Дәрістерге әдістемелік нұсқау

↑

▷ Содержание

⇐ ПредыдущаяСтр 6 из 18Следующая ⇒

Бақылау сұрақтары

1.Эксперимент дегеніміз не?

2.Эксперименттер қандай белгілері бойынша қандай топтарға жіктеледі?

3.Табиғи эксперимент дегеніміз не?

4.Материалды эксперимент дегеніміз не?

5.Шешім қабылдаушы эксперимент дегеніміз не?

Қорытынды

   Эксперименттік зерттеулердің жоғарыда келтірілген жіктелуін ғылымның дамуы мен эксперименттердің қолданылу аясының үнемі өзгеріп отыруына байланысты толық деп қарастыруға келмейді.

Дәрістерге әдістемелік нұсқау

Ғылыми зерттеулердегі эксперименттің ролі жайлы толық мағлұмат алулары керек.

Әдебиеттер

1. Барчуков И.С. Методы научных исследований в туризме. - М.: Академия, 2008. – 224с.

2. Основы научных исследований: учебное пособие / Шкляр М.Ф. – М.: Дашков и К^о, 2008. - 244с.

3. Основы научных исследований: учебник для технических вузов / Крутов В.И., Грушко И.М., Попов В.В. – М.: Высшая школа, 1989. - 400с.

4. Шкляр М.Ф. Основы научных исследований. – М.: Центр, 2006. – 397с.

5. Рузавин Г.И. Логика и методология научного поиска.– М.:ЮНИТИ-ДАНА, 1996. –328 с.

Дәріс2,3. Өлшемдер жөнінде жалпы мәліметтер

Дәріс сұрақтары:

2.1. Өлшемдер түрлері

2.2. Қателіктердің жіктелуі

Дәрістің мақсаты:өлшеу процесінің маңыздылығы мен мазмұнымен таныстыру.

Тақырып бойынша негізгі түсініктер:өлшеулер, тура өлшеу, жанама өлшеу, қателіктер, мүлт кетушілік, қателік жіберу.

Қандай да бір шаманы өлшеу дегеніміз – эталон (өлшем бірлігі) ретінде алынған шаманың қаншалықты көп немесе аз екенін анықтайтын операция. Өлшеулердің екі түрі болады: тура және жанама өлшеулер.

Тура өлшеулер – бізді қызықтырушы физикалық шама (масса, ұзындық, уақыт интервалы, температураны өлшеу) өлшенетін өлшем.

Жанама өлшеулер – тура өлшеулер нәтижесінде алынған шамалардың функционалды байланыстары анықтаушы өлшем. Мысалы, уақыт өтуі бойынша бірқалыпты қозғалыстың жылдамдығын анықтау, дененің массасы мен көлемі арқылы дененің тығыздығын анықтау.

Өлшеулердің ортақ қасиеттері – өлшеніп отырған шаманың нақты өлшемін алу мүмкін еместігі, өлшеу нәтижесінде әрқашан қандай да бір қателіктер болады. Бұл өлшеу нақтылығының шектеулігімен түсіндіріледі. Сондықтан, алынған нәтиженің шындыққа қаншалықты жақын екендігін анықтау үшін алынған өлшеммен қатар оның қателігін де көрсету керек. Мысал ретінде біз линзаның фокустық қашықтығын  f көрсеттік:

f = (256 ± 2) мм (1)

Бұл фокустық қашықтық 254 пен 258 мм арасында жатқандығын білдіреді. Шын мәнінде, бұл теңдеу ойдың мүмкіншілігін көрсетеді. Біз шама дәл осы аралықта деп нақты айта алмаймыз, тек болжаммен ғана айта аламыз. Бұл көрсеткішті одан әрі ықтималдық көрсеткішімен толықтыру керек. Ол бұл ойдың нақтылануына мүмкіндік береді.

  Қателіктерді бағалау олардың нақты нәтижесін шығармай тұрып, экспериментті қорытындылауға болмайтындықтан өте маңызды.

