Γιατί χρειάζονται οι μετρήσεις των φυσικών στην επιστήμη; Επιστημονική εργασία: Απόλυτο σύστημα μέτρησης φυσικών μεγεθών

Θέμα φυσικής.

Η φυσική είναι μια φυσική επιστήμη της οποίας το καθήκον είναι να μελετά τη φύση. Η φύση για εμάς είναι το σύνολο των φαινομένων του γύρω κόσμου, από την αλληλεπίδραση. Το μέτρο της εγκυρότητας των επιστημονικών συμπερασμάτων είναι η εμπειρία. Η μέθοδος κάθε επιστήμης αποτελείται από παρατήρηση, προβληματισμό και εμπειρία. Για τη φυσική, το όνομα της οποίας σημαίνει «φυσική επιστήμη», είναι απαραίτητο να καθιερωθούν πρότυπα που παρατηρούνται στα φαινόμενα τόσο της ζωντανής όσο και της άψυχης φύσης. Αυτά τα μοτίβα εκφράζονται ή περιγράφονται από ορισμένους φυσικούς νόμους.

Στο πρόσφατο ιστορικό παρελθόν, όλα τα φυσικά φαινόμενα χωρίζονταν συνήθως σε τάξεις: θερμότητα, ηλεκτρισμός, μηχανική, μαγνητισμός, χημικά φαινόμενα, φαινόμενα φωτός, ακτίνες Χ, πυρηνικοί μετασχηματισμοί. και τα λοιπά. Ωστόσο, αυτή η ταξινόμηση των φαινομένων είναι μια αντανάκλαση διαφορετικών πτυχών μιας φυσικής εικόνας του κόσμου.

Γιατί η μελέτη της φυσικής είναι τόσο σημαντική για την ανθρωπότητα; Ένα από τα σημαντικά κίνητρα είναι η ανάγκη χρήσης φυσικών, κυρίως πειραματικών, μεθόδων για την απόκτηση ποιοτικά νέων πληροφοριών σχετικά με φαινόμενα από άλλους τομείς της επιστήμης. Αυτή είναι μια καθαρά ρεαλιστική προσέγγιση. Όσο για την ίδια τη φυσική, η ανακάλυψη νέων φαινομένων και η κατανόησή τους καθιστά δυνατή τη βελτίωση και την οικοδόμηση μιας πιο αρμονικής εικόνας του κόσμου, ενός συστήματος ιδεών για τη φύση.

Ένα παράδειγμα της πραγματιστικής αξίας των φυσικών μεθόδων είναι η δημιουργία ενός μικροσκοπίου που κατέστησε δυνατή τη μελέτη πολλών μικροσκοπικών αντικειμένων και την απόκτηση τεράστιου όγκου γνώσεων σχετικά με τα ζωντανά μικροσκοπικά αντικείμενα, συμπεριλαμβανομένου του τμήματος της κυτταρικής βιολογίας. Η χρήση δομικής ανάλυσης ακτίνων Χ κατέστησε δυνατή την αποκρυπτογράφηση της δομής του DNA. Δικά του επιτεύγματα της φυσικής - τον περασμένο αιώνα έγινε αντιληπτό ότι τα θερμικά φαινόμενα μπορούν να περιοριστούν σε μηχανικά. Τα αποτελέσματα της θερμότητας και της θερμοκρασίας μπορούν να περιγραφούν χρησιμοποιώντας τους νόμους της μηχανικής.

Κατά τη μελέτη οποιουδήποτε περιορισμένου εύρους φαινομένων, είναι σημαντικό να καθιερωθούν πρότυπα ή αρχές με τη βοήθεια των οποίων εξηγούνται όλα τα γνωστά παρατηρήσιμα φαινόμενα της υπό εξέταση σειράς. Η καθιέρωση αυτών των αρχών θα προβλέψει περαιτέρω κάποια νέα φαινόμενα.

Η φυσική, ως φυσική επιστήμη, δεν βασίζεται σε νόμους και αρχές που μπορούν να αποκτηθούν, να αποδειχθούν ή να θεωρηθούν καθαρά κερδοσκοπικά. Πάντα, οποιοσδήποτε φυσικός νόμος είναι συνέπεια και προκύπτει ως αποτέλεσμα μιας γενίκευσης ενός συνόλου πειραματικών γεγονότων. Οποιοδήποτε πείραμα πραγματοποιείται με τη χρήση οργάνων μέτρησης. Κατά τη διάρκεια του πειράματος, ορισμένα αποτελέσματα μετρώνται με ορισμένα σφάλματα. Τίθεται το ερώτημα: τηρούνται με κάποια ακρίβεια οι νόμοι που επιβεβαιώνονται από αυτή την εμπειρία; Πράγματι, σε ορισμένες περιπτώσεις, τα γνωστά μοτίβα ισχύουν μόνο σε περιορισμένο βαθμό και με περιορισμένη ακρίβεια. Με τη βελτίωση της τεχνολογίας, τις τεχνικές μέτρησης και τη συσσώρευση σειρών πειραματικών γεγονότων, είναι δυνατό να ληφθούν πιο ακριβή αποτελέσματα ή να αντικρούσουμε αυτά που έχουν παρατηρηθεί προηγουμένως με σχετικά μεγάλα σφάλματα. Στην περίπτωση αυτή, οι αρχικά διατυπωμένες αρχές αντικαθίστανται από νέες. Αυτή η διαδικασία απεικονίζει τη μεθοδολογία της επιστήμης της φυσικής.

Ως παράδειγμα, εξετάστε την εξέλιξη της Νευτώνειας μηχανικής. Ονομάζεται Νευτώνεια επειδή ο Ισαάκ Νεύτων γενίκευσε και συστηματοποίησε την οικογένεια των πειραματικών γεγονότων στις «Μαθηματικές Αρχές της Φυσικής Φιλοσοφίας» - 1642. Η Νευτώνεια μηχανική περιγράφει σχετικά αργές κινήσεις με πολύ καλή ακρίβεια, και αυτό ισχύει στη μη σχετικιστική προσέγγιση. v<< ντοκαι είναι η περιοριστική περίπτωση της σχετικιστικής μηχανικής για v/ντο<< 1 . Οι αρχές της Νευτώνειας μηχανικής είναι άδικες όταν περιγράφονται αντικείμενα του μικροκόσμου, σε ατομική και μοριακή κλίμακα. Σε αυτή την περίπτωση, μια σωστή περιγραφή που επιβεβαιώνεται από την εμπειρία επιτυγχάνεται μόνο με βάση τις αρχές της κβαντικής μηχανικής.

Μοντέλο, θεωρία, νόμος.

Ένα μοντέλο είναι μια νοητική εικόνα ενός φαινομένου, που βασίζεται σε γνωστές έννοιες και περιορίζεται όταν εξετάζουμε το φαινόμενο μόνο στις πιο σημαντικές πτυχές του. Το μοντέλο μας επιτρέπει να κατασκευάσουμε μια χρήσιμη, ίσως μαθηματική, περιγραφή. Ένα μοντέλο είναι μια αντανάκλαση ενός φαινομένου που λαμβάνει υπόψη τις πιο βασικές του ιδιότητες. Παράδειγμα: ημι-κλασικό πλανητικό μοντέλο του ατόμου Bohr. Οι υποθέσεις του μοντέλου συνίστανται στην παραμέληση των μεγεθών του πυρήνα και των ηλεκτρονίων. Το μοντέλο παραλείπει ζητήματα βιωσιμότητας τέτοιας εκπαίδευσης. Το ατομικό μοντέλο του Bohr περιγράφει σωστά το φάσμα των απλούστερων ατόμων που μοιάζουν με υδρογόνο.

Θεωρία. Μερικές φορές οι όροι θεωρία και μοντέλο είναι συνώνυμοι. Πιο συχνά, το μοντέλο προϋποθέτει σχετική απλότητα σε σύγκριση με τη θεωρία. Η θεωρία εξετάζει ένα ευρύτερο φάσμα φαινομένων και τα μελετά με περισσότερες λεπτομέρειες. Είναι πιθανό η θεωρία να χτίζεται με βάση μια σειρά μοντέλων και έτσι να οδηγεί στην επίλυση προβλημάτων με υψηλή μαθηματική ακρίβεια. Παράδειγμα: ατομική-μοριακή θεωρία της δομής της ύλης.

Νόμος – σύντομες και γενικές δηλώσεις σχετικά με τη φύση των διαδικασιών. Για παράδειγμα: η ορμή ενός συστήματος κλειστού βρόχου διατηρείται. Ή, για παράδειγμα, ο νόμος της παγκόσμιας έλξης: η δύναμη είναι ανάλογη με το γινόμενο των μαζών και αντιστρόφως ανάλογη με το τετράγωνο της απόστασης μεταξύ τους. Ο νόμος καθιερώνει τη σχέση μεταξύ φυσικών μεγεθών που περιγράφουν ένα φαινόμενο. Για να ονομαστεί νόμος, μια δήλωση πρέπει να επιβεβαιώνεται επανειλημμένα από πειραματικά γεγονότα σε ένα ευρύ φάσμα συνθηκών. Επιπλέον, αυτή η πειραματική δοκιμή θα πρέπει να δίνει ένα ακριβές αποτέλεσμα κάθε φορά. Για παράδειγμα, ο νόμος διατήρησης της ενέργειας που εξετάζεται στις πράξεις σύγκρουσης σωματιδίων δηλώνει: η ενέργεια του συστήματος πριν από τη σύγκρουση είναι ίση με την ενέργεια του συστήματος μετά τη σύγκρουση. Το πρόσημο της ισότητας λαμβάνει χώρα πάντα, σε πολλά πειράματα, η ισότητα εκπληρώνεται με την ακρίβεια που επιτυγχάνεται με τα σύγχρονα όργανα.

