Физический эксперимент

Физический эксперимент и измерения в научных исследованиях

Физическое моделирование представляет собой изучение физических явлений (процессов) в натурных условиях или на модельных установках в целях оценки их в количественном и качественном отношениях. На основе физического моделирования осуществляется переход от простых наблюдений к созданию физической модели явления, которая определяет основные закономерности, управляющие данным явлением, и характеризует его связь с другими явлениями. Физическая модель, позволяя далее перейти к формированию математической модели явления, не является абсолютной и непрерывно совершенствуется. Основное требование к любой физической модели – выявление главных факторов, управляющих данным явлением.

Физический эксперимент играет исключительно важную роль в технических науках. Необходимость в нем была обусловлена спецификой развития научного познания – переходом от простых наблюдений окружающей природы к созданию теоретических моделей для объяснения закономерностей окружающего мира. С развитием науки и техники сфера физического эксперимента непрерывно расширялась, охватывая все более сложные явления. В настоящее время без физического эксперимента не обходится создание подавляющего числа технических устройств.

Физический эксперимент должен удовлетворять определенным требованиям. Он должен обладать хорошей воспроизводимостью, наглядностью, проводиться при строго определенных условиях, обусловленных соответствующими методиками. В процессе его выполнения экспериментатор должен иметь возможность наблюдения за его ходом, активного вмешательства в целях изменения условий проведения эксперимента. Последнее отличает его от простых наблюдений.

Физический эксперимент может быть натурным и модельным. Модельный эксперимент осуществляется на модельных установках, выполненных в увеличенных или уменьшенных по сравнению с натурой масштабах. Он позволяет наиболее полно изучить физическое явление, создать его в «чистом» виде при отсутствии влияния посторонних факторов. Результаты, полученные на модельных установках, после их обобщения широко применяются для выполнения различных технических расчетов, построения математических моделей.

Натурный эксперимент дает возможность изучать физические процессы в условиях их протекания в конкретных технических устройствах с учетом совместного воздействия нескольких факторов. Натурный эксперимент требует, как правило, больших финансовых затрат и выполняется только в самых необходимых условиях. В связи с этим он должен быть тщательно продуман и хорошо организован.

Физический эксперимент во всех отраслях техники характеризуется определенной методологией – последовательностью выполнения его отдельных этапов. На начальном этапе анализируется математическая модель исследуемого явления, и выявляются параметры, определяющие исследуемую величину. На этой стадии применяется теория подобия физических явлений. При отсутствии математической модели используется анализ размерностей.

В дальнейшем подвергаются тщательному анализу экспериментальные методы получения искомого параметра, из которых выбирается наилучший. Намечаются необходимые измерения, подбираются измерительные средства, разрабатывается программа экспериментов и методика их выполнения. На данном этапе используются теория подобия, математическая теория планирования эксперимента. Большое значение имеет глубокое знание техники измерения основных параметров и методики выполнения эксперимента.

На заключительном этапе физического эксперимента важное значение приобретают правильная обработка экспериментальных данных и их анализ, расчет погрешностей эксперимента, получение обобщающих зависимостей. Здесь широко применяются основные положения теории подобия и теории погрешностей, методы математической и графической обработки экспериментальных данных и т. д.

Дата добавления: 2014-01-20