Эксперимент (физика)
Эксперимент (англ. experiment) — совокупность опытов, объединенных одной системой их постановки, взаимосвязью результатов и способом их обработки.
В результате эксперимента получают совокупность результатов, которые допускают их совместную обработку и сопоставление.
Общая информация[править]
Эксперимент — попытка, опыт, которые требуют подтверждения или опровержения, форма познания, один из основных методов научного исследования, в котором изучение явлений происходит в целесообразно выбранных или искусственно созданных условиях, обеспечивающих появление тех процессов, наблюдение которых необходимо для установления закономерных связей между явлениями. Важными характеристиками эксперимента являются его надежность и валидность[1].
Эксперимент отличается от наблюдения активным взаимодействием с исследуемым объектом. Обычно, эксперимент проводится в рамках научного исследования и служит для проверки гипотезы, установления причинно-следственных связей между явлениями. Эксперимент является базой эмпирического подхода к знаниям. Критерий Поппера выдвигает возможность постановки эксперимента как главного отличия научной теории от псевдонаучной. Эксперимент — это научный метод исследования, который повторяется в описанных условиях неограниченное количество раз и дает идентичные результаты.
Виды экспериментов[править]
Различают пассивный эксперимент и активный эксперимент.
Пассивный эксперимент[править]
При пассивном эксперименте информация об изучаемом объекте накапливается путем пассивного наблюдения, то есть информацию получают в условиях нормального функционирования объекта. Активный эксперимент проводится с применением искусственного воздействия на объект по специальной программе.
При пассивном эксперименте существуют только факторы в виде входных контролируемых, но неуправляемых переменных, и экспериментатор находится в положении пассивного наблюдателя. Задачи планирования в этом случае сводится к оптимальной организации сбора информации и решения таких вопросов, как выбор количества и частоты измерений, выбор метода обработки результатов измерений.
Чаще всего целью пассивного эксперимента является построение математической модели объекта, которая может рассматриваться или как хорошо, или как плохо организованный объект. В хорошо организованном объекте имеют место определенные процессы, в которых взаимосвязи входных и выходных параметров устанавливаются в виде детерминированных функций. Поэтому такие объекты называют детерминированными. Плохо организованные или диффузные объекты представляют собой статистические модели. Методы исследования с использованием таких моделей не требуют детального изучения механизма процессов и явлений, протекающих в объекте.
Примером пассивного эксперимента может быть анализ работы схемы, которая не имеет входов, только выходы, и повлиять на ее работу невозможно. Хорошим примером пассивного эксперимента с диффузным объектом является измерение метеорологических параметров (температуры, скорости ветра и т. д.) при природных катаклизмах.
Активный эксперимент[править]
Активный эксперимент позволяет быстрее и эффективнее решать задачи исследования, но он сложнее, требует больших материальных затрат и может помешать нормальному ходу технологического процесса. Иногда отсутствует возможность проведения активного эксперимента (например, при исследовании явлений природы). Однако, учитывая преимущества активного эксперимента, тогда, когда это возможно, предпочтение отдают ему. При активном эксперименте факторы должны быть управляемыми и независимыми.
Активный эксперимент предполагает возможность влияния на ход процесса. При планировании активного эксперимента решается задача рейтингового выбора факторов, существенно влияющих на объект исследования и определение соответствующего числа проведенных опытов. Увеличение числа включенных в рассмотрение факторов приводит к резкому росту числа опытов, уменьшение — к существенному увеличению погрешности опыта. Фактор считается заданным только тогда, когда при его выборе указывается его область определения — совокупность значений, которые может принимать данный фактор. В эксперименте используется ограниченная часть области определения. Избранные факторы должны быть однозначно управляемыми и операционным, то есть подвергаться регулированию с поддержанием на заданном уровне в течение всего опыта при соблюдении последовательности необходимых для этого действий. Должна быть назначена также точность измерения факторов в выбранном диапазоне измерения.
Совокупности факторов должны соответствовать требованиям совместимости и независимости. Соблюдение первого требования означает, что все комбинации факторов осуществимые и безопасные, второе — возможность установки фактора на любом уровне независимо от уровней других факторов.
Планирование эксперимента[править]
В современных экспериментальных исследованиях технологических процессов широко применяется планирование эксперимента.
Планирование эксперимента — процедура выбора числа и условий проведения опытов, необходимых и достаточных для решения задачи исследований с заданной точностью.
Различают два подхода планирования эксперимента:
- классический, при котором по очереди меняется каждый фактор к определению частичного максимума при постоянных значениях других факторов;
- статистический, где одновременно изменяют много факторов.
Существенными моментами являются:
- минимизация числа опытов;
- одновременное варьирование всеми параметрами;
- использование математического аппарата, который формализует действия экспериментатора;
- выбор четкой стратегии, позволяющей принимать обоснованные решения после каждой серии экспериментов.
В общем различают следующие экспериментальные планы:
- дисперсного анализа;
- отбора существенных факторов;
- многофакторного анализа;
- получения поверхности отклика;
- динамических задач планирования;
- изучения механизмов явлений;
- построения диаграмм «состав свойство», «состав состояние».
Источники[править]
- ↑ Чепа М.-Л. А., Бугаева Н. М. Проблемы обеспечения валидности эксперимента в условиях виртуальной среды / Экспериментальный метод в структуре психологического знания. — М.: «Институт психологии РАН», 2012. ISBN 978-5-9270-0248-1.