Әдетте, абсолютті және қатыстық қателіктер анықталады. Абсолютті қателік Δx деп өлшеніп отырған шаманың нақты өлшемі μ мен өлшем нәтижесі х арасындағы айырмашылық аталады. Яғни, Δx = μ – x.

Қатыстық қателік деп абсолютті қателіктің өлшемі мен нақты өлшемнің ара қатынасы аталады, ε = (μ - x)/μ.

Абсолютті қателік өлшеуге арналған әдістің қателігін анықтайтын шама ретінде сипатталады. 

Қатыстық қателік өдшемнің сапасын анықтайды. Өлшемнің нақтылығы деп қатыстық қателікке қарсы шаманы айтады. Яғни, 1/ε.

Барлық өлшемдік қателіктер үш класқа бөлінеді:

- мүлт кетушілік (өрескел қателіктер);

- жүйелік;

- кездейсоқ қателіктер.

Мүлт кетушілік жеке бақылаулардағы өлшем шарттарының қатты бұзылуынан болады. Бұл қателік прибордың сынуынан, бұзылуынан, зерттеушінің қателік жіберуінен туындайды және мұндай қателіктер бірінші немесе екінші тексеру кезінде пайда болуы мүмкін, сонымен қатар, шамасы жағынан басқа қателіктерден анық білінеді. Мүлт кетушіліктің болуы нәтижені қатты бұрмалайды. Егер, өлшеу процесінде мүлт кетушілік алынып тасталмаса, онда арнайы критерийлерді қолдану арқылы нәтижеге жету барысында өзгерту керек.

Жүйелік қателік дегеніміз – бір шаманы қайтадан өлшеу кезінде үнемі өзгеріссіз қалатын және заңды қателіктер. Жүйелік қателіктер сұйықтық пен газдың көлемін анықтауда оның жылу әсерінен ұлғаюын есептемеген жағдайда, массаны есептеу кезінде ауаның ығыстырушы күшінің дененің тепе-теңдік күйіне әсерін есептемегенде көрініс табады. Жүйелік қателіктер егер сызғыштың көрсеткіші түзу қойылмаса, термометрдің капилляры әр түрлі жерде әр түрлі қима көрсеткен жағдайда, токтың жоқ кезінде амперметрдің стрелкасы нөлді көрсетпеген жағдайда байқалады. Мысалдардан көрінгендей, жүйелік қателік шамалардың тұрақсыздығынан (прибор шкаласының нөлді көрсетпеуі, салмақтың тең болмауы), белгілі бір заңдылықтың өзгеруінен туындайды.

Жүйелік қателікті «эксперимент жасалушы құрылғының қателігі» деп айтса да болады.

Мұндай қателіктер мынадай себептерден пайда болады:

- өлшеіш приборлардың нақты еместігі;

- шынайы қондырғы идеалды қондырғыдан айырмашылық жасайды;

- құбылыстар теориясының қателігінен.

  Бірінші жағдайды түзету үшін калибровка немесе градуировка қажет болады. Ал, қалған екі жағдайда дайын рецептер болмайды. Қаншалықты физикадан біліміңіз жоғары болса, тәжірибеңіз мол болуына байланысты мұндай қателіктерді тауып, оларды жою мүмкіндігі соншалықты жоғары болады. Жүйелік қателіктерді түзетудің жалпыға ортақ әдістері мен заңдылықтары жоқ. Бірақ, белгілі бір жүйелеулерді келтіруге болады. Жүйелік қателіктердің төрт типін қарастыруға болады.

1. Жүйелік қателіктер, түзетулер арқылы шаманың қателігі табылуы мүмкін. Мысалы, тең емес таразыда өлшеу. Таразының екі басының айырмашылығының ұзындығы – 0,001 мм. Тарзының ұзындығы 70 мм, ал өлшенетін заттың массасы 200 г болса, онда жүйелік қателік 2,86 мг болады. Жүйелік қателікті өлшеудің арнайы әдістері арқылы да есептеуге болады (Гаусс әдісі, Менделеев әдісі т.б.).

2. белгілі бір мағынадан шаманың өлшемдері асып кетпейтін жүйелік қателіктер. Бұл жағдайда есептеулерде олардың максималды мәндері көрсетілуі мүмкін. Мысалы, микрометр паспортында «мүмкін болатын қателік ±0.004 мм-ді құрайды» деп көрсетілген. Температура +20 ± 4° C. Қандайда бір дененің паспортта көрсетілген температурасын микрометрмен өлшеген кезде абсолютті қателігі ±0.004 мм-ден аспауы керек екенін білеміз. Көбінесе, көрсетілген прибормен ұсынылған максималды абсолютті қателік прибор класының нақтылығымен анықталады.

Нақтылық класын көрсетуші көрсеткіш шкаланың жоғарғы жағында пайызбен көрсетілген прибор қателігінің максималды абсолютті қателігін көрсетеді. Өлшеуде 0-ден 250 В дейінгі шкаласы бар вольтмтер қолдансын. Онда оның нақтылық класы – 1-ге тең болады. Бұл вольтмерді қолдануда мүмкін болатын максималды абсолютті қателік 1%-дан аспайтындығын көрсетеді, δ = ±0.01·250В = ±2.5В. Нақтылық класы электроөлшегіш құралдарда басынан бастап соңына дейін өлшемнің максималды қателігін анықтайды. Қатыстық қателіктер бұл жағдайда тез өзгереді, сондықтан стрелканың ауытқушылығында жақсы нақтылықты қамтамасыз етеді. Осыдан мынадай ұсыныс шығады: прибор шкаласы өлшеу барысында шкаланың ортасында тіреліп тұратындай приборды таңдау қажет. Егер, нақтылық класы приборда да , паспорттық мәліметтерде де көрсетілмесе, онда прибордың максималды қателігі ретінде прибор шкаласын ең аз бөліктерге бөлгендегі бағаның жартысы алынады. Сызғыштың дәлдігі жайлы. Металл сызғыштар өте дәл болып келеді: оның миллиметрлік бөлінуінің қателігі ±0.05 мм-ден аспайды. Ал, сантиметрлік қателік те 0,1 мм нақтылыққа ие. Осындай сызғыштармен өлшенген шамалардың қателігі көзбен өлшегенде ≤0.5 мм-ге тең. Ағаш және пластикалық сызғыштарды қолданбаған жөн. олардың қателігі өте жоғар ыболуы мүмкін. Микрометрдің түзеуі 0,01 мм-ді құрайды, өлшемнің қателігін өлшеуде штангенциркульді қолдану нақты мәнді көрсететді. Оның дәлдігі 0,1 мм немесе 0,05 мм. 

3. Өлшеуші объектінің шартты қасиеттеріне байланысты жүйелік қателіктер. Бұл қателіктер көбінесе кездейсоқ болуы мүмкін.

Мысалы, әр түрлі материалдардың электрөткізгіштігін анықтау. Егер жез сымды өлшеу кезінде қандай да бір кемшілігі бар сымды (жуан, жарылған, тік емес) алатын болсақ, онда өлшем шамасында қателіктерге жол беріледі. Осындай дұрыс емес сымдарды қайтадан өлшесек те, бәрібір сол өателіктер қайталанады. Осындай сымдардың бірнеше бөлігін өлшеп, берілген сымның электрөткізгіштігінің орташа мәнін табу керек. Осы кезде жіьерілген қателіктер, көбінесе, кездейсоқ болып келеді.

4. Жүйелік қателіктердің көрінбейтін түрі. Мысалы, кез келген металдың тығыздығын анықтау. Алдымен, үлгінің массасы мен көлемін анықтау керек. Үлгі ішінде біз ештеңе білмейтін бос орын бар. Тығыздықты анықтауда үнемі қателіктер жіберіліп отырады. Біз оның қателігін және қателік шамасын оңай анықтай аламыз. Осындай типтегі қателіктерді қосымша зерттеулер арқылы анықтауға болады.

Кездейсоқ қателік дегеніміз – қайтадан өлшеу барысында тез өзгеріске ұшырап отыратын шамалардың қателігі. Бірдей нақтылықпен, бірдей шартта қайталанған өлшеудің нәтижелері әр түрлі болуы мүмкін.

Кездейсоқ қателік берілген актіде өлшеуі мүмкін емес, абсолютті шамаларда кездеседі. Бұл қателік өз кезегінде жағымды немесе жағымсыз әсерлерді туғызуы мүмкін. Кездейсоқ қателіктер эксперимент жасау барысында үнемі орын алады. Жүйелік қателіктердің болмаған кезінде олар шынайы мәнін анықтау үшін қайталанған өлшемнің болуына көмектеседі (сурет 1). Егер, кездейсоқ қателіктермен қатар жүйелік қателіктер де орын алатын болса, онда өлшеудің нәтижесеі шынайы емес, аралас болып кетеді (сурет 2).

Сурет 1.                                          Сурет 2.

Мысалы, маятниктің қозғалысын секундомер көмегімен есептеу керек болсын. Ал, өлшеу бірнеше рет қайталанады. Пусктің қателігі және секундомердің тоқтауы, есептеу шамасының қателігі, маятник қозғалысының тепе-тең еместігі – барлығы қайтадан өлшеуді қажет етеді, сондықтан бұл жағдайлардың барлығында дерлік кездейсоқ қателіктерге жол беріледі.

  Егер, басқа қателіктер болмаса онда нәтиже бірде төмендесе, енді бірде жоғары мәнді көрсететін болады. Егер, осыған қоса сағат тілі қалып қоятын болса, онда барлық өлшенетін шамалар төмен мәнді көрсетеді. Бұл жүйелік қателік болып саналады.   Кейбір факторлар жүйелік және кездейсоқ қателіктердің бір уақытта болуына әкеп соқтыруы мүмкін. Егер, біз секундомерді қосып-сөндіруді бірнеше рет қайталайтын болсақ, онда пуск уақтының дұрыс есептелмеуі мен маятник қозғалысының дұрыс есептелмеуіне әкеп соқтырады. Бұл кездейсоқ қателікке жатады. Ал, егер секундомерді өшіргеннен кейін біз оны дәл уақытнда қоса алмайтын болсақ, онда жүйелік қателік пайда болады.

   Кездейсоқ қателіктер прибор шкаласын санау арқылы бөлуде параллакстың орын алуына, ғимарттың фундаментінің бұзылуына, ауа қозғалысына кедргі келтіруге әкеліп соғады. Бірақ, кездейсоқ қателіктерді мүлдем жою мүмкін емес. Кездейсоқ көрсеткіштердің математикалық теориясы бойынша біз оны өлшеу шамасында азайта аламыз. Төменде кездейсоқ қателіктердің шамасын азайту үшін бір емес, бірнеше өлшеулерді жүргізу керектігін көрсетілген.

  Берілген өлшеулерден алынған кездейсоқ қателіктер өте аз көлемде болса, оны қайтадан өлшеудің қажеті жоқ. Қайта өлшегеннен қателіктің мөлшері азайғанымен, соңғы нәтиже көп өзгеріске ұшырамайды. Керісінше, егер кездейсоқ қателік жүйелік қателіктен көп болса, онда зерттеуді бірнеше рет қайталаған жөн. Себебі, осы өлшеудегі қателіктің мөлшерін азайту өте қажет болады және прибордың қателігін реттеу қажеттілігі туындайды.

Познавательные статьи:



Алгоритмические операторы Matlab

Конструирование и порядок расчёта дорожной одежды

Исследования учёных: почему помогают молитвы?

Почему терпят неудачу многие предприниматели?