метода измерений и при исполь зовании для расчетов
неточных данных.
Если, например, стрелка амперметра изогнута или
смещен «нуль» прибора, то при измерении таким
прибором всегда полу чится ошибочная величина.
Сколько бы раз ни проводились из мерения, как бы
тщательно ни записывались показания прибора, в
измерениях всегда будет одна и та же ошибка. Для
устра нения систематической ошибки, вызванной
неисправность к прибора, необходимо ввести
соответствующие поправки, полученные при сравнении
показания неисправного прибора с заве домо исправным.
Систематическая ошибка всегда смещает результат
измерений в одну и ту же сторону, а часто и на одну и
ту же величину Следовательно, даже полное совпадение
ряда измеренных величин не является условием
отсутствия систематической ошибка — ее нельзя выявить
при повторных измерениях.
Сущность систематических ошибок, обусловленных
методом измерений, можно пояснить на примере
определения электрического сопротивления, при котором
возникает систематическая ошибка, вызванная
электрическим сопротивлением соединительных проводов
в цепи измерительной схемы. Для устранения ее нужно
ввести поправки на неучтенное сопротивление.
Иногда для устранения систематических ошибок
требуется тщательная проверка всех измерительных
приборов и кропотливый анализ метода измерений.
Случайные ошибки вызываются факторами,
действующими неодинаковым, непредсказуемым образом в
каждом отдельном измерении. Они возникают при
совокупном действии многих факторов и остаются при
устранении грубых и систематических ошибок. Можно
назвать многочисленные объективные и субъективные
причины случайных ошибок: изменение напряжения в сети
при электрических измерениях, неоднородность вещества
при определении плотности, изменение условий
окружающей среды (температуры, давления),
возбужденное состояние производящего измерения и др.
Подобные причины приводят к тому, что несколько
измерений одной и той же величины дают разлмчные
результаты. К случайным ошибкам, кроме того, следует
отнести все те ошибки, многочисленные причины которых
неизвестны или неясны.
Вследствие непредсказуемых обстоятельств
случайные ошибки могут как увеличивать, так и
уменьшать значения измеряемой величины. Обычно
случайные ошибки не устраняются — их нельзя избежать
в каждом из результатов измерений.
Случайные ошибки подчиняются законам теории
вероятностей, установленным для случайных явлений. С
помощью методов теории вероятностей можно уменьшить
влияние случайных ошибок на результат эксперимента.
Широко известен нормальный закон распределения
случайных ошибок (закон Гаусса), из которого следуют
важные выводы:
• малые по модулю ошибки встречаются чаще;
• равные по модулю случайные ошибки разных
знаков встречаются одинаково часто;
• с возрастанием точности (уменьшением
интервала разброса измеренных значений) плотность
случайных ошибок возрастет.
Теория случайных ошибок позволяет определить
наиболее вероятные значения измеряемых величин и
возможные отклонения от них. Однако следует отметить,
что выводы теории вероятностей справедливы только для
достаточно большого числа случайных событий. Поэтому,
строго говоря, применение та рии случайных ошибок
целесообразно только к сравнителы большому числу
измерений. На практике же часто ограничив ются 5—10
измерениями, хотя следует помнить, что увеличен числа
измерений уменьшает влияние случайных ошибок. В кц
дом конкретном случае устанавливается необходимое
число мерений для получения заданной точности.
Приборные ошибки обусловливаются
конструктивными о бенностями измерительных приборов.
Приборную оши иногда называют точностью
измерительного прибора. По ве чине ошибок, которые
могут вносить при измерении элекг измерительные
приборы, различают семь классов точности п боров,
которые обозначаются цифрами: 0,1; 0,2; 0,5; 1,0; 1
2,5; 4,0. Цифра класса точности показывает величину
относ тельной ошибки в процентах при отклонении
стрелки прибора последнего деления шкалы. Абсолютная
ошибка прибора при любом отклонении стрелки
одинакова. Поэтому при меньших отклонениях стрелки
относительная ошибка больше. Например если у прибора
класса точности 0,5 вся шкала содержит 150 делений,
то относительная ошибка при отклонении на все 150
делений составляет 0,5%, а абсолютная ошибка равна
0,75 дeления. При отклонении стрелки на 25 делений
абсолютная ошибка та же — 0,75 деления, а
относительная ошибка — 3%. Д получения возможно
меньших относительных ошибок при по:
зовании измерительными приборами нужно
добиваться достаточно большого отклонения стрелки, не
меньше, чем на половину шкалы. Для этого нужно
выбирать прибор с достаточнной чувствительностью или
переходить к меньшим пределам измерений
многопредельного прибора.
Измерительные приборы
Большинство приборов, предназначенных для
измерения разных физических величин, содержит
линейные, угловые или круговые шкалы. Показание того
или иного прибора соответствует длине отрезков прямой
или дуги. Чем больше точность прибора, тем больше
должно быть число делений, на которые разбита шкала.
Для одной и той же шкалы с увеличением числа делений
расстояние между штрихами уменьшается.
В некоторых приборах для повышения точности
измерений пpимeняютcя различные приспособления,
позволяющие отсчитывать доли деления шкалы. Наиболее
широко распространены нониусы и микрометрические
винты, они обычно применяются в приборах для
измерения длины или угла, в которых части прибора
перемещаются относительно друг друга. На одной из
частей наносится основная шкала, а на другой —
нониус, представляющий собой небольшую дополнительную
шкалу, передвигающуюся при измерении вдоль основной
шкалы. Удобство отсчета с применением нониуса
заключается в том, что человеческий глаз легко
различает, является ли один штрих продолжением
другого или они сдвинуты друг относительно друга.
Иногда для отсчета долей деления применяется
специальный циферблат, указатель которого связан с
перемещением измерительного устройства механической
передачей. В оптических приборах современных
конструкций наносятся микроскопические цифры около
каждого штриха шкалы, и показание отсчетов снимается
при помощи отсчетного микроскопа, в поле зрения
которого видна только одна необходимая цифра и
дополнительная шкала для отсчета долей деления.
Для измерения электрических величин применяются
электроизмерительные приборы. Принцип действия их
основан на превращении электрической энергии в другие
виды энергии, например, механическую, тепловую,
магнитную и тд. Каждый электрический прибор состоит
принципиально из двух частей: электрического и
отсчетного механизмов. Отсчетный механизм большинства
приборов содержит шкалу и указатель. Указатель
определяет точку шкалы, соответствующую отсчету
измеренной величины. Обычно указатель представляет
собой тонкую стрелку или световое пятно. В
современных электроизмерительных приборах отсчетным
устройством служит электронное табло с цифровой
индикацией, очень удобной при снятии показаний
прибора.
Электроизмерительные приборы широко применяются
и для измерения неэлектрических величин: температуры,
давления, скорости движения, освещенности и т.п.
Принцип действия таких приборов основан на связи
между электрическими и другими физическими явлениями.
Такая связь обусловливает возникновение термотоков,
фототоков, электромагнитной индукции и т.п.
В измерительной практике часто встречаются
косвенные измерения, в основу которых положены законы
или закономерности, устанавливающие зависимость между
различными физическими величинами. Например,
электрическое сопротивление проводника можно
определить, измерив падение напряжения на нем и силу
тока.
Электрические измерения можно производить двумя
способами:
1) сравнением измеряемой величины с ее
соответствующими эталонами э.д.с., сопротивления,
емкости, индуктивности и т.п.;
2) с помощью приборов, показывающих численные
значения измеряемой величины.
По своему назначению основные
электроизмерительные приборы можно классифицировать
следующим образом:
• амперметры и миллиамперметры — измерители
силы тока:
• вольтметры и милливольтметры — измерители
напряжения;
• ваттметры — приборы для измерения
электрической мощ ности;
• счетчики электрической энергии — приборы для
измерени электрической энергии;
• омметры — приборы для измерения
электрического сопро тивления;
• частотометры — приборы для измерения частоты
переменного тока;
• приборы для измерения емкости и т.п.
По принципу действия электроизмерительные
приборы подразделяются на магнитоэлектрические,
электромагнитные, электродинамические, тепловые,
индукционные, электронные и другие системы.
Одна из основных характеристик
электроизмерительного прибора — чувствительность,
определяемая отношением линейного или углового
перемещения указателя к изменению измеряемой величины
про отклонении на одно деление.3)
III.Заключение
О единстве теоритической и экспериментальной
деятельности
Единство теоритической и экспериментальной
деятельности реализуется в общественном процессе
познания, в интеграции специализированных видов
деятельности. Экспериментальная деятельность всегда
включает теоретическую, а теоретическая деятельность
должна учитывать результаты экспериментов и
наблюдений.Понимание диалектики позниния заставляет
нас выступать как против полоского эмпиризма, так и
против преувеличенного умозрения, в котором
отсутствует разумная научная постановка вопросов,
основанная на обобщении результатов эксперимента.
Ученые отвергают обе эти крайности. Так, часто
подчеркивается, что нет ничего практичнее хорошей
теории. Однако можно отметить также и то, что плохая
теория исчезает, а удавшийся эксперимент остается. Он
служит основанием все новых и новых попыток
интерпритации. Хорошая теория подтверждается данными
эксперимента и может использоваться на практике.
Вопрос о том, должны ли в определенной области науки
в какой-либо стране предприниматься усилия
специальнолибо в экспериментальной, либо в
теоритической области, нельзя решить только на
основании теретико-познавательных соображений. Для
этого необходим анализ состояния развития науки,
общественных потребностей и возможностей
использования материальных и духовных патенций.
Вместе с тем существует целый ряд проблем теорий
познания, исследование которых должно продолжаться с
учетом реализации в общественном процессе познания, а
также в мышлении экспериментаторов и теоретиков
единства экспериментальной и теоретической
деятельности. Укажем здесь лишь на три проблемы:
проблему сбора и анализа информации, ее упрощения и
сооношения материализации и построения теорий.
Экспериментальная деятельность и наблюдения
дают множество данных. С помощью электронно-
вычислительной техники производится их накопление. Их
анализ предполагает, что речь идет о существенных
данных, то есть о данных, определяющих характер
исследуемых объектов или процессов. Для того чтобы
выявить существенные, необходимые теоретические
представления, объясняющих на утовне гипотез
возможные результаты экспериментов и наблюдений.
Теоретический анализ данных, их объяснение с
помощью теории представляет важный шаг в развитии
науки, который может привести к последующим
целенаправленным экспериментам. Целенаправленный сбор
существенных данных предполагает теоретические
рассуждения, а недостатки в теории могут очень скоро
превратиться в методологически границы для анализа
данных.
Интересно, что, исследуя процесс образования
структур при необратимых процессах, физика создает
типовые физические теории биологической эволюции, в
которых старая проблема связей между образованием
структур и сохранением энтропии рассматривается в
новых аспектах. Таким образом,единство
эксперементальной и теоретической деятельности
соотносится с историческим процессом, в ходе которого
возникают и исчезают объекты и процессы, изменяются
механизмы эволюции, а существующие в настоящее время
структуры сохраняют следы прошедшего.
К. Фукс выдвинул следующий тезис: «Теория
отрасли науки – совокупность знаний о закономерных
связях в данной области.Она является общим
результатом эксперементальной и теоретической
деятельности.» 4)
IV.Список литературы:
1.Карпенков С.Х. Концерции современного
естествознания.-
М.:ЮНИТИ,1997;
2.Капица П.Л. Эксперимент, теория, практика.-
М.:Наука,1974;
3.Общефизический практикум.Механика.-
М.:МГУ.1991;
4.Эксперимент.Модель.Теория.-М.:Наука,1982;