Συστήματα μονάδων, διαστάσεων.

Η φυσική είναι μια ποσοτική επιστήμη. Οποιαδήποτε μέτρηση παράγει ένα αποτέλεσμα με τη μορφή αριθμού. Ένας μετρημένος αριθμός υποδηλώνει ότι έχουν εισαχθεί κάποιες κλίμακες (πρότυπα), οι οποίες θα ονομάζονται μονάδες μέτρησης (πρότυπα).

Βασικά στοιχεία μετρολογίας

φροντιστήριο

«Τρία μονοπάτια οδηγούν στη γνώση:

ο δρόμος του προβληματισμού είναι ο πιο ευγενής.

ο δρόμος της μίμησης είναι ο πιο εύκολος.

ο δρόμος της εμπειρίας είναι ο πιο δύσκολος»

Κομφούκιος

C 32 Yu. P. Shcherbak Βασικές αρχές μετρολογίας:

Εγχειρίδιο για τα πανεπιστήμια.

Εξετάζονται οι βασικές έννοιες και διατάξεις της μετρολογίας, οι βασικές έννοιες της θεωρίας των σφαλμάτων, η επεξεργασία των αποτελεσμάτων των μετρήσεων, η ταξινόμηση των σημάτων και οι παρεμβολές. Για φοιτητές που σπουδάζουν φυσικές επιστήμες και τεχνικές ειδικότητες.

© Yu. P. Shcherbak, 2007

Κεφάλαιο 1. Αντικείμενο και εργασίες μετρολογίας……………………………………………………………….4

1.1 Μετρολογία θέματος…………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………

1.2 Ο ρόλος των μετρήσεων στην ανάπτυξη της επιστήμης και της βιομηχανίας……………………………………………….4

1.3 Αξιοπιστία της επιστημονικής γνώσης……………………………………………………………..16

Κεφάλαιο 2. Βασικές διατάξεις μετρολογίας…………………………………………………………………………………………….

2.1 Φυσικά μεγέθη……………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………

2.2 Σύστημα φυσικών μεγεθών και των μονάδων τους………………………………………………….30

2.3 Αναπαραγωγή μονάδων φυσικών μεγεθών και μεταφορά των μεγεθών τους…………………35

2.4 Η μέτρηση και οι βασικές λειτουργίες της…………………………………………………………..39

κεφάλαιο 3. Βασικές έννοιες της θεωρίας λάθους……………………………………………………………………………………………………………………

3.1 Ταξινόμηση σφαλμάτων……………………………………………………………….52

3.2 Συστηματικά λάθη……………………………………………………………………………………

3.3 Τυχαία σφάλματα……………………………………………………………………………………..62

3.3.1 Γενικές έννοιες…………………………………………………………………………………………62

3.3.2 Βασικοί νόμοι διανομής………………………………………………………….64

3.3.3 Σημειακές εκτιμήσεις των παραμέτρων των νόμων διανομής……………………………………67

3.3.4 Διάστημα εμπιστοσύνης (εκτιμήσεις εμπιστοσύνης)……………………………………………………………69

3.3.5 Μεγάλα σφάλματα και μέθοδοι για την εξάλειψή τους……………………………………………………………..71

Κεφάλαιο 4. Επεξεργασία των αποτελεσμάτων των μετρήσεων……………………………………………………………………………………………………………………………………………

4.1 Μεμονωμένες μετρήσεις…………………………………………………………………..72

4.2 Πολλαπλές μετρήσεις ίσης ακρίβειας………………………………………………………………………….

4.3 Έμμεσες μετρήσεις……………………………………………………………………..75

4.4 Ορισμένοι κανόνες για την πραγματοποίηση μετρήσεων και την παρουσίαση των αποτελεσμάτων………………77

Κεφάλαιο 5. Σήματα μέτρησης………………………………………………………………………………………………………………………………………………

5.1 Ταξινόμηση σημάτων………………………………………………………………….79

5.2 Μαθηματική περιγραφή σημάτων. Παράμετροι σημάτων μέτρησης………….81

5.3 Διακεκριμένα σήματα………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………

5.4 Ψηφιακά σήματα………………………………………………………………………………..89

5.5 Παρεμβολή………………………………………………………………………………..91

Λογοτεχνία…………………………………………………………………………………… 109

Κεφάλαιο 1. Αντικείμενο και εργασίες μετρολογίας

Μετρολογία του θέματος

Μετρολογία –η επιστήμη των μετρήσεων, των μεθόδων, των μέσων εξασφάλισης της ενότητάς τους και των μεθόδων επίτευξης της απαιτούμενης ακρίβειας (GOST 16263-70).

Η ελληνική λέξη «μετρολογία» αποτελείται από 2 λέξεις «μέτρον» - μέτρο και «λόγος» - δόγμα.

Θέμα μετρολογίας– είναι η εξαγωγή ποσοτικών πληροφοριών σχετικά με τις ιδιότητες των αντικειμένων και των διαδικασιών με δεδομένη ακρίβεια και αξιοπιστία.

Εργαλεία μετρολογίαςείναι ένα σύνολο οργάνων μέτρησης και μετρολογικών προτύπων που διασφαλίζουν την ορθολογική χρήση τους.

Καμία επιστήμη δεν μπορεί να κάνει χωρίς μετρήσεις.

Η βασική έννοια της μετρολογίας είναι μέτρηση.

Η μέτρηση είναι η εύρεση της τιμής ενός φυσικού μεγέθους (PV)

Πειραματικά χρησιμοποιώντας ειδικά τεχνικά μέσα (GOST 16263-70).

Οι μετρήσεις μπορούν να αναπαρασταθούν από τρεις πτυχές [L.1]:

• Φιλοσοφική πλευρά της μέτρησης: οι μετρήσεις είναι η πιο σημαντική καθολική μέθοδος κατανόησης φυσικών φαινομένων και διεργασιών
• Επιστημονική πτυχή της μέτρησης: με τη βοήθεια των μετρήσεων (πείραμα), γίνεται σύνδεση θεωρίας και πράξης («η πράξη είναι το κριτήριο της αλήθειας»)
• Τεχνική πτυχή των μετρήσεων: οι μετρήσεις παρέχουν ποσοτικές πληροφορίες σχετικά με το αντικείμενο διαχείρισης ή ελέγχου.

Ο ρόλος της μέτρησης στην ανάπτυξη της επιστήμης και της βιομηχανίας.

Ας παραθέσουμε τις δηλώσεις διάσημων επιστημόνων για τον ρόλο των μετρήσεων [L.3].

V. Thompson: «Συχνά λέω ότι όταν μπορείς να μετρήσεις αυτό που μιλάς και μπορείς να το εκφράσεις με αριθμούς, τότε ξέρεις κάτι για αυτό. Αλλά όταν δεν μπορείτε να το μετρήσετε, δεν μπορείτε να το εκφράσετε με αριθμούς, τότε η γνώση σας θα είναι αξιολύπητη και μη ικανοποιητική. μπορεί να αντιπροσωπεύει την αρχή της γνώσης, αλλά στις σκέψεις σας μόλις και μετά βίας έχετε προσεγγίσει αυτό που αξίζει το όνομα της επιστήμης, όποιο κι αν είναι το αντικείμενο της έρευνας» (Structure of Matter, 1895)

A. Le Chatelier: «Το να μάθεις να μετράς σωστά είναι ένα από τα πιο σημαντικά, αλλά και τα πιο δύσκολα στάδια της επιστήμης. Μια ψευδής μέτρηση αρκεί για να αποτρέψει την ανακάλυψη ενός νόμου και, ακόμη χειρότερα, να οδηγήσει στη θέσπιση ενός ανύπαρκτου νόμου. Αυτή ήταν, για παράδειγμα, η προέλευση του νόμου για τις ακόρεστες ενώσεις υδρογόνου και οξυγόνου, με βάση πειραματικά σφάλματα στις μετρήσεις του Bunsen» (Science and Industry, 1928).

Ας επεξηγήσουμε το πρώτο μέρος της δήλωσης A. Le Chatelierπαραδείγματα ορισμένων σημαντικών μετρήσεων στον τομέα της μηχανικής και της βαρύτητας τα τελευταία ~ 300 χρόνια και ο αντίκτυπός τους στην ανάπτυξη της επιστήμης και της τεχνολογίας.

1. 1583 – Γ. Γαλιλαίοςκαθιέρωσε τον ισοχρονισμό των ταλαντώσεων του εκκρεμούς.

Ο ισοχρονισμός των ταλαντώσεων του εκκρεμούς αποτέλεσε τη βάση για τη δημιουργία νέων ρολογιών - χρονομέτρων, τα οποία έγιναν το σημαντικότερο εργαλείο πλοήγησης στην εποχή των μεγάλων γεωγραφικών ανακαλύψεων (μετρώντας την ώρα του μεσημεριού στο σημείο που βρισκόταν το πλοίο σε σύγκριση με το το λιμάνι αναχώρησης κατέστησε δυνατό τον προσδιορισμό του γεωγραφικού μήκους, μετρώντας το ύψος του Ήλιου πάνω από τον ορίζοντα το μεσημέρι - γεωγραφικό πλάτος...)

(Η περίοδος ταλάντωσης ενός εκκρεμούς: - γωνιακή ταχύτητα· η περίοδος ταλάντωσης δεν εξαρτάται από τη μάζα και το πλάτος των ταλαντώσεων - ισοχρονισμός).

1. 1604 – Γ. Γαλιλαίοςκαθιέρωσε την ομοιόμορφη επιτάχυνση της κίνησης ενός σώματος σε κεκλιμένο επίπεδο
2. 1619 - Ι. Κέπλερδιατύπωσε, με βάση μετρήσεις, τον νόμο III της πλανητικής κίνησης: T 2 ~ R 3 (T - περίοδος, R - τροχιακή ακτίνα)
3. 1657 – H. Huygensσχεδίασε ένα ρολόι εκκρεμούς με μηχανισμό διαφυγής (άγκυρα)
4. 1678 – H. Huygensμέτρησε το μέγεθος της βαρύτητας για το Παρίσι (g = 979,9 cm/s 2)
5. 1798 - G. Cavendishμέτρησε τη δύναμη έλξης δύο σωμάτων χρησιμοποιώντας ζυγούς στρέψης και προσδιόρισε τη σταθερά βαρύτητας στο νόμο του Νεύτωνα, προσδιόρισε τη μέση πυκνότητα της Γης (5,18 g/cm 3)

Η δημιουργία από τον H. Huygens ενός ακριβούς ρολογιού με μηχανισμό διαφυγής (άγκυρα) έγινε η βάση της τεχνολογίας μέτρησης. και η μέτρηση της βαρύτητας είναι η βάση της βαλλιστικής.

Ως αποτέλεσμα αυτών των πειραμάτων, διατυπώθηκε ο 3ος νόμος της πλανητικής κίνησης του I. Kepler και ο νόμος της παγκόσμιας βαρύτητας (I. Newton) - η βάση κάθε σύγχρονης ανθρώπινης δραστηριότητας που σχετίζεται με το διάστημα.

1. 1842 – H. Dopplerπρότεινε την επίδραση της σχετικής κίνησης των σωμάτων στη συχνότητα του ήχου (το φαινόμενο Doppler, το 1848 ο A. Fizeau επέκτεινε αυτή την αρχή στα οπτικά φαινόμενα)

Η μετατόπιση συχνότητας λόγω της σχετικής κίνησης της πηγής και του δέκτη του ήχου ή του φωτός (H. Doppler, A. Fizeau) ήταν η βάση για τη δημιουργία ενός μοντέλου του διαστελλόμενου Σύμπαντος (E. Hubble). Η μέτρηση της κοσμικής ακτινοβολίας υποβάθρου μικροκυμάτων (A. Penzias και R. Wilson) είναι καθοριστική απόδειξη της εγκυρότητας του μοντέλου του διαστελλόμενου Σύμπαντος, η αρχή του οποίου ήταν με τη μορφή μιας «Μεγάλης Έκρηξης».

Σύγχρονες παραστάσεις:

Το πρώτο ("πληθωριστικό") στάδιο της διαστολής του Σύμπαντος διήρκεσε μόνο ~ 10 -35 δευτερόλεπτα. Σε αυτό το διάστημα, το «έμβρυο» του Σύμπαντος, που αναδύθηκε από το απόλυτο τίποτα, αυξήθηκε έως και 10.100 φορές. Σύμφωνα με τις σύγχρονες αντιλήψεις, η γέννηση του Σύμπαντος από μια μοναδικότητα ως αποτέλεσμα της Μεγάλης Έκρηξης προκαλείται από μια κβαντική διακύμανση του κενού. Επιπλέον, ήδη τη στιγμή της Μεγάλης Έκρηξης, διάφορες ιδιότητες και παράμετροι ήταν εγγενείς στις κβαντικές διακυμάνσεις του κενού, συμπεριλαμβανομένων. θεμελιώδεις φυσικές σταθερές ( ε, η, γ, κκαι τα λοιπά.)

Εάν τη στιγμή T 0 = 1s ο ρυθμός διαστολής της ύλης διέφερε από την πραγματική τιμή κατά 10 -18 (10 -16%) κλάσματα της τιμής της προς τη μία ή την άλλη κατεύθυνση, τότε το Σύμπαν είτε θα κατέρρεε σε ένα υλικό σημείο, ή το θέμα θα διαλυόταν τελείως.

Η σύγχρονη φυσική επιστήμη βασίζεται στην επαναλαμβανόμενη παρατήρηση ενός γεγονότος, στην επανάληψη του σε διάφορες συνθήκες - πείραμα, στην ποσοτική του περιγραφή. δημιουργώντας ένα μοντέλο αυτού του γεγονότος, φαινομένου ή διαδικασίας, καθιερώνοντας τύπους, εξαρτήσεις, συνδέσεις. Παράλληλα αναπτύσσονται πρακτικές εφαρμογές του φαινομένου. Στη συνέχεια, προκύπτει (δημιουργείται) μια θεμελιώδης θεωρία. Μια τέτοια θεωρία προσφέρει μια γενίκευση και δημιουργεί συνδέσεις μεταξύ ενός δεδομένου φαινομένου και άλλων φαινομένων ή διεργασιών. Επί του παρόντος, πραγματοποιείται συχνά μαθηματική μοντελοποίηση του φαινομένου. Με βάση τη θεμελιώδη θεωρία, προκύπτουν νέες, ευρύτερες εφαρμογές.

Στο Σχ. Το 1.1 δείχνει ένα σχηματικό διάγραμμα της μεθοδολογίας της φυσικής επιστήμης [L.2]

Νέες πρακτικές εφαρμογές

Ρύζι. 1.1

Χρησιμοποιώντας το παράδειγμα της πειραματικής ανακάλυψης του H. Doppler για την επίδραση της σχετικής κίνησης των σωμάτων στη συχνότητα του ήχου, μπορούμε να εντοπίσουμε τα στάδια αυτού του μεθοδολογικού σχήματος

Στάδιο 1.

Προβλήματα καταγραφής γεγονότος, ακρίβεια μετρήσεων για μετέπειτα ποσοτική περιγραφή, επιλογή μονάδων μέτρησης. (Πείραμα)

Παράδειγμα: Ο H. Doppler κατέγραψε (μετρήθηκε) το 1842 την επίδραση της σχετικής κίνησης των σωμάτων στη συχνότητα του ήχου (το φαινόμενο Doppler).

Στάδιο 2.

Καθιέρωση εξαρτήσεων, τύπων, συνδέσεων, συμπεριλαμβανομένης της ανάλυσης των διαστάσεων των ποσοτήτων, καθορισμός σταθερών. (Μοντέλο)

Παράδειγμα: Με βάση τα πειράματα του H. Doppler, αναπτύχθηκε ένα μοντέλο του φαινομένου:

Ο ήχος είναι οι διαμήκεις δονήσεις του αέρα. όταν η πηγή κινείται, αλλάζει ο αριθμός των ταλαντώσεων που δέχεται ο δέκτης σε 1 s, δηλ. αλλαγές συχνότητας.

Στάδιο.

Παράδειγμα: Ανάπτυξη συσκευών με βάση το φαινόμενο Doppler: ηχοεντοπιστές, ταχύμετρα κινούμενων σωμάτων (τοποθέτης τροχαίας).

Στάδιο.

Διατύπωση αρχών και γενικεύσεων, δημιουργία θεμελιώδους θεωρίας, αποσαφήνιση συνδέσεων με άλλα φαινόμενα, προβλέψεις (συμπεριλαμβανομένης της μαθηματικής μοντελοποίησης). (Θεμελιώδης θεωρία).

Παράδειγμα: Οι αρχές της σχετικότητας του Γαλιλαίου, τότε του Αϊνστάιν διατυπώθηκαν:

ισότητα όλων των αδρανειακών συστημάτων αναφοράς.

Στάδιο.

Ανάλυση ενός ευρέος φάσματος φαινομένων, αναζήτηση προτύπων σε άλλους τομείς της φυσικής. (Άλλα φαινόμενα).

Παράδειγμα: Το 1848, ο A. Fizeau επέκτεινε την αρχή Doppler στα οπτικά φαινόμενα:

Το φως είναι εγκάρσιες ταλαντώσεις ενός ηλεκτρομαγνητικού πεδίου, επομένως το φαινόμενο Doppler μπορεί να εφαρμοστεί και στο φως (φαινόμενο FISO).

Στάδιο 6.

Δημιουργία νέων συσκευών, εφαρμογή σε άλλους τομείς. ( Νέες πρακτικές εφαρμογές).

Παράδειγμα:

§ Μέτρηση αποστάσεων στην κοσμολογία με την ερυθρή μετατόπιση της ακτινοβολίας από μακρινούς γαλαξίες

§ Η μετατόπιση συχνότητας λόγω της σχετικής κίνησης της πηγής και του δέκτη της ακτινοβολίας ήταν η βάση για τη δημιουργία ενός μοντέλου του διαστελλόμενου Σύμπαντος (E. Hubble)

§ Η μέτρηση της κοσμικής μικροκυματικής ακτινοβολίας υποβάθρου (A. Penzias και R. Wilson) ήταν απόδειξη της εγκυρότητας του μοντέλου του διαστελλόμενου Σύμπαντος, η αρχή του οποίου είχε τη μορφή «Big Bang».

Η δημιουργία μιας συσκευής μέτρησης ή η ανάπτυξη μιας μεθόδου μέτρησης είναι το πιο σημαντικό βήμα προς την ανακάλυψη νέων φαινομένων και εξαρτήσεων. Στην εποχή μας, υπάρχουν πολύ λίγες πιθανότητες να ανακαλύψουμε κάτι πολύ νέο χωρίς να καταφύγουμε σε ακριβή εξοπλισμό: οτιδήποτε νέο έγινε γνωστό πρόσφατα δεν ήταν αποτέλεσμα απλής άοπλης παρατήρησης του συνηθισμένου φάσματος φαινομένων της καθημερινής ζωής, όπως συνέβαινε στο τις απαρχές της επιστήμης.

Ωστόσο, είναι σημαντικό στα πρώτα στάδια της γενικής ανίχνευσης να μην καταφύγετε σε μια υπερβολικά λεπτή πειραματική τεχνική - η υπερβολική επιπλοκή προκαλεί καθυστερήσεις και οδηγεί σε ένα πυκνό πυκνό σύνολο βοηθητικών λεπτομερειών που αποσπούν την προσοχή από το κύριο πράγμα.

Η ικανότητα να αρκεστείς με απλά μέσα εκτιμάται πάντα από τους ερευνητές.

Κάθε ερευνητής πρέπει να λαμβάνει υπόψη τα γενικά αποδεκτά συστήματα μέτρων και πρέπει να γνωρίζει καλά τη συσχέτιση των παραγόμενων μονάδων με εκείνες που γίνονται αποδεκτές ως βασικές, δηλ. σε διάσταση. Η έννοια των συστημάτων μονάδων και διαστάσεων θα πρέπει να είναι τόσο σαφής ώστε τέτοιες περιπτώσεις «μαθητών» να αποκλείονται εντελώς όταν οι διαστάσεις της αριστερής και δεξιάς πλευράς της εξίσωσης είναι διαφορετικές ή οι ποσότητες βρίσκονται σε διαφορετικά συστήματα μονάδων.

Μόλις καθοριστεί η βασική διαδρομή μέτρησης, επιδιώκεται να βελτιωθεί η ακρίβεια της μέτρησης. Όποιος ασχολείται με μετρήσεις θα πρέπει να είναι εξοικειωμένος με τεχνικές για την αξιολόγηση της ακρίβειας των αποτελεσμάτων. Εάν ο ερευνητής είναι άπειρος, σπάνια ξέρει πώς να απαντήσει στο ερώτημα ποια είναι η ακρίβεια της μέτρησης που έχει κάνει, δεν γνωρίζει ούτε ποια ακρίβεια πρέπει να επιτύχει στην εργασία του ούτε τι ακριβώς περιορίζει την ακρίβειά του. Αντίθετα, ένας έμπειρος ερευνητής μπορεί να εκφράσει με αριθμούς την ακρίβεια κάθε μέτρησής του και εάν η ακρίβεια που προκύπτει είναι χαμηλότερη από την απαιτούμενη, μπορεί να πει εκ των προτέρων ποιο από τα στοιχεία μέτρησης θα είναι το πιο σημαντικό για βελτίωση. .

Εάν δεν κάνετε παρόμοιες ερωτήσεις στον εαυτό σας, δυσάρεστα περιστατικά συμβαίνουν ακόμη και σε άτομα με γνώση. Για παράδειγμα, ο Leist, καθηγητής στο Πανεπιστήμιο της Μόσχας, πέρασε 20 χρόνια κατασκευάζοντας έναν χάρτη μιας μαγνητικής ανωμαλίας στον οποίο οι μετρήσεις του μαγνητικού πεδίου ήταν ακριβείς, αλλά οι συντεταγμένες των σημείων μέτρησης δεν ήταν αντίστοιχα ακριβείς, επομένως δεν ήταν δυνατός ο αξιόπιστος προσδιορισμός τις κλίσεις των συνιστωσών της έντασης του πεδίου που είναι απαραίτητες για την εκτίμηση της υποκείμενης μάζας υπόγεια. Ως αποτέλεσμα, όλη η εργασία έπρεπε να επαναληφθεί.

Ανεξάρτητα από το πόσο ο ερευνητής προσπαθεί για την ακρίβεια των μετρήσεων, θα εξακολουθεί να αντιμετωπίζει αναπόφευκτα σφάλματα στα αποτελέσματα των μετρήσεων.

Να τι είπε ο Α. Πουανκαρέ σχετικά με αυτό το 1903 («Υπόθεση και επιστήμη»): «Ας φανταστούμε ότι μετράμε ένα ορισμένο μήκος με ένα λάθος μέτρο, για παράδειγμα, πολύ μεγάλο σε σύγκριση με το κανονικό. Ο αριθμός που προκύπτει που εκφράζει το μετρούμενο μήκος θα είναι πάντα ελαφρώς μικρότερος από τον αληθινό και αυτό το σφάλμα δεν θα εξαλειφθεί όσες φορές κι αν επαναλάβουμε τη μέτρηση. Αυτό είναι ένα παράδειγμα συστηματικόςΣφάλματα. Ωστόσο, μετρώντας το μήκος μας με το σωστό μετρητή, δεν θα αποφύγουμε λάθη, για παράδειγμα, από την εσφαλμένη ανάγνωση του αριθμού των διαιρέσεων. αλλά αυτές οι λανθασμένες παρατηρήσεις μπορεί να είναι λίγο πολύ της πραγματικής τιμής, έτσι ώστε αν κάνουμε μεγάλο αριθμό παρατηρήσεων και πάρουμε τον μέσο όρο τους, το σφάλμα θα είναι κοντά στο μηδέν. Εδώ είναι ένα παράδειγμα τυχαίων σφαλμάτων."

«Τα πιο σοβαρά συστηματικά λάθη είναι εκείνα των οποίων η προέλευση είναι ακόμα άγνωστη. Όταν τους συναντάς στη δουλειά, είναι καταστροφή. Ένας επιστήμονας είχε την ιδέα να κατασκευάσει ένα ψυχόμετρο χρησιμοποιώντας μια κύστη αρουραίου. Η συμπίεση της φυσαλίδας προκάλεσε την άνοδο του υδραργύρου στον τριχοειδή σωλήνα και αντανακλά την υδροθερμική κατάσταση του αέρα. Αποφασίστηκε ότι όλα τα πλοία του αγγλικού στόλου θα πρέπει να λαμβάνουν κατάλληλες μετρήσεις σε όλο τον κόσμο καθ' όλη τη διάρκεια του έτους. Με αυτόν τον τρόπο ήλπιζαν να κατασκευάσουν έναν πλήρη ψυχομετρικό χάρτη όλου του κόσμου. Όταν ολοκληρώθηκε η εργασία, αποδείχθηκε ότι η ικανότητα της κύστης του αρουραίου να συστέλλεται είχε αλλάξει πολύ κατά τη διάρκεια ενός έτους και άλλαξε άνισα, ανάλογα με το κλίμα στο οποίο βρισκόταν. Και όλη η τεράστια δουλειά πήγε χαμένη». (Le Chatelier, Επιστήμη και Βιομηχανία).

Αυτό το παράδειγμα δείχνει ότι τα συστηματικά σφάλματα μπορεί να είναι η υπέρθεση μιας μη ανιχνεύσιμης παρενέργειας σε μια μετρημένη - αυτό εξηγεί τη φύση και τον κίνδυνο τους.

Σε κάθε πείραμα υπάρχουν συστηματικά σφάλματα. Υπάρχουν πολλές πηγές τους - ανακρίβεια στη βαθμονόμηση της συσκευής, μια "κατεστραμμένη" κλίμακα, η επίδραση της συσκευής στο αντικείμενο μελέτης και πολλά άλλα. άλλα.

Παράδειγμα, που απεικονίζει την επίδραση της συσκευής στο υπό μελέτη κύκλωμα (Εικ. 1.2).

Πρέπει να μετρηθεί χρησιμοποιώντας

αμπερόμετρο Ένα ρεύμα στο φορτίο.

Ρύζι. 1.2

Ένα πραγματικό αμπερόμετρο έχει εσωτερική αντίσταση r A. (Η αντίσταση πλαισίου ενός αμπερόμετρου ενός μαγνητοηλεκτρικού ή ηλεκτρομαγνητικού συστήματος).

Εάν γνωρίζουμε την τιμή του r A (αυτή δίνεται πάντα στα τεχνικά χαρακτηριστικά της συσκευής), τότε το συστηματικό σφάλμα είναι εύκολο να υπολογιστεί και να ληφθεί υπόψη με διόρθωση.

Έστω r A =1.Ohm,

Τότε το ισοδύναμο κύκλωμα θα μοιάζει με:

Σε ένα ιδανικό σχήμα (r A = 0)

Σε πραγματικό κύκλωμα (με ενεργοποιημένο

συσκευή)

I Hx =

Εικ. 1.3

Το σφάλμα μέτρησης (απόλυτο) είναι:

Το σχετικό συστηματικό σφάλμα είναι: (!).

Εάν μια συσκευή (αμπερόμετρο) έχει τάξη ακρίβειας 1,0% και δεν λάβουμε υπόψη την επίδραση της συσκευής στην ακρίβεια του πειράματος, τότε το σφάλμα μέτρησης θα είναι σχεδόν μια τάξη μεγέθους μεγαλύτερο από το αναμενόμενο σφάλμα (καθορισμένο από την κατηγορία ακρίβειας της συσκευής). Ταυτόχρονα, γνωρίζοντας τη φύση του συστηματικού σφάλματος, είναι εύκολο να ληφθεί υπόψη (στο Κεφάλαιο 3 θα συζητηθούν λεπτομερώς οι λόγοι για την εμφάνιση συστηματικών σφαλμάτων και οι τρόποι αντιστάθμισης τους).

Στο παράδειγμά μας, γνωρίζοντας την τιμή του r A είναι εύκολο να υπολογιστεί αυτό το σφάλμα

() και εισάγετε την κατάλληλη διόρθωση στο αποτέλεσμα (D n = - D syst):

Σε = Σε x + D n = 2,73A +0,27A = 3,00A

Τα τυχαία λάθη για τα οποία μίλησε ο Πουανκαρέ είναι εντελώς διαφορετικής φύσης.

Η τυχαιότητα στην επιστήμη και την τεχνολογία θεωρείται συνήθως ως εχθρός, ως ενόχληση που εμποδίζει την ακριβή μέτρηση. Οι άνθρωποι έχουν αρχίσει εδώ και καιρό να παλεύουν με την τυχαιότητα.

Για πολύ καιρό πίστευαν ότι τα ατυχήματα οφείλονταν απλώς στην άγνοιά μας για τα αίτια που τα προκάλεσαν. Χαρακτηριστική από αυτή την άποψη είναι η δήλωση του διάσημου Ρώσου επιστήμονα K. A. Timiryazev.

«...Τι είναι υπόθεση; Μια κενή λέξη που καλύπτει την άγνοια, ένα τέχνασμα ενός τεμπέλικου μυαλού. Υπάρχει τύχη στη φύση; Είναι δυνατόν; Είναι δυνατόν να ενεργήσει κανείς χωρίς λόγο; («A Brief Outline of Darwin’s Theory»).

Πράγματι, εάν εντοπιστούν όλες οι αιτίες ενός τυχαίου συμβάντος, τότε η τυχαιότητα μπορεί να εξαλειφθεί. Αλλά αυτή είναι μια μονόπλευρη έννοια, εδώ Η τυχαιότητα ταυτίζεται με την αδικία. Εδώ βρίσκεται η αυταπάτη του μεγάλου επιστήμονα.

Κάθε συμβάν έχει μια σαφώς καθορισμένη αιτία, συμπεριλαμβανομένου ενός τυχαίου συμβάντος. Είναι καλό όταν η αλυσίδα των αιτιών και των συνεπειών είναι απλή και ευδιάκριτη. Σε αυτήν την περίπτωση, το συμβάν δεν μπορεί να θεωρηθεί τυχαίο. Για παράδειγμα, η ερώτηση: θα πέσει ένα πεταμένο νόμισμα στο πάτωμα ή στο ταβάνι - μπορείτε να απαντήσετε σίγουρα, δεν υπάρχει καμία πιθανότητα εδώ.

Εάν η αλυσίδα των αιτιών και των αποτελεσμάτων είναι πολύπλοκη και δεν μπορεί να φανεί, τότε το συμβάν γίνεται απρόβλεπτο και ονομάζεται τυχαίο.

Για παράδειγμα: εάν ένα πεταμένο νόμισμα προσγειώνεται με έναν αριθμό ή ένα εθνόσημο μπορεί να περιγραφεί με ακρίβεια από μια αλυσίδα αιτιών και αποτελεσμάτων. Αλλά είναι σχεδόν αδύνατο να εντοπιστεί μια τέτοια αλυσίδα. Αποδεικνύεται ότι αν και υπάρχει λόγος, δεν μπορούμε να προβλέψουμε το αποτέλεσμα - είναι τυχαίο.

«Κανείς δεν θα αγκαλιάσει την απεραντοσύνη»

(Κ. Προύτκοφ)

Ας εξετάσουμε ένα πρόβλημα που μπορεί να χρησιμεύσει ως εξαιρετικό παράδειγμα της σχετικότητας των γνώσεών μας και απεικονίζει καλά τον αφορισμό του K. Prutkov.

Εργο: Το διάσημο μήλο του Νεύτωνα βρίσκεται στο τραπέζι.

Τι θα έπρεπε να ληφθεί υπόψη για να υπολογιστεί με απόλυτη ακρίβεια η δύναμη με την οποία το μήλο πιέζει αυτή τη στιγμή στο τραπέζι;

Η λύση είναι αφηρημένη:

Δύναμη φάμε το οποίο πατάει το μήλο στο τραπέζι ισούται με το βάρος του μήλου Π:

Αν ένα μήλο ζυγίζει 0,2 κιλά, τότε F= 0,2 kg.s = 0,2 x 9,80665N = 1,96133N (σύστημα SI).

Ας απαριθμήσουμε όλους τους λόγους που επηρεάζουν την πίεση του μήλου στο τραπέζι σε μια δεδομένη στιγμή.

Ετσι: F = P = mg., Οπου Μ- μάζα μήλου, σολ- επιτάχυνση της βαρύτητας.

Ως αποτέλεσμα, έχουμε 4 στοιχεία που μπορούν να επηρεαστούν από εξωτερικούς παράγοντες.

1 . Μάζα μήλου m.

Επηρεάζεται από:

§ Εξάτμιση νερού υπό την επίδραση της θερμότητας και του ηλιακού φωτός.

§ Απελευθέρωση και απορρόφηση αερίων λόγω συνεχιζόμενων χημικών αντιδράσεων (ωρίμανση, αποσύνθεση, φωτοσύνθεση).

§ Εκπομπή ηλεκτρονίων υπό την επίδραση ηλιακών ακτίνων, ακτίνων Χ και γ – ακτινοβολία;

§ Απορρόφηση ηλεκτρονίων, πρωτονίων και άλλων κβαντών.

§ Απορρόφηση ραδιοκυμάτων και πολλά άλλα. και τα λοιπά.

2. Επιτάχυνση βαρύτητας gαλλαγές τόσο στο χώρο όσο και στο χρόνο.

§ Στο διάστημα: εξαρτάται από το γεωγραφικό πλάτος, το ύψος πάνω από την επιφάνεια της θάλασσας (ένα μήλο είναι ασύμμετρο, η θέση του είναι το κέντρο μάζας, δηλαδή το ύψος, η υδρόγειος είναι ετερογενής κ.λπ.

§ Εγκαίρως: σολαλλαγές: συνεχής κίνηση μαζών εντός της Γης, κίνηση θαλάσσιων κυμάτων, αύξηση της μάζας της Γης λόγω σκόνης μετεωριτών κ.λπ.

3. Αν η έκφραση P = mg– ακριβής, αλλά τότε η ισότητα είναι ψευδής F = P,γιατί εκτός από τη Γη, το μήλο επηρεάζεται από τη Σελήνη, τον Ήλιο, άλλους πλανήτες, φυγόκεντρες δυνάμεις αδράνειας που προκαλούνται από την περιστροφή της Γης κ.λπ.

4. Είναι αληθής η ισότητα F = P;

§ Οχι επειδή δεν λαμβάνει υπόψη ότι το μήλο «επιπλέει» στον αέρα και επομένως Rπρέπει να αφαιρέσετε τη δύναμη του Αρχιμήδη, η οποία αλλάζει με την ατμοσφαιρική πίεση.

§ Όχι, επειδή το μήλο υπόκειται σε εναλλασσόμενες δυνάμεις μεταφοράς θερμού και ψυχρού αέρα.

§ Όχι, γιατί οι ακτίνες του ήλιου πιέζουν το μήλο.

και τα λοιπά.

Συμπέρασμα:

Οποιαδήποτε σωματική εργασία απείρως πολύπλοκο, γιατί κάθε φυσικό σώμα επηρεάζεται ταυτόχρονα Ολανόμους της φυσικής, συμπεριλαμβανομένων αυτών που δεν έχουν ανακαλυφθεί ακόμη!

Ένα φυσικό πρόβλημα μπορεί να λυθεί μόνο κατά προσέγγιση. Και ανάλογα με την ακρίβεια που απαιτείται σε μια συγκεκριμένη κατάσταση.

Η τυχαιότητα μπορεί και πρέπει να διερευνηθεί. Γι' αυτό τον 17ο αιώνα. Τα θεμέλια της θεωρίας πιθανοτήτων τέθηκαν - η επιστήμη των τυχαίων γεγονότων. Αυτό και είναι η δεύτερη κατεύθυνσηστον αγώνα ενάντια στην τύχη. Στοχεύει στη μελέτη μοτίβων σε τυχαία συμβάντα. Η γνώση των προτύπων καθιστά δυνατή την αποτελεσματική καταπολέμηση του απρόβλεπτου των τυχαίων γεγονότων.

Μπορούμε λοιπόν να πούμε:

Η τυχαιότητα είναι, πρώτα απ' όλα, απρόβλεπτο, που είναι αποτέλεσμα της άγνοιάς μας, το αποτέλεσμα της άγνοιάς μας, το αποτέλεσμα της έλλειψης απαραίτητων πληροφοριών.

Από αυτή την άποψη, ο Timiryazev έχει απόλυτο δίκιο.

Κάθε συμβάν (Β) είναι συνέπεια ενός μικρού ή μεγάλου αριθμού αιτιών (A 1 A 2,...)

Ρύζι. 1.4

Εάν υπάρχουν πολλοί λόγοι, το γεγονός που μας ενδιαφέρει δεν μπορεί να προβλεφθεί με ακρίβεια, θα γίνει τυχαίο και απρόβλεπτο. Εδώ διαμορφώνεται η τυχαιότητα λόγω ανεπαρκούς γνώσης.

Αυτό σημαίνει ότι μια μέρα, όταν θα γίνουμε πολύ έξυπνοι, η τυχαιότητα θα εξαφανιστεί από τον πλανήτη μας; Καθόλου. Αυτό θα αποτραπεί από τουλάχιστον τρεις περιστάσεις που προστατεύουν αξιόπιστα την τυχαιότητα.

«Μονάδες μέτρησης» - Κάθε άνοιξη ο Νείλος πλημμύριζε και γονιμοποιούσε τη γη με εύφορη λάσπη. Μέτρηση γωνιών. Πώς μπορεί ένα κομμάτι δέκα καπίκων να ανταλλάσσεται με αλτίνες και πένες; Συγκρίνετε 1 στρέμμα και 1 στρέμμα. Υπολογιστή. Κατά παράδοση, ακόμη και σήμερα, μερικές φορές χρησιμοποιούνται παλιές μονάδες. Παλιές μονάδες μέτρησης. Η γνώση συσσωρεύτηκε σταδιακά και συστηματοποιήθηκε.

"Μετρήσεις" - Αγγλικά YARD είναι μια μονάδα μήκους. Σήμερα, χρησιμοποιούνται επίσης: Αλλά το να ταξιδεύετε συνεχώς στο Παρίσι για να ελέγξετε τον τυπικό μετρητή είναι πολύ άβολο. Το μήκος ενός ποδιού είναι 30,48 γραμμάρια. Ο πρόγονός μας είχε μόνο το δικό του ύψος, το μήκος των χεριών και των ποδιών του. Αναφορά. Αν και υπάρχουν κάποιες διαφορές στις λεπτομέρειες, τα στοιχεία του συστήματος είναι τα ίδια σε όλο τον κόσμο.

“Units of area” - Units of area. Υπολογίστε το εμβαδόν του τετράπλευρου ABCD. Υπολογίστε το εμβαδόν του τετράπλευρου MNPQ. Προφορικά: Υπολογίστε το εμβαδόν του σχήματος. Οι εκτάσεις αγρού μετρώνται σε εκτάρια (ha). Μονάδες εμβαδού: Υπολογίστε το εμβαδόν ενός σχήματος.

"Μέτρηση γωνιών" - Μπορείτε να εφαρμόσετε το μοιρογνωμόνιο διαφορετικά. Για τη μέτρηση των γωνιών χρησιμοποιείται ένα μοιρογνωμόνιο. Κοφτερή γωνία. Ένα μοιρογνωμόνιο χρησιμοποιείται για την κατασκευή γωνιών. Ορθή γωνία. Μέτρηση γωνιών. Ξεδιπλωμένη γωνία. Οξείες, ευθείες, αμβλείες, ευθείες γωνίες. Τι γωνία σχηματίζουν οι δείκτες της ώρας και των λεπτών ενός ρολογιού αμβλεία;

"Μέτρηση ισχύος ρεύματος" - Σχολικός μαγνητικός πίνακας. Σετ «Ενιαία Εξεταστική Πολιτεία-ΕΡΓΑΣΤΗΡΙΟ» στη μοριακή φυσική. Σύνθεση του miniset για τη μηχανική, τη μοριακή φυσική και την οπτική. Εργαστήριο εξετάσεων. Για να εργαστείτε με το κιτ μηχανικής θα χρειαστείτε: Ηλεκτροδυναμική. Συστάσεις για τη χρήση εξοπλισμού L-micro στα σχολεία. Εξοπλισμός επίδειξης L-micro.

"Γωνία και η μέτρησή της" - Μια γωνία μεγαλύτερη από μια ορθή γωνία ονομάζεται αμβλεία γωνία. Σε καρό χαρτί. Το μοιρογνωμόνιο προέρχεται από τη λατινική λέξη transportare - μεταφέρω. Χρησιμοποιώντας ένα τρίγωνο. AOB=1800. Μονάδες γωνίας. OMR - απευθείας. Διχοτόμος γωνίας. Μια ορθή γωνία είναι 900. RMN=900. Ξεδιπλωμένη γωνία. Ας σχεδιάσουμε δύο ακτίνες AB και AC σε ένα φύλλο χαρτιού με κοινή αρχή στο σημείο Α.

Μέτρηση στην επιστήμη σημαίνει αναγνώριση των ποσοτικών χαρακτηριστικών των φαινομένων που μελετώνται. Σκοπός της μέτρησης είναι πάντα η λήψη πληροφοριών σχετικά με τα ποσοτικά χαρακτηριστικά αντικειμένων, οργανισμών ή γεγονότων. Δεν μετριέται το ίδιο το αντικείμενο, αλλά μόνο οι ιδιότητες ή τα διακριτικά γνωρίσματα του αντικειμένου. Με την ευρεία έννοια, η μέτρηση είναι μια ειδική διαδικασία με την οποία οι αριθμοί (ή οι τακτικές τιμές) αποδίδονται σε πράγματα σύμφωνα με ορισμένους κανόνες. Οι ίδιοι οι κανόνες συνίστανται στην καθιέρωση μιας αντιστοιχίας μεταξύ ορισμένων ιδιοτήτων των αριθμών και ορισμένων ιδιοτήτων των πραγμάτων. Η δυνατότητα αυτής της αντιστοιχίας δικαιολογεί τη σημασία της μέτρησης στην παιδαγωγική.

Η διαδικασία μέτρησης προϋποθέτει ότι οτιδήποτε υπάρχει με κάποιο τρόπο εκδηλώνεται ή δρα σε κάτι. Το γενικό καθήκον της μέτρησης είναι να προσδιορίσει τη λεγόμενη τροπικότητα ενός δείκτη σε σύγκριση με έναν άλλο μετρώντας το «βάρος» του.

Η ποικιλία των ψυχικών, φυσιολογικών και κοινωνικών φαινομένων συνήθως αποκαλείται μεταβλητή, καθώς διαφέρουν σε ατομικές αξίες σε μεμονωμένα άτομα ή σε διαφορετικές χρονικές στιγμές στο ίδιο άτομο. Από τη θέση της θεωρίας μέτρησης, πρέπει να διακρίνονται δύο πτυχές: α) η ποσοτική πλευρά - η συχνότητα μιας συγκεκριμένης εκδήλωσης (όσο πιο συχνά εμφανίζεται, τόσο μεγαλύτερη είναι η αξία της ιδιότητας). β) ένταση (μέγεθος ή δύναμη εκδήλωσης).

Οι μετρήσεις μπορούν να γίνουν σε τέσσερα επίπεδα. Τέσσερα επίπεδα θα αντιστοιχούν σε τέσσερις κλίμακες.

Κλίμακα [< лат. scala – лестница] – инструмент для измерения непрерывных свойств объекта; представляет собой числовую систему, в которой отношения между различными свойствами объектов выражены свойствами числового ряда. Шкала есть способ упорядочивания объектов произвольной природы. В педагогике, психологии, социологии и других социальных науках различные шкалы используются для изучения различных характеристик педагогических и социально-психологических явлений.

Αρχικά, εντοπίστηκαν τέσσερις τύποι αριθμητικών συστημάτων, που ορίζουν αντίστοιχα τέσσερα επίπεδα (ή κλίμακες) μέτρησης. Πιο συγκεκριμένα, τρία επίπεδα, αλλά το τρίτο επίπεδο χωρίζεται σε δύο ακόμη υποεπίπεδα. Η διαίρεση τους είναι εφικτή με βάση εκείνους τους μαθηματικούς μετασχηματισμούς που επιτρέπονται από κάθε κλίμακα.

1) Κλίμακα ονομάτων (ονομαστική).

2) Κλίμακα σειράς (βαθμός, τακτική).

3) Μετρικές κλίμακες: α) κλίμακα διαστήματος, β) κλίμακα αναλογίας (αναλογική, αναλογία).

Η μετρική κλίμακα μπορεί να είναι σχετική (κλίμακα διαστήματος) ή απόλυτη (κλίμακα αναλογίας). Στις μετρικές κλίμακες, ο φορέας κλίμακας σχηματίζει σχέσεις αυστηρής τάξης, όπως, για παράδειγμα, στις κλίμακες του χρόνου, των βαρών, της θερμοκρασίας κ.λπ.

Με τον απόλυτο τύπο μετρικής κλίμακας, ως σημείο αναφοράς επιλέγεται ένα συγκεκριμένο απόλυτο σημάδι, για παράδειγμα, μέτρηση μήκους και απόστασης σε σύγκριση με ένα πρότυπο (το ύψος του Petit είναι 92 cm, η απόσταση από τη μια πόλη στην άλλη είναι 100 km).

Σε σχετικές κλίμακες, το σημείο αναφοράς συνδέεται με κάτι άλλο. Για παράδειγμα, το Petya έχει το μέγεθος ενός μαθητή της τρίτης τάξης, το μήκος ενός βόα σφιγκτήρα είναι ίσο με τριάντα δύο παπαγάλους, η χρονολογία στη Δύση συνδέεται με τη Γέννηση του Χριστού, το σημείο μηδέν της ώρας της Μόσχας χρησιμεύει ως σημείο αναφοράς για ολόκληρη την επικράτεια της Ρωσικής Ομοσπονδίας, και ώρα μηδέν στο Γκρίνουιτς για τη Μόσχα.

Η τακτική κλίμακα δεν σας επιτρέπει να αλλάξετε την απόσταση μεταξύ των αντικειμένων που προβάλλονται σε αυτήν. Οι ασαφείς κλίμακες συνδέονται με τις τακτικές κλίμακες, για παράδειγμα, ο Petya είναι ψηλότερος από τη Sasha. Πρώτα υπήρχε αυτό και μετά εκείνο. καθόσον...; πριν από πολύ καιρό, όπως... Ο κατάλογος των μαθητών στο μητρώο της τάξης είναι επίσης ένας τύπος τακτικής κλίμακας. Τέτοιες κλίμακες χρησιμοποιούνται ευρέως στη μοντελοποίηση του συλλογισμού: αν ΕΝΑπερισσότερο από ΣΕ, ΕΝΑ ΜΕπιο ψηλά ΕΝΑ, ως εκ τούτου, ΜΕυψηλότερο από ΣΕ.

Η διαφορά στα επίπεδα μέτρησης οποιασδήποτε ποιότητας μπορεί να απεικονιστεί στο ακόλουθο παράδειγμα. Εάν χωρίσουμε τους μαθητές σε αυτούς που τα κατάφεραν και σε αυτούς που δεν τα κατάφεραν με το τεστ, θα λάβουμε έτσι μια ονομαστική κλίμακα αυτών που ολοκλήρωσαν την εργασία. Εάν είναι δυνατόν να καθοριστεί ο βαθμός ορθότητας της δοκιμαστικής εργασίας, τότε κατασκευάζεται μια κλίμακα παραγγελίας (τακτική κλίμακα). Εάν μπορείτε να μετρήσετε πόσες και πόσες φορές ο αλφαβητισμός ορισμένων είναι μεγαλύτερος από τον αλφαβητισμό άλλων, τότε μπορείτε να λάβετε μια διαστήματα και μια αναλογική κλίμακα γραμματισμού κατά την ολοκλήρωση μιας δοκιμασίας.

Οι κλίμακες διαφέρουν όχι μόνο στις μαθηματικές τους ιδιότητες, αλλά και στους διαφορετικούς τρόπους συλλογής πληροφοριών. Κάθε κλίμακα χρησιμοποιεί αυστηρά καθορισμένες μεθόδους ανάλυσης δεδομένων.

Ανάλογα με το είδος των προβλημάτων που επιλύονται με τη χρήση κλιμάκωσης, κατασκευάζονται είτε α) κλίμακες αξιολόγησης είτε β) κλίμακες για τη μέτρηση των κοινωνικών στάσεων.

Η κλίμακα αξιολόγησης είναι μια μεθοδολογική τεχνική που σας επιτρέπει να κατανέμετε το σύνολο των αντικειμένων που μελετώνται σύμφωνα με τον βαθμό έκφρασης της κοινής ιδιότητας που έχουν. Η δυνατότητα κατασκευής μιας κλίμακας αξιολόγησης βασίζεται στην υπόθεση ότι κάθε εμπειρογνώμονας είναι σε θέση να δώσει άμεσα ποσοτικές εκτιμήσεις των αντικειμένων που μελετώνται. Το απλούστερο παράδειγμα μιας τέτοιας κλίμακας είναι το συνηθισμένο σχολικό σύστημα βαθμών. Η κλίμακα βαθμολογίας έχει από πέντε έως έντεκα διαστήματα, τα οποία μπορούν να υποδεικνύονται με αριθμούς ή να διατυπώνονται προφορικά. Πιστεύεται ότι οι ψυχολογικές ικανότητες ενός ατόμου δεν του επιτρέπουν να ταξινομεί αντικείμενα σε περισσότερες από 11-13 θέσεις. Οι κύριες διαδικασίες κλιμάκωσης που χρησιμοποιούν μια κλίμακα αξιολόγησης περιλαμβάνουν σύγκριση κατά ζεύγη αντικειμένων, αντιστοίχιση σε κατηγορίες κ.λπ.

Κλίμακες για τη μέτρηση των κοινωνικών στάσεων. Για παράδειγμα, η στάση των μαθητών ως προς την ολοκλήρωση μιας προβληματικής εργασίας μπορεί να ποικίλλει από αρνητική έως δημιουργικά ενεργή (Εικ. 1). Τοποθετώντας όλες τις ενδιάμεσες τιμές στην κλίμακα, παίρνουμε:

Χρησιμοποιώντας την αρχή των ζυγαριών, είναι δυνατό να κατασκευαστούν κλίμακες πολικού προφίλ που μετρούν πολλούς δείκτες ταυτόχρονα.

Η ίδια η κλίμακα καθορίζει με ακρίβεια τις ενδιάμεσες τιμές της μετρούμενης μεταβλητής:

7 – το σημάδι εμφανίζεται πάντα,

6 – πολύ συχνά, σχεδόν πάντα,

5 – συχνά,

4 – μερικές φορές, ούτε συχνά ούτε σπάνια,

3 – σπάνια,

2 – πολύ σπάνια, σχεδόν ποτέ,

1 – ποτέ.

Ένα αμετάβλητο αυτής της κλίμακας με την αντικατάσταση μιας μονόπλευρης κλίμακας από μια διπλής όψης μπορεί να μοιάζει με αυτό (βλ. Εικ. 2):

Κλιμάκωση [< англ. scaling – определение масштаба, единицы измерения] – метод моделирования реальных процессов с помощью числовых систем. В социальных науках (педагогике, психологии, социологии и др.) шкалирование является одним из важнейших средств математического анализа изучаемого явления, а также способом организации эмпирических данных, получаемых с помощью наблюдения, изучения документов, анкетного опроса, экспериментов, тестирования. Большинство социальных объектов не могут быть строго фиксированы и не поддаются прямому измерению.

Η γενική διαδικασία κλιμάκωσης συνίσταται στην κατασκευή της ίδιας της κλίμακας σύμφωνα με ορισμένους κανόνες και περιλαμβάνει δύο στάδια: α) στο στάδιο της συλλογής πληροφοριών, μελετάται το εμπειρικό σύστημα των υπό μελέτη αντικειμένων και καταγράφεται το είδος της σχέσης μεταξύ τους. β) στο στάδιο της ανάλυσης δεδομένων, κατασκευάζεται ένα αριθμητικό σύστημα που μοντελοποιεί τις σχέσεις του εμπειρικού συστήματος των αντικειμένων.

Υπάρχουν δύο τύποι προβλημάτων που επιλύονται χρησιμοποιώντας τη μέθοδο κλιμάκωσης: α) αριθμητική απεικόνιση ενός συνόλου αντικειμένων χρησιμοποιώντας τη μέση εκτίμηση της ομάδας τους. β) αριθμητική απεικόνιση των εσωτερικών χαρακτηριστικών των ατόμων με καταγραφή της στάσης τους σε οποιοδήποτε κοινωνικοπαιδαγωγικό φαινόμενο. Στην πρώτη περίπτωση, η εμφάνιση πραγματοποιείται χρησιμοποιώντας μια κλίμακα αξιολόγησης, στη δεύτερη - μια κλίμακα στάσης.

Η ανάπτυξη μιας κλίμακας μέτρησης απαιτεί να ληφθούν υπόψη ορισμένες προϋποθέσεις: συμμόρφωση των μετρούμενων αντικειμένων και φαινομένων με το πρότυπο μέτρησης. εντοπισμός της δυνατότητας μέτρησης του διαστήματος μεταξύ των διαφόρων εκδηλώσεων της μετρούμενης ποιότητας ή χαρακτηριστικού της προσωπικότητας· προσδιορισμός συγκεκριμένων δεικτών διαφόρων εκδηλώσεων μετρούμενων φαινομένων.

Ανάλογα με το επίπεδο της κλίμακας, είναι απαραίτητο να υπολογίσετε μια τιμή για να υποδείξετε την κύρια τάση. Στην ονομαστική κλίμακα μπορείτε να υποδείξετε μόνο την τροπική τιμή, δηλ. η πιο κοινή τιμή. Η τακτική κλίμακα σάς επιτρέπει να υπολογίσετε τη διάμεσο, εκείνη την τιμή και στις δύο πλευρές της οποίας υπάρχει ίσος αριθμός τιμών. Η κλίμακα διαστήματος και η κλίμακα αναλογιών καθιστούν δυνατό τον υπολογισμό του αριθμητικού μέσου όρου. Οι τιμές συσχέτισης εξαρτώνται επίσης από το επίπεδο κλίμακας.

Όχι μόνο οι μαθητές, αλλά και οι ενήλικες μερικές φορές αναρωτιούνται: γιατί χρειάζεται η φυσική; Αυτό το θέμα είναι ιδιαίτερα σημαντικό για γονείς μαθητών που κάποτε έλαβαν εκπαίδευση που ήταν μακριά από τη φυσική και την τεχνολογία.

Πώς όμως να βοηθήσετε έναν μαθητή; Επιπλέον, οι δάσκαλοι μπορούν να αναθέσουν ένα δοκίμιο για κατ' οίκον εργασία στο οποίο πρέπει να περιγράψουν τις σκέψεις τους σχετικά με την ανάγκη μελέτης της επιστήμης. Φυσικά, είναι καλύτερο να εμπιστευτείτε αυτό το θέμα σε μαθητές της ενδέκατης τάξης που έχουν πλήρη κατανόηση του θέματος.

Τι είναι η φυσική

Με απλά λόγια, η φυσική είναι Φυσικά, στις μέρες μας η φυσική απομακρύνεται όλο και περισσότερο από αυτήν, πηγαίνοντας βαθύτερα στην τεχνόσφαιρα. Ωστόσο, το θέμα είναι στενά συνδεδεμένο όχι μόνο με τον πλανήτη μας, αλλά και με το διάστημα.

Γιατί λοιπόν χρειαζόμαστε τη φυσική; Το καθήκον του είναι να κατανοήσει πώς συμβαίνουν ορισμένα φαινόμενα, γιατί σχηματίζονται ορισμένες διαδικασίες. Συνιστάται επίσης να προσπαθήσετε να δημιουργήσετε ειδικούς υπολογισμούς που θα βοηθούσαν στην πρόβλεψη ορισμένων γεγονότων. Για παράδειγμα, πώς ανακάλυψε ο Ισαάκ Νεύτων τον νόμο της παγκόσμιας έλξης; Μελέτησε ένα αντικείμενο που έπεφτε από πάνω προς τα κάτω και παρατήρησε μηχανικά φαινόμενα. Στη συνέχεια δημιούργησε φόρμουλες που λειτουργούν πραγματικά.

Ποια τμήματα έχει η φυσική;

Το θέμα έχει πολλές ενότητες που μελετώνται γενικά ή σε βάθος στο σχολείο:

• Μηχανική;
• δονήσεις και κύματα.
• θερμοδυναμική;
• οπτική;
• ηλεκτρική ενέργεια;
• η κβαντική φυσική?
• Μοριακή φυσική;
• πυρηνική φυσική.

Κάθε ενότητα έχει υποενότητες που εξετάζουν λεπτομερώς διάφορες διαδικασίες. Εάν δεν μελετάτε απλώς θεωρία, παραγράφους και διαλέξεις, αλλά μάθετε να φαντάζεστε και να πειραματίζεστε με αυτό που συζητείται, τότε η επιστήμη θα σας φανεί πολύ ενδιαφέρουσα και θα καταλάβετε γιατί χρειάζεται η φυσική. Οι σύνθετες επιστήμες που δεν μπορούν να εφαρμοστούν στην πράξη, για παράδειγμα, η ατομική και η πυρηνική φυσική, μπορούν να θεωρηθούν διαφορετικά: διαβάστε ενδιαφέροντα άρθρα από δημοφιλή επιστημονικά περιοδικά, παρακολουθήστε ντοκιμαντέρ για αυτόν τον τομέα.

Πώς βοηθάει το αντικείμενο στην καθημερινή ζωή;

Στο δοκίμιο «Γιατί χρειάζεται η φυσική» συνιστάται να δίνονται παραδείγματα εάν είναι σχετικά. Για παράδειγμα, εάν περιγράφετε γιατί πρέπει να σπουδάσετε μηχανική, τότε θα πρέπει να αναφέρετε περιπτώσεις από την καθημερινή ζωή. Ένα παράδειγμα θα ήταν ένα συνηθισμένο ταξίδι με αυτοκίνητο: από ένα χωριό σε μια πόλη πρέπει να ταξιδέψετε σε έναν δωρεάν αυτοκινητόδρομο σε 30 λεπτά. Η απόσταση είναι περίπου 60 χιλιόμετρα. Φυσικά, πρέπει να γνωρίζουμε με ποια ταχύτητα είναι καλύτερο να κινούμαστε κατά μήκος του δρόμου, κατά προτίμηση με λίγο χρόνο.

Μπορείτε επίσης να δώσετε ένα παράδειγμα κατασκευής. Ας πούμε ότι όταν χτίζετε ένα σπίτι πρέπει να υπολογίσετε σωστά τη δύναμη. Δεν μπορείτε να επιλέξετε αδύναμο υλικό. Ένας μαθητής μπορεί να πραγματοποιήσει ένα άλλο πείραμα για να καταλάβει γιατί χρειάζεται η φυσική, για παράδειγμα, να πάρει έναν μακρύ πίνακα και να τοποθετήσει καρέκλες στα άκρα. Η σανίδα θα βρίσκεται στο πίσω μέρος των επίπλων. Στη συνέχεια, θα πρέπει να φορτώσετε το κέντρο της σανίδας με τούβλα. Η σανίδα θα κρεμάσει. Καθώς η απόσταση μεταξύ των καρεκλών μειώνεται, η εκτροπή θα είναι μικρότερη. Κατά συνέπεια, ένα άτομο λαμβάνει τροφή για σκέψη.

Κατά την προετοιμασία του δείπνου ή του μεσημεριανού γεύματος, μια νοικοκυρά συναντά συχνά φυσικά φαινόμενα: ζέστη, ηλεκτρισμό, μηχανική εργασία. Για να καταλάβετε πώς να κάνετε το σωστό, πρέπει να κατανοήσετε τους νόμους της φύσης. Η εμπειρία συχνά σας διδάσκει πολλά. Και η φυσική είναι η επιστήμη της εμπειρίας και της παρατήρησης.

Επαγγέλματα και ειδικότητες που σχετίζονται με τη φυσική

Γιατί όμως κάποιος που αποφοιτά από το σχολείο χρειάζεται να σπουδάσει φυσική; Φυσικά, όσοι εισέρχονται σε πανεπιστήμιο ή κολέγιο με ειδικότητα στις ανθρωπιστικές επιστήμες δεν έχουν ουσιαστικά καμία ανάγκη για το αντικείμενο. Αλλά σε πολλούς τομείς απαιτείται επιστήμη. Ας δούμε ποιες:

• γεωλογία;
• μεταφορά;
• ΠΑΡΟΧΗ ΗΛΕΚΤΡΙΣΜΟΥ;
• ηλεκτρολογία και όργανα·
• φάρμακο;
• αστρονομία;
• κατασκευή και αρχιτεκτονική·
• παροχή θερμότητας?
• παροχή αερίου?
• παροχή νερού και ούτω καθεξής.

Για παράδειγμα, ακόμη και ένας μηχανοδηγός πρέπει να γνωρίζει αυτήν την επιστήμη για να καταλάβει πώς λειτουργεί μια ατμομηχανή. ένας οικοδόμος πρέπει να μπορεί να σχεδιάζει γερά και ανθεκτικά κτίρια.

Οι προγραμματιστές και οι ειδικοί πληροφορικής πρέπει επίσης να γνωρίζουν φυσική για να κατανοήσουν πώς λειτουργούν τα ηλεκτρονικά και ο εξοπλισμός γραφείου. Επιπλέον, πρέπει να δημιουργήσουν ρεαλιστικά αντικείμενα για προγράμματα και εφαρμογές.

Χρησιμοποιείται σχεδόν παντού: ακτινογραφία, υπερηχογράφημα, οδοντιατρικός εξοπλισμός, θεραπεία με λέιζερ.

Με ποιες επιστήμες σχετίζεται;

Η φυσική είναι πολύ στενά συνδεδεμένη με τα μαθηματικά, καθώς κατά την επίλυση προβλημάτων πρέπει να είστε σε θέση να μετατρέψετε διάφορους τύπους, να πραγματοποιήσετε υπολογισμούς και να δημιουργήσετε γραφήματα. Μπορείτε να προσθέσετε αυτήν την ιδέα στο δοκίμιο "Γιατί πρέπει να σπουδάσετε φυσική" εάν μιλάμε για υπολογισμούς.

Αυτή η επιστήμη συνδέεται επίσης με τη γεωγραφία για να κατανοήσει τα φυσικά φαινόμενα, να μπορεί να αναλύσει μελλοντικά γεγονότα και τον καιρό.

Η βιολογία και η χημεία σχετίζονται επίσης με τη φυσική. Για παράδειγμα, ούτε ένα ζωντανό κύτταρο δεν μπορεί να υπάρξει χωρίς βαρύτητα και αέρα. Επίσης, τα ζωντανά κύτταρα πρέπει να κινούνται στο διάστημα.

Πώς να γράψετε ένα δοκίμιο για έναν μαθητή της 7ης τάξης

Τώρα ας μιλήσουμε για το τι μπορεί να γράψει ένας μαθητής της έβδομης τάξης που έχει μελετήσει εν μέρει ορισμένα τμήματα της φυσικής. Για παράδειγμα, μπορείτε να γράψετε για την ίδια βαρύτητα ή να δώσετε ένα παράδειγμα μέτρησης της απόστασης που περπάτησε από το ένα σημείο στο άλλο για να υπολογίσετε την ταχύτητα του περπατήματος του. Ένας μαθητής της 7ης τάξης μπορεί να συμπληρώσει το δοκίμιο «Γιατί χρειάζεται η φυσική» με διάφορα πειράματα που έγιναν στην τάξη.

Όπως μπορείτε να δείτε, η δημιουργική εργασία μπορεί να γραφτεί αρκετά ενδιαφέρουσα. Επιπλέον, αναπτύσσει τη σκέψη, δίνει νέες ιδέες και ξυπνά την περιέργεια για μια από τις πιο σημαντικές επιστήμες. Πράγματι, στο μέλλον, η φυσική μπορεί να βοηθήσει σε οποιεσδήποτε συνθήκες ζωής: στην καθημερινή ζωή, όταν επιλέγετε ένα επάγγελμα, όταν βρίσκετε μια καλή δουλειά, κατά τη διάρκεια της υπαίθριας αναψυχής.