4 (1084739), страница 6

Просмтор этого файла доступен только зарегистрированным пользователям. Но у нас супер быстрая регистрация: достаточно только электронной почты!

Текст из файла (страница 6)

При экспериментальном исследовании сложных процессов часто возникают случаи, когда ожидаемый результат получают позже, чем предусматривается планом. Поэтому научный работник должен проявить терпение, выдержку, настойчивость и довести эксперимент до получения результатов. Особое значение имеет добросовестность при проведении экспе­риментальных работ. Экспериментатор должен фиксировать все характеристики исследуемого процесса, не допуская субъективного влияния на результаты измерений. Иногда молодые научные работ­ники, стремясь быстрее получить нужный результат, подтверждаю­щий гипотезу, выбирают только те экспериментальные данные, которые хорошо согласуются с теоретическими предположе­ниям. В этом случае иногда упускаются ценные данные об исследуемом процессе, которые впоследствии могут быть восста­новлены с большим трудом. В процессе проведения экспериментальных работ недопустима небрежность, что приводит к большим искажениям, ошибкам. В связи с этим эксперименты повторяют, что увеличивает продол­жительность исследования. Обязательным требованием проведения эксперимента является ведение журнала. Форма журнала может быть произвольной, но должна наилучшим образом соответствовать исследуемому процес­су с максимальной фиксацией всех факторов. В журнале отмечают тему НИР и тему эксперимента, фамилию исполнителя, время и мес­то проведения эксперимента, характеристику окружающей среды, данные об объекте эксперимента и средствах измерения, результаты наблюдений, а также другие данные для оценки получаемых ре­зультатов. Журнал нужно заполнять аккуратно, без каких-либо исправле­ний. При получении в одном статистическом ряду результатов, рез­ко отличающихся от соседних измерений, исполнитель должен запи­сать все данные без искажений и указать обстоятельства, сопут­ствующие указанному измерению. Это позволит установить причины искажений и квалифицировать измерения как соответствующие реальному ходу процесса или как грубый промах. Если в процессе измерения необходимы простейшие расчеты, то они должны быть вы­полнены безупречно. При проведении эксперимента исполнитель должен непрерывно следить за средствами измерений: устойчивостью аппаратов и уста­новок, правильностью их показаний, характеристики окружающей среды, не допускать посторонних лиц в рабочую зону. Исполнитель обязан систематически проводить рабочую поверку средств измере­ний. В случае, если рабочая поверка не обеспечивает требуемую точ­ность приборов, то эксперимент необходимо приостановить, а сред­ства измерения передать на госповерку. Первостепенное внимание экспериментатор должен уделять контролю качества эксперимен­тальных работ, т. е. обеспечивать надежность работы средствизмерений, воспроизводительность измерений, соблюдать требуемую точность и достоверность получаемых результатов. Одновременно с производством измерений исполнитель должен проводить предварительную обработку результатов и их анализ. Здесь особо должны проявляться его творческие способности. Та­кой анализ позволяет контролировать исследуемый процесс, кор­ректировать эксперимент, улучшать методику и повышать эффектив­ность эксперимента. Важны при этом консультации с коллегами по работе и особенно с научным руководителем. В процессе экспериментальных работ необходимо соблюдать требования инструкций по промсанитарии, технике безопасности, пожарной профилактике. Исполнитель дол­жен уметь организовать рабочее место, руководствуясь принципами научной организации труда. Все изложенное особо тщательно необходимо соблюдать при вы­полнении производственных экспериментов. Вследствие больших объемов работ и значительной их трудоемкости ошибки, допущенные в процессе эксперимента, могут существенно увеличить продолжи­тельность исследований и уменьшить их точность. Вначале результаты измерений сводят в таблицы по варьирую­щим характеристикам для различных изучаемых вопросов. Очень тщательно изучают сомнительные цифры, резко отличающиеся от статистического ряда наблюдений, от средних значений. При ана­лизе цифр необходимо установить точность, с которой нужно про­изводить обработку опытных данных. Точность обработки не должна быть выше точности измерений. Особое место принадлежит анализу эксперимента. Это завершаю­щая часть, на основе которой делают вывод о подтверждении гипо­тезы научного исследования. Анализ эксперимента - это творче­ская часть исследования. Иногда за цифрами трудно четко предста­вить физическую сущность процесса. Поэтому требуется особо тща­тельное сопоставление фактов, причин, обусловливающих ход того или иного процесса и установление адекватности гипотезы и экспе­римента. Ниже изложены методы обработки и анализа экспери­мента.

§ 6. Методы графического изображения результатов измерений

При обработке результатов измерений и наблюдений широко используют методы графического изображения. Результаты измерений, представленные в табличной форме, не позволяют достаточно наглядно характеризовать закономерности изучаемых процессов. Графическое изображение дает наиболее на­глядное представление о результатах экспериментов, позволяет лучше понять физическую сущность исследуемого процесса, вы­явить общий характер функциональной зависимости изучаемых переменных величин, установить наличие максимума или минимума функции. После обработки результатов измерений и оценки степени точно­сти необходимо их свести в таблицы для анализа. Данные таких таблиц обрабатывают графическими методами. Для графического изображения результатов измерений (наблю­дений), как правило, применяют систему прямоугольных коорди­нат. Если анализируется графическим методом функция у=f(x), то наносят в системе прямоугольных координат значения (рис. 4.2). Прежде чем строить график, необходимо знать ход (течение) исследуемого явления. Как правило, качественные

закономерности и форма графика экспериментатору ориентиро­вочно известны из теоретических исследований. Точки на графике необходимо соединять плавной линией так, чтобы она по возможности ближе проходила ко всем экспериментальным точкам. Если соединить точки прямыми отрезками, то получим ломаную кривую. Она характеризует изменение функции по данным эксперимента. Обычно функции имеют плавный характер. Поэтому при графическом изображении результатов измерений следует про­водить между точками плавные кривые. Резкое искривление графика объясняется погрешностями измерений. Если бы эксперимент по­вторили с применением средств измерений более высокой точности, то получили бы меньшие погрешности, а ломаная кривая больше бы соответствовала плавной кривой. Однако могут быть исключения. Так, иногда исследуются явле­ния, для которых в определенных интервалах наблюдается быстрое скачкообразное изменение одной из координат (рис. 4.3). Это объяс­няется сущностью физико-химических процессов, например фазо­выми превращениями влаги при исследовании промерзающих систем, радиоактивным распадом атомов в процессе исследования ра­диоактивности и т. д. В таких случаях необходимо особо тщательно соединять точки кривой. Общее «осреднение» всех точек плавной кривой может привести к тому, что скачок функции подменяется погрешностями измерений. Иногда при построении графика одна-две точки резко удаляются от кривой. Вначале нужно проанализировать физическую сущность явления, и если нет основания полагать наличие скачка функции. то такое резкое отклонение можно объяснить грубой ошибкой или промахом. Это может возникнуть тогда, когда данные измерений предварительно не исследовались на на­личие грубых ошибок измерений. В та­ких случаях необходимо повторить изме­рение в диапазоне резкого отклонения точки. Если прежнее измерение оказа­лось ошибочным, то на график наносят новую точку. Если же повторные изме­рения дадут прежнее значение, необхо­димо к этому интервалу кривой отнестись очень внимательно и особо тщательно проанализировать физическую сущность явления. Часто при графическом изображении результатов экспериментов приходится иметь дело с тремя переменным b = f(x,y,z).В этом случае применяют метод разделения переменных. Одной из величин в пределах интервала из­мерений задают несколько последовательных значений. Для двух остальных переменных x и у (при =const) строят графики y= (x) В результате на одном графике получают семейство кривых у= (x) для различных значений z (рис. 4.4)

Если необходимо графически изобразить функцию с четырьмя и более переменными = f(b,х, у, z), то строят серию графиков типа предыдущих (рис. 4.4), но каждый из них при =const или принимают из N переменных N—1 постоянными и стро­ят графики: вначале N-1= (x), далее N-2= (x), N-3= (x) и т. д. Таким образом, можно проследить изменение любой переменной величины в функции от других при постоянных зна­чениях остальных. Этот метод графического анализа требует тща­тельности, большого внимания к результатам измерений. Одна­ко он в большинстве случаев является наиболее простым и наг­лядным. При графическом изображении результатов экспериментов боль­шую роль играет выбор системы координат или координатной сетки. Координатные сетки бывают равномерными и неравномерными. У равномерных координатных сеток ординаты и абсциссы имеют равномерную шкалу. Например, в системе прямоугольных координат длина откладываемых единичных отрезков на обеих осях оди­наковая. Из неравномерных координатных сеток наиболее распространены полулогарифмические, логарифмические, вероятностные

Полулогарифмическая сетка имеет равномерную ординату и ло­гарифмическую абсциссу (рис. 4.5). Логарифмическая координатная сетка имеет обе оси логарифми­ческие (см. рис. 4.5), вероятностная — ординату, обычно равномерную, и абсциссу — вероятностную

шкалу (рис. 4.6). Назначение неравномерных сеток различное. В большинстве случаев их применяют для более наглядного изо­бражения функций. Функция у = f(x) имеет различную форму на различных сетках. Так, многие криволинейные функции спрямляют на логарифмиче­ских сетках. Большое значение в практике гра­фического изображения эксперимен­тальных данных имеет вероятностная сетка, применяемая в различных слу­чаях: при обработке измерений для оценки их точности, при определении расчетных характеристик (расчетной влажности, расчетных значений модуля упругости грунта, межре­монтных сроков службы одежды и покрытий и т. д.). Иногда в процессе обработки экспериментальных данных графическим способом необходимо составить расчетные графики, ускоряющие нахождение по одной переменной других. При этом существенно повышаются требования к точности вычерчивания функции на графике. Вычерчивая расчетные графики, необходимо руководствоваться следующими практическими рекомендациями. В зависимости от числа переменных нужно выбрать координатную сетку и определить вид графика - одна кривая, семейство кривых или серия семейств. Большое значение приобретает выбор масштаба графика, что связано с размерами чертежа и соответственно с точностью снимаемых с него значений величин. Известно, что чем крупнее масштаб, тем выше точ­ность снимаемых значений Однако, как правило, графики не превышают размеров 20X15см, что явля­ется удобным при составлении отчетов. Лишь в отдельных случаях используют графики больших размеров. Опыт показывает, что применяемая для вычерчивания графиков миллиметровая бумага в пределах размеров 15-20 см дает погрешность 0,1—0,2мм. Это следует иметь в виду при вычерчивании расчетных графиков. Таким обра­зом, абсолютная ошибка снимаемых с графиков величин может достигать 0,2 М, где М —принятый масштаб графика. Очевидно, что точность измере­ний может быть выше точности снимае­мых с графика величин.

Характеристики

Список файлов лекций