раз разные ученые?
• Какие эксперименты являются самыми дорогими?

Физические эксперименты очень интересны и обширны. Знаменитый физик Исаак Ньютон в возрасте 15 лет поставил один из своих первых экспериментов, который можете повторить и вы. Однажды во время очень сильного ветра дети затеяли состязание по прыжкам в длину. Заметив, что прыгать лучше по ветру, чем против него, Исаак обскакал всех соперников, хотя был достаточно хилым мальчиком и никогда не преуспевал в играх на открытом воздухе. 

Позже он занялся опытами: записал, на сколько футов удается прыгнуть по ветру, на сколько — против ветра и на какую дальность он может прыгнуть в безветренный день. Так он получил представление о силе ветра, выраженной в футах. Уже став знаменитым ученым, он говорил, что считает эти прыжки своими первыми экспериментами. 

Каждый эксперимент несет в себе информацию, которая способна как доказать правильность закона, так и опровергнуть его, уничтожив годы работы ученых. Так давайте же подробнее узнаем, что такое эксперимент!

Эксперименты

Мы с вами уже знаем огромное множество законов. Однако, это лишь буквенные и цифровые обозначения. За каждым законом стоят годы трудов ученых. При этом мало вывести закон, его еще нужно доказать. Именно для этого и нужны эксперименты.

Существует большое количество способов проведения опыта на практике, или же эмпирического познания. Рассмотрим основные виды опытов:

• Наблюдательный — человек лишь наблюдает за каким-либо явлением, не вмешиваясь в него.
• Описательный — человек измеряет и описывает все, что видит.
• Сравнительный — человек сравнивает результаты двух и более опытов.
• Экспериментальный — проведение конкретных опытов, в конкретных, интересующих исследователя, условиях.

Как доказываются законы? Чтобы доказать правильность закона, необходимо провести эксперимент. Эксперименты являются конечным этапом в подтверждении закона. Эксперименты либо доказывают его, либо опровергают. Если эксперимент даст ожидаемый результат, значит, закон можно считать правильным, иначе его стоит либо доработать, либо полностью пересмотреть.

Также стоит отметить, что эксперименты наглядно показывают исследуемую зависимость: как будет меняться то или иное значение при смене другого значения.

Пример 1: Брусок с динамометром могут перемещать по разным поверхностям: мрамор, дерево, кафель и т.д. Если к бруску во всех опытах будет приложена одна и та же сила, то мы сможем наглядно увидеть, как зависит движение бруска от коэффициента трения бруска о ту или иную поверхность.

Для чего один опыт должны проводить сотни раз разные ученые? Важной характеристикой эксперимента является его воспроизводимость. Иначе говоря, при проведении эксперимента разными людьми в разное время он должен выдавать один и тот же результат. Эта необходимость связана с тем, что опыт может стать успешным по случайности из-за воздействия внешних факторов. Это может привести к ошибочным суждениям. Именно поэтому опыты повторяют в разных лабораториях по всему миру.

Эксперименты и их виды

Как вы знаете, физика — многогранна. В этой науке изучаются как простые явления — например, движение тела — так и куда более сложные темы — например, строение атома. Естественно, к изучению каждого явления нужен свой подход.

Именно поэтому существует огромное количество способов проведения экспериментов для изучения того или иного опыта. Мы с вами рассмотрим основные методы проведения опытов и научимся делать выводы, исходя из полученных данных.

Эксперименты, в которых нужно выявить зависимость

Это один из наиболее частых способов проведения опыта. В этом случае проводятся серии экспериментов, каждый из которых отличается от других минимум одним начальным значением. 

Так, в опыте по изучению зависимости сопротивления проводника от его размеров и свойств, могут быть приведены 5 проводников, каждый из которых будет отличаться материалом проводника, его длиной и площадью поперечного сечения. Чтобы изучить зависимость от длины, необходимо выбрать условия, в которых проводники будут отличаться лишь длиной, то есть будут сделаны из одинакового материала и иметь одинаковую площадь поперечного сечения. Рассмотрим конкретный пример. 

Пример 2: Требуется экспериментально проверить зависимость сопротивления металлического проводника от его длины. Какие два проводника из приведенного ниже перечня необходимо использовать для проведения этого эксперимента?

Решение: 

Чтобы изучить зависимость сопротивления от длины проводника, необходимо выбрать такие проводники, чтобы они были из одного материала и имели одинаковую площадь поперечного сечения. 

Из приведенных проводников под наши условия подходят (2) и (4).

Ответ: 2 и 4.

Эксперименты, в которых приводятся результаты опытов

Также является одним из наиболее распространенных. Зачастую этот метод применяется для опытов, результаты которых невозможно увидеть. Например, либо они проходят на микроскопических масштабах, либо в них меняются некоторые характеристики газа / жидкости / твердого тела. 

Поэтому специальные компьютеры записывают всю необходимую информацию, полученную в опыте, и выдают ее в виде таблицы со значениями, графиков или некоторого характерного изображения. 

Пример 3: Какие две из приведенных цепей необходимо выбрать ученику, чтобы установить зависимость силы тока в цепи от внутреннего сопротивления источника тока?

Решение:

Здесь нам также необходимо выбрать два опыта, отличие которых будет заключаться лишь во внутреннем сопротивлении источника тока.

Как мы видим, во 2 и 4 опытах отличается лишь внутреннее сопротивление. Именно с помощью этих двух цепей удастся установить зависимость силы тока от внутреннего сопротивления.

Ответ: 2 и 4.

Какие эксперименты являются самыми дорогими? Самыми дорогими экспериментами, как ни странно, являются наиболее сложные в воспроизводимости эксперименты. К таким экспериментам относятся испытания с частицами на адронном коллайдере, а также эксперименты с нестабильными химическими элементами. Это связано с тем, что такие элементы очень сложно и долго создаются, а жизнь самих частиц может составлять лишь доли секунды. Также одним из самых дорогих экспериментов является… МКС. Да, Международная Космическая Станция является большим экспериментом. На ней можно проводить опыты, которые невозможно реализовать на нашей планете. Также стоит помнить, что доставка груза, необходимого для проведения эксперимента, также является очень дорогой и осуществить ее могут лишь некоторые страны.

Фактчек

• Эксперименты нужны для подтверждения разных законов.
• Эксперименты могут наглядно показывать зависимость физических величин.
• Эксперименты должны быть воспроизводимыми.

Проверь себя

Задание 1.

Обязательно ли проводить эксперименты несколько раз? 

1. Да, обязательно.
2. Нет, не обязательно.

Задание 2.

Воспроизводимость эксперимента является необходимой частью эксперимента, потому что…

1. Необходимо наглядно показывать детям в школах.
2. Исключение ошибок и человеческого фактора.
3. На этом можно построить бизнес.

Задание 3.

В каких областях физики человек может проводить опыты?

1. В механике и термодинамике.
2. В атомной физике.
3. Во всех областях физики.

Ответы: 1. — 1; 2. — 2; 3. — 3.