Что такое эксперимент в физике кратко

Обновлено: 05.07.2024

Каждая наука определяется не только предметом изучения, но и специфическими методами, которые она применяет. Основным методом исследования в физике является опыт – наблюдение исследуемых явлений в точно учитываемых условиях, позволяющих следить за ходом явлений, многократно воспроизводить его при повторении этих условий.

Наиболее широко в науке используется индуктивный метод, заключающийся в накоплении фактов и последующем их обобщении для выявления общей закономерности – гипотезы. На следующем этапе познания ставят специальные эксперименты для проверки гипотезы. Если результаты эксперимента не противоречат гипотезе, то последняя получает статус теории.

Однако научное познание нельзя представлять в виде механического процесса накопления фактов и осмысления теорий. Это творческий процесс.

Теории никогда не выводят непосредственно из наблюдений, напротив, их создают для объяснения полученных из опыта фактов в результате осмысления этих фактов разумом человека. Например, к атомистической теории, согласно которой вещество состоит из атомов, ученые пришли вовсе не потому, что кто-либо реально наблюдал атомы (в XVIII веке это не удавалось никому). Представление об этом было создано творческим разумом человека. Аналогичным образом возникли и такие фундаментальные теории, как специальная теория относительности (СТО), электромагнитная теория света и закон всемирного тяготения Ньютона.

Справедливость теории невозможно доказать.
Теория считается правильной до тех пор, пока она не противоречит ни единому (достоверно подтвержденному) эксперименту.

История свидетельствует о том, что созданные теории, отслужив свой срок, сдаются в архив, а им на смену приходят новые теории.
В некоторых случаях новая теория принимается учеными потому, что её предсказания согласуются количественно с экспериментом лучше, чем прежняя теория. Во многих случаях новую теорию принимают, когда, по сравнению с прежней теорией, она позволяет объяснить более широкий класс явлений. Например, построенная Коперником теория Вселенной с центром на Солнце не описывала движение небесных тел более точно, чем построенная ранее Птолемеем теория Вселенной с центром на Земле. Однако, теория Коперника содержит некоторые новые важные следствия. В частности, с её помощью становилось возможным определение порядка расположения планет Солнечной системы и расстояний до них; для Венеры были предсказаны фазы, аналогичные лунным.

Примером может служить волновая модель света. Световые волны нельзя наблюдать подобно тому, как мы видим волны на воде, однако результаты опытов со светом указывают на его большое сходство с волнами на воде. Другой пример – модель атома, которую много раз строили и усовершенствовали.

Модельное представление всегда строится на основе какого-либо закона. Законом называют некоторые краткие, но достаточно общие утверждения относительно характера явлений природы (таково, например, утверждение о сохранении импульса). Иногда подобные утверждения принимают форму определенных соотношений между величинами, описывающими явления, например закон всемирного тяготения Ньютона, согласно которому:

Для того чтобы называться законом, утверждение должно выдержать экспериментальную проверку в широком классе наблюдаемых явлений. Т.е. закон представляет объединяющее начало для многих наблюдений. Это ведущий принцип, который высвечивает закономерности явлений природы.

Таков путь развития знания. Однако известны случаи, когда путь открытия был противоположным описанному. Это так называемый дедуктивный метод, когда на основе общих закономерностей выделяются частные явления. Так, на основе закона всемирного тяготения, Лаверье в 1848 г. открыл планету Нептун, а Тамбо в 1930 г. – Плутон.

Наблюдение — сбор информации с помощью органов чувств в окружающей действительности. Закономерности устанавливаются при сборе большого количества данных о явлении или предмете изучения. Человек наблюдает уже с рождения. Все зрительные, слуховые, тактильные ощущения образуют опыт человека. Получая новую информацию, мозг сопоставляет её с имеющимися данными и делает умозаключения, которые мы называем гипотезами .

Опыт — специально спроектированная ситуация для установления верности или ложности гипотезы. Для упрощения исследуется только одно свойство явления или предмета. Чтобы проверить плотность двух предметов, необходимо, чтобы они имели один размер (объём). После проведения множества опытов можно выявить закономерность — взаимосвязь между явлениями.
Эксперимент — это опыт, проводимый для подтверждения выявленной закономерности. Для подтверждения применимости закономерности проводят большое количество экспериментов с использованием различных методик.

Наблюдая, мы можем узнать или предположить нечто новое, но для того чтобы качественно изучить какое-то явление, нам нужно наблюдать его несколько раз и в разных условиях. Или, наоборот, нам необходимо повторить несколько раз одни и те же условия. Для этого ставят опыт , который и отличается от наблюдения тем, что проводится по запланированному плану, с определённой целью, и в это время обычно проводят специальные измерения .

наблюдая, как падает на землю брошенный мяч, мы можем предположить, что его что-то тянет вниз, но нужно много раз бросить шарики разного веса и размера с разной высоты, чтобы установить закон падения тел, как в своё время это сделал Галилей, бросая шарики со знаменитой наклонной башни.

Эксперимент, опыт, наблюдение – основополагающие методы изучения окружающего мира, постижения закономерностей природы. Люди испокон веков следят за протекающими вокруг них явлениями, часть из увиденного пытаются повторять в определённых условиях, имитировать протекающие в природе процессы. Рассмотрим, что такое в физике опыт, наблюдение, эксперимент, чем отличаются. Приведём примеры трёх методов познания законов творца.

Чем отличается опыт от эксперимента

Опыт в физике – это методика познания действительности, метод исследования, процесс в науке, нацеленный на опровержение или подтверждение теорем, предположений, гипотез. Даль в своём словаре описывает опыт как наблюдение явлений для обнаружения сил природы либо иных явлений.

Эксперимент – метод исследования, направленный на:

определение научности (подтверждения, опровержения) разработанной теории, гипотезы;
проверки соответствия теоретических разработок реальности.

Экспериментальное исследование – опыт, проводимый в строго заданных рамках, часто реализуется в лабораторных или иных специальных условиях, нацелен преимущественно на точный результат, его повторяемость. Обычно требует специального материально-технического обеспечения.

В чем разница между опытом и экспериментом?

При проведении опытов человек не ограничивается ничем: используемой материальной базой, внешними условиями, однако работает в ограниченном опытном пространстве. Эксперимент – разновидность опыта, проводимого в заданных условиях при регулярном контроле изучаемых и зависящих от них параметров.

Алгоритм проведения эксперимента включает:

Постановку задачи, выдвижение предполагаемого решения, результата.
Сборку установки, дающей исследователю возможность взаимодействовать с изучаемыми предметами или телами должным образом.
Контроль и изменение созданных условий, параметров взаимодействия.
Фиксацию результатов, проведение вычислений и прочих методов обработки полученной информации.
Описание свойств, особенностей зафиксированного явления.

Исследования, проводимые для удовлетворения любопытства, относят к экспериментам.

Эксперимент – научно проведённый опыт.

Чем эксперимент отличается от наблюдения

может проводиться без предварительной подготовки, чёткой цели, контроля процесса, создания установок;
протекает без или с минимальным вмешательством в естественную среду.

Опыт: бросаем камни в озеро и измеряем время, за которое волны дойдут до берега.

Эксперимент: опускаем камни весом около 30 г с высоты 1 м в воду с температурой ~18 °C под прямым углом в безветренную погоду. Измеряем, за сколько образовавшаяся волна дойдёт до забитого возле берега кола.

Наблюдение: смотрим, как прогуливающийся мальчик с отцом бросают камни, замечаем, что волны, поднятые разными по весу камнями, доходят до берега со слегка отличающейся скоростью. Наблюдаем, что ветер влияет на скорость распространения волн.

Как вы уже знаете, физика - это наука о природе. Возникает вопрос - какими способами можно познать природу?

Например, как можно изучить такое физическое явление как движение Луны по небу? Первое что приходит в голову - это наблюдение.

Наблюдение - познание тел и явлений природы в естественных для них условиях обитания посредством органов чувств.

Но, часто, такого способа познания природы недостаточно. Например, перед вами стоит задача исследовать при какой температуре отвердеет вновь синтезированное вещество. Очевидно, что ждать пока будет изменяться температура окружающей среды не имеет смысла, к тому же температура отвердевания может быть значительно ниже, чем в природных условиях. Тогда на помощь приходит другой способ познания- эксперимент (или опыт).

Эксперимент — это изучение тел и явлений в специально созданных условиях.

Особенностями эксперимента является то, что:

исследователь сам вызывает изучаемое явление, а не ждёт, когда оно произойдет;
может изменять условия протекания изучаемого процесса;
в эксперименте можно попеременно исключать отдельные условия с целью установить закономерные связи;
эксперимент позволяет варьировать количественное соотношение условий и осуществлять математическую обработку данных.

В физике, как и в других науках используют специальные термины.

Все тела, которые нас окружают называют физическими телами или просто тела.

Например, карандаш, Земля, человек - все это физические тела.

То из чего состоит физическое тело называют вещество.

Например, физическое тело ложка, а вещество, из которого она может быть изготовлена - железо.

Ещё один пример- кусок льда. Физическое тело будет лёд, а вещество- вода.

Читайте также: