Основы научных исследований: Учебное пособие, страница 27

Эмпирические методы. Эмпирические, то есть полученные из опыта, а не теоретически, знания играют важную роль научной деятельности. К эмпирическим методам исследования относят наблюдение, сравнение, измерение и эксперимент

Наблюдение — это целенаправленное и обычно систе­матическое восприятие объекта исследования (в целом или отдельных его качеств) без какого-либо вмешательства в его протекание. В процессе наблюдения фиксируются характер протекания процесса или качественные его характеристики Наблюдение, как вид исследования, применяется в биологии {наблюдение за поведением животных, фото- и киносъемки роста растений), в астрономии и т. л. Наблюдение служит, главным образом, для качественной оценки процесса или объ­екта.

Сравнение — сопоставление однородных объектов наблюдения, установление их сходства или различия непосред­ственно или путем сопоставления с эталоном. Такими путями оценивается, например, яркость звезд, цветовая характеристи­ка объекта и т. п

Измерение — количественная оценка исследуемого объекта в виде определенного числа выбранных единиц измерения. Измерение, как метод исследования, состоит, с одной стороны, в непосредственной численной оценке намеряемого объекта. С другой стороны, неотъемлемой частью любого измерения, о которой, к сожалению, часто забывают, должна являться реальная оценка надежности я объективности измерен­ных результатов. Роль измерений в научном исследовании, особенно в технических науках, исключительно велика

«Когда вы можете, — писал великий английский физик У. Томсон {Кельвин)—измерить то, о чем вы говорите, и выра­зить это в числах, вы что-то знаете об этом предмете Когда вы не можете выразить его в числах, ваше знание бедно и неудовлетворительно; оно, возможно, начало знания, но едва ли вы имеете а мыслях -нечто близкое к уровню науки, каков бы ни был предмет исследования»

Эксперимент представляет собой процесс изучения объекта, основанный на целенаправленном воздействии на не­го искусственно созданных условий, позволяющий наблюдать, сравнивать и измерять его свойства, устанавливать их зависи­мость от внешних условий. Как видно из определения, экспе­римент включает в себя отмеченные выше методы эмпириче­ского исследования.

Виды экспериментов. По характеру исследуемого объекта эксперименты могут быть: физические, биологические, эконо­мические, социологические. В данном случае под физическим экспериментом понимается эксперимент в области, так назы­ваемых, точных или технических наук, и по фактическому со­держанию он может быть физическим, химическим, гидравли­ческим, теплотехническим, динамическим и т. д.

В зависимости от объекта исследования физический экспе­римент может быть натурным или модельным, по месту про­ведения — лабораторным или производственным (эксплуата­ционным).

По цели проведения экспериментальные исследования можно разделить на три основных типа:

типовой эксперимент — испытания объекта, выполняе­мые неоднократно на разных образцах. Например, испытания машин или их деталей при их серийном производстве (сплош­ные или выборочные). В этих случаях уже известен характер зависимости между измеряемыми величинами в виде уравне­ния, их связывающего, и известны значения параметров этого уравнения.

Например, у = Зе^2х или .

Задача типового эксперимента состоит в проверке и оценке соответствия результатов измерений на конкретном объекте расчетным значениям;

проверочный эксперимент проводится, когда извес­тен характер теоретической зависимости между измеряемыми величинами. Например, известны такие зависимости

у = Ae^kx или у = В (хⁿ — a) z^-m. Задача эксперимента состоит в уста­новлении численных значений параметров, входящих в эти уравнения. Кроме того, в эксперименте должен быть установ­лен (или проверен) диапазон, в котором действует исследуе­мая зависимость;

поисковый эксперимент проводится тогда, когда нет надежной теории процесса, отсутствуют какие-либо теорети­ческие зависимости между измеряемыми величинами. Задача эксперимента состоит в том, чтобы установить, существует ли зависимость между ними, каков ее характер. Результаты по­искового эксперимента, как правило, заранее могут быть из­вестны лишь предположительно и то в общем виде. Поэтому итог поискового эксперимента может быть положительным (зависимость установлена) или отрицательным (ее существо­вание не обнаружено).

2. Проведение экспериментальных исследований

Трудности эксперимента. Проведение экспериментальных исследований связано с необходимостью преодоления ряда трудностей и противоречий. Основные из них следующие:

трудности измерения. Они весьма разнообразны. Многие физические величины недоступны для непосредственного из­мерения. Их значения определяются косвенным путем; через измерения других величин и последующими пересчетами. На­пример, температуры обмоток якоря и полюсов тяговых электрических машин определяются путем измерения измене­ний их электрического сопротивления, которые зависят от тем­пературы. Уже одно это показывает, что измеряют не темпе­ратуры в конкретных точках, а средние температуры всей об­мотки. Таким образом, любое практически измерение, помимо присущих ему погрешностей, связано с дополнительными ошибками, вызванными усреднением, пересчетом и т. п. В ря­де измерений возникают неучтенные погрешности, вызванные взаимодействием измерительного прибора и исследуемого объекта в процессе измерения;

трудности воспроизведения реальных режимов воздействия внешних условий, соответствующих производственным или эк­сплуатационным. Так же как теоретическая модель является приближением к реальному объекту, так и экспериментальные воздействия на объект являются некоторым приближени­ем к действительным. Поэтому практическое использование и перенос результатов эксперимента на реальную действительность также связаны с трудностями

Ошибки измерений, оценка точности измерений. Ознаком­ление с природой ошибок при измерениях и их классификаци­ей начинается для студента в начале его работы в лаборатории физики на первом   курсе. Анализ   возможных   ошибок оценка точности измерений являются непременной частью экспериментального исследования. Молодые исследователи не всегда уделяют этой стороне работы достаточное внимание